李智敏

(1.闽南理工学院电子电子工程学院,福建石狮 362700;2.工业自动化控制技术与信息处理福建省高校重点实验室,福建石狮 362700)

中央空调已经广泛地应用于商业与民用建筑中,但是大多数中央空调是采用定温运行,需要手动去调节室内温度。本文通过分析空调工作工艺过程,设计自动感知室内温度,自动调节室内适合人体温度的空调控制系统,并达到降低中央空调的日常运行能耗的目的。本设计采用了模糊控制器后加入PI控制,构成温湿度差闭环自动控制系统,控制输出量调控变频器,从而改变水泵及室内风机的工作频率,保证了系统对实际温度的实时监测和控制,实现室温适宜,节能降耗的目的[1]。

表1 不同温湿度下的体感温度Tab.1 Body temperature at different temperature and humidity

图1 模糊-PI控制系统Fig.1 Model of the SL-PI control system

表2 变频器关键参数设定Tab.2 Key parameter setting of frequency converter

1 中央空调控制原理

室内房间安装温湿度控制器,用户可自由设定室内的温度。温湿度传感器能随时感应室内的温湿度变化数据,将检测到的数据实时传送给控制器,通过传送来的数据与数据库内的数值进行比较。本文采用模糊控制器通过与数据库比较得出的输出数值再经过PI控制器处理的数值,后输出给变频控制冷冻泵和风机的功率,从而来快速准确地调节室内的温度,使室内人体体表温度达到设定值[1]。

2 模糊PI控制

在智能控制方面已经有许多成熟的控制算法。遗传算法更适合大数据的样本,而空调温度可以选择的参数不多。神经网络具有自学习、自适应、高容错能力、高精度的特点,可以解决非线性、时变系统的控制问题,但算法复杂,作为控制器使用时依赖于被控对象的数学模型。模糊控制是一种语言类的控制手段,不依赖于被控对象的数学模型。因此,选择模糊控制作为PI控制优化的手段[2]。选定空调系统PI控制算法为:

表3 控制系统的I/O分配表Tab.3 I/o allocation table of control system

根据日常使用情况建立一个不同温湿度下的体感温度的数据库如表1、表2,从而推理出一个适宜的输出温度,从而来达到室内温度适宜的要求[3]。

结合模糊控制可得如图1:

3 变频器的选择

变频器是温度调节非常重要的组成之一。本文根据空调工艺选用MICROMASTER 430作为变频器。MM430是有西门子生产的变频器,相比其他系列的变频器相比,其专门为风机类、泵类设计,有更高的动态响应[4]。

4 PLC设计

本文采用西门子S7-200系列中CPU为226型的可编程控制器,系统设计一个简化的中央空调系统,采用2压缩机并联式水冷机组,1台冷冻水水泵,冷冻机可以根据冷冻水出口的水温自动调节,控制系统分为自动和手动两种方式,自动模式由PLC和变频器控制,开关在手动模式下关闭,控制电机的运行[5]。对系统的控制进行说明如表3所示。

5 结语

本设计由变频器、PLC、温湿度传感器及模糊PI控制器组成,控制变频器来调节冷冻泵的输出,控制室内风机的转速,达到节约能源。PLC将运用西门子的S7—200的可编程控制器,使用模糊控制PI控制,再通过控制西门子MM430变频器输出频率,从而来控制水泵及室内风机运转功率,保证系统根据实际温度湿度的实时监测,实现适宜温度控制,从而解决能源浪费问题。在后续的设计改进中可以再增加人机交互界面的设计从而使得空调温度控制更加容易方便。