摘要：介紹一種高層建筑分層模糊控制的供暖系統(tǒng)，該系統(tǒng)可對各個樓層室溫自行設(shè)定和流量檢測，采用帶自調(diào)正因子的模糊控制規(guī)則，比傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器有系統(tǒng)輸出響應(yīng)快，無超調(diào)，對參數(shù)有較強的魯棒性的優(yōu)點。能夠解決穩(wěn)定室溫的問題，從而產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益。

　　關(guān)鍵詞：PLC,單片機,模糊控制,供暖系統(tǒng)

　　在高樓集中式供熱系統(tǒng)中，由于室內(nèi)要求恒定的溫度，暖通水循環(huán)泵熱負(fù)荷計算的依據(jù)及參數(shù)的選取較復(fù)雜，智能變頻技術(shù)在該領(lǐng)域就顯得尤為重要。利用智能模糊控制變頻技術(shù)對循環(huán)泵進(jìn)行控制。一方面，極大的節(jié)約水泵的電能，實現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能運行。另一方面，提高系統(tǒng)的運行品質(zhì)，實現(xiàn)高精度控制，使室內(nèi)溫度更加穩(wěn)定。

　　1. 供暖系統(tǒng)的總體方案

　　供暖控制系統(tǒng)以可編程控制器S7-226為核心，流量傳感器和溫度傳感器檢測每層樓的熱水流量和溫度，經(jīng)單片機數(shù)據(jù)處理后，傳給可編程控制器S7-226。根據(jù)室溫測量值與給定初始值比較，S7-226就可調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，改變水循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，即改變相應(yīng)樓層的熱水流量，從而達(dá)到恒定室溫的目的。每層樓的管道與與樓房主管道相并聯(lián)。在樓層管道入、出口處同時裝測流速和測溫度傳感器，以檢測供熱流量和經(jīng)過樓層前后熱水的溫度差。

　　系統(tǒng)除測流量和測溫度電路外(硬件連接示意圖見圖1所示)，還有測量結(jié)果的存儲及顯示(熱水流量和溫度及室溫)電路。

　　2.1熱水流量測量

　　流量檢測由流量計和相應(yīng)的轉(zhuǎn)換電路組成。在供暖系統(tǒng)中最為常用是超聲波式計量計(由超聲波傳感器和相應(yīng)的轉(zhuǎn)換電路組成)，是一種非接觸式測量器件，故不會改變流體的狀態(tài)，不產(chǎn)生附加阻力。超聲波傳感器安裝原理如圖3所示，將兩個既能發(fā)射又能接受的超聲波傳感器安裝管道兩側(cè)，并錯開幾厘米，目的使管內(nèi)流體的流向與超聲波傳播的方向有一定加角，達(dá)到計量流速和流量的目的。安裝傳感器時選擇在直管處，以便得到流速的精確值。

　　兩個方向超聲波傳播時間差。從中解出流速V，根據(jù)管內(nèi)徑D，計算得到流體的流量。超聲波在液體中傳播與溫度有關(guān)，超聲波速度與溫度變化成非線性曲線。所以在設(shè)計時通過試驗方法得到速度與溫度關(guān)系存在存儲器中，在測量過程中根據(jù)水溫加以校正。

　　2.2模糊控制規(guī)則

　　當(dāng)室溫傳感器檢測實際溫度值，然后將此量與初始設(shè)定值比較，得到誤差信號e，把誤差信號的精確量模糊化變成模糊量，得到誤差e的模糊語言集合的一個子集E，再由誤差e和模糊控制規(guī)則R(模糊關(guān)系)，根據(jù)推理的合成規(guī)則進(jìn)行決策，得到水循環(huán)泵頻率的變化量△U的語言變量取值{負(fù)大,負(fù)中,負(fù)小,零,正小,正中,正大}。量化等級都取{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6}。選取的隸屬函數(shù)曲線越尖挺，控制的靈敏度越高。本系統(tǒng)各模糊子集的隸屬函數(shù)取三角函數(shù)。

