基于S7－300 PLC的商場恒溫控制系統設計

作者：付 婷 貴州師范大學

一般而言空調自動控制系統只對溫度、濕度進行有效的控制，但自動控制的范圍并非只限于此。文中設計的商場恒溫控制系統包含轉換控制、補償控制、連鎖控制、狀態監測、容量調節等全自動化的控制系統，能及時監測負荷的變化，使整個系統達到最優的經濟效果。

1 總體控制系統設計

設計一個自動化水平較高的系統，在設計可靠運行的同時，還必須考慮管理和維護。采用德國Siemens公司的可編程控制器S7-300實現控制功能，采用監控主機通過Profibus與可編程控制器連接，實現整個系統運行狀況的檢測與控制，并記錄系統運行的各參數和故障信息。控制系統可實現如下功能：本機操作；監控室遙控操作；壓縮機保護功能；冷凝風機與壓縮機連鎖保護功能；送風風機與電加熱元件連鎖保護功能；過載和短路保護功能；防雷保障功能；通訊功能，總體結構如圖1所示。



監控主機系統是整個恒溫控制的主界面，人機交互友好。由一臺主機與打印機組成。主機對整個系統進行管理，通過主機可以了解恒溫控制系統的實時數據，以及運行歷史的所有相關參數；管理人員在主計算機上可以控制整個空調系統的運行。可調看歷史溫度、操作和故障記錄等關鍵信息。

2 模糊PID算法

2．1 模糊PID控制結構

模糊PID控制系統原理如圖2所示，是由可控式參數PID系統和模糊控制系統兩部分構成。可控式參數PID控制器可以直接對系統控制，模糊控制器對PID的控制參數的實時調整。



2．2 PID參數調整規則

模糊PID控制器用式(1)表示

式中，E(k)是系統誤差；EC(k)是系統誤差變化量；KP是比例系數，決定了系統響應速度與精度；K1為積分系數，決定了系統穩態精度；KD為微分系數，決定系統動態特性。模糊PID控制器是通過模糊推理，根據E和EC的變化，實時調整PID的系數，確定模糊控制規律。

恒溫空調控制系統的溫度控制，是通過控制空調機組的開啟和停止實現。空調機組的分布在商場各個區域，空調機組相互之間的區域也有一定程度的影響，因此難以用確定的數學模型來描述它們之間的關系。所以系統是設計一個多輸入、多輸出的控制器來對整個系統進行監控。在實際的工程應用當中，是需要考慮可行性和工程成本以及控制效果，因此在模型設計時需要簡化。系統的各個組件都存不確定的影響因素，在整個系統的設計時，需要將這些影響用溫度誤差的加權平均值來表現，對每機組采用各自相應的模糊控制器實現控制。對單個機組采用多輸入單輸出的方式以達到簡化控制的效果。