　　由于樓層室溫要求不同，系統(tǒng)對每層樓的工作狀態(tài)和參數(shù)也不同，所以對誤差和誤差變化率的加權(quán)值也不同。當(dāng)系統(tǒng)誤差較大時(a值較大)，控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是消除誤差，要加強誤差的權(quán)值，加速系統(tǒng)的快速響應(yīng)。反之，要加強誤差變化的權(quán)重(a值較小)，以提高穩(wěn)定性。引入調(diào)正因子a ，滿足不同狀態(tài)對修調(diào)正因子a不同要求。

　　設(shè)誤差E誤差變化EC及控制量u的論域選取為

　　{E}={EC}={u}={-N,…,-2,-1,0,1,2,…,N}

　　則在全論域范圍內(nèi)帶有自調(diào)整因子的模糊控制規(guī)則可表示為

　　式中 調(diào)整因子a在 與 之間隨誤差絕對值

　　的大小自動調(diào)整呈線性變化，因 為量化等級，故a有N個取值。當(dāng)取 時，輸出量 這種自動調(diào)整是在整個誤差論域內(nèi)進(jìn)行，按誤差的大小調(diào)整誤差對控制作用的權(quán)重 。在本控制系統(tǒng)中 建立模糊控制查詢表。實際應(yīng)用中，已知E和EC通過表1求得電動機頻率的變化量△U，再按最大隸屬度原則解模糊，選擇隸屬度最大的元素為精確控制信號，乘以比例因子，即為實際水循環(huán)泵的控制信號為： ，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后控制水循環(huán)泵的頻率，以致達(dá)到控制室內(nèi)溫度的目的。

　　2.3 S7-226與P89C60X2之間通信

　　S7-226設(shè)為主站，所有P89C60X2(從站)通過RS485總線串聯(lián)在S7-226上。通訊采用主從應(yīng)答方式和精確劃分時間片的通訊輪巡方式，主站S7-226首先發(fā)送地址幀作為握手信號，被尋址的從站單片機P89C60X2應(yīng)答主站，建立連接;判斷地址符合后，主站給被尋址的從站發(fā)送控制信號，被尋址的從站根據(jù)其命令向主站回送相應(yīng)的數(shù)據(jù)或應(yīng)答。同時所有未被尋址的從站根據(jù)通訊協(xié)議監(jiān)聽總線上的下行數(shù)據(jù)，以便取得地址與主站建立。地址幀，

　　幀設(shè)計，數(shù)據(jù)包設(shè)計，通訊鏈路過程這四個方面是一個關(guān)鍵性問題。信息幀的格式設(shè)計，鏈路的建立方式，校驗方法等影響系統(tǒng)的可靠性。

　　3軟件設(shè)計

　　PLC軟件設(shè)計的功能包括 ：設(shè)定樓層的室溫初始值，數(shù)據(jù)通信協(xié)議，模糊控制的數(shù)據(jù)處理，報警。PLC控制器軟件實現(xiàn)流程圖。其中Ts為室溫的實測值(To為室溫初始設(shè)定值)。在模糊算法的實現(xiàn)中，模糊控制算法的查詢是程序設(shè)計的關(guān)鍵。還有單片機對溫度傳感器和流量傳感器的數(shù)據(jù)采集和運算程序。

　　實際運行結(jié)果表明，智能模糊控制變頻技術(shù)在供熱過程中起到了節(jié)約能源，熱力平衡，提高了供熱質(zhì)量和效果的作用，實現(xiàn)建筑節(jié)能的目的。

　　參考文獻(xiàn)

　　1、沙超 董挺挺 王汝傳 等.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件平臺的研究與設(shè)計[J].電子工程師,2006(5):52-55

　　2、王智淵.基于AVR單片機的樓字供暖無線監(jiān)控系統(tǒng)[J].工業(yè)儀表與自動化裝置,2010,(1):34-36.

　　3、朱瑞卿.基于模糊控制的洗浴供水系統(tǒng)的設(shè)計[J].自動化與儀器儀表,2009,145(5):31-33.

　　4、楊志遠(yuǎn) 徐振林.電力參數(shù)的數(shù)字化測量和無線數(shù)據(jù)傳送[J].電測與儀表,2005,42(4):34-37.

　　5、于海斌 曾鵬等.智能無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[M].北京:科學(xué)出版社,2006..

　　6、黎惠成 曾碧 吳清泉.一種基于模糊控制的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機技術(shù)與發(fā)展,2009,(19):237-239