作者 高俊钗 杨云龙 西安工业大学 电子信息工程学院(陕西 西安 710032)
摘要：本文选用SIMATIC S7-200 PLC、WINCC 6.0和PC Access等产品规划了变风量办公楼新风操控体系，并建立了其主从网络操控结构。选用总风量操控办法，依据限幅PID操控算法对风机转速进行快速调理，得到了体系送风量的最优操控战略。经过Simulink进行了仿真，仿真试验标明，该操控办法简略、易行，可以快速稳定地完成新风操控。
导言
变风量空调体系(VAV)是经过改动送入房间的风量来满意室内改变的需求。变风量空调体系有节能、体系可控性好、能完成分区操控等长处。跟着我国各类商业办公建筑的大批建造，VAV空调体系逐步得到了更多的运用。
对新风体系的各点位进行监控，可以有效地节省动力。依据结尾新风量的需求，合理地规划所需新风量。图1是新风体系监控原理图。
1 操控体系构成
1.1 网络结构
考虑体系牢靠性要求及规划巨细，此办公楼新风体系的操控网络选用PPI通讯。PPI通讯协议中S7-200 CPU 226和S7-200 CPU 224选用主从办法进行通讯，主设备是S7-200 CPU 226，它有26路数字量输入、16路数字量输出端口，可以满意本项意图需求，从站设备是S7-200 CPU 224，它有14路数字量输入，10路数字量输出端口。其通讯进程是依照PPI主从通讯格局，用必定格局的数据向PLC发送通讯指令。S7-200 CPU 226用顺控的办法读取16个从站的数据和向16个从站写数据以及对数据进行处理。如指令数据格局无误，则从站PLC向主站宣布表示指令正确的开始应对信号，主站在收到开始应对信号后，再向从站PLC发送承认指令。从站收到承认指令后，执行指令呼应。网络组态结构原理图如图2所示。
S7-200PLC操控器是整个操控体系的中心，它经过模拟量输入通道(AI)和数字量输入通道(DI)收集实时数据，然后依照必定的操控规则进行运算，终究宣布操控信号，并经过模拟量输出通道(AO)和数字量输出通道(DO)直接操控设备的运转。
PC Access可以用于衔接西门子或许第三方支撑OPC技能的上位软件。WINCC是视窗操控中心，它是一个进程监督体系，经过组态画面读取各层新风体系的相关参数及运转状况。由主界面可进入作业日历，依据作业日历提早设置每天风机的作业状况(作业或许歇息)，操作者可依据需求对风机进行自在设置。
1.2 依据限幅PID的总风量操控办法
总风量操控办法是依据 VAV 结尾风量求和的一种操控办法，变风量空调机组操控器读取本体系一切结尾的需求风量，得出总需求风量。风机风量与转速是一个近似的正比联系，可在初调时经过实测得到。
中央空调结尾操控面板上对应着低、中、高三个档位，每个档位对应着不同送风量需求。假定低、中、高级别离对应的风量需求为∑1、∑2和∑3。其间∑1对应的送风量为30%，∑2对应的送风量为60%，∑3对应的送风量为90%。本文的终究意图便是要确保各个房间所需的送风量都可以到达，并考虑留有15%的余量，当房间所需风量发生改变时，总送风量也会随之发生改变。假定有n个结尾，其间有n1个房间敞开等级低，有n2个房间敞开中档，有n3个房间敞开高级，考虑到给定风量要满意一切结尾的风量需求，不至于动摇太大，要留有必定余量Qy=15%Q，Q为总送风量。则存在以下联系式：
n1+n2+n3= n (1)
n1∑1+n2∑2+n3∑3+Qy=Q (2)
经过检测结尾各房间敞开空调的形式，再由上式确认总送风量，平稳的调理风机的转速，这样既节省的动力，又下降的风机的损耗。
咱们还可以对总送风量进行优化调理，然后满意各结尾的改变。优化调理有两种办法：1)当送风量的改变△Q≥20% 时，操控中心会对总送风量的设定值进行从头设定;2)每10分钟就对总送风量的给定值进行调理。这两种调理办法的并行运用，能更好的满意结尾风量需求的改变，然后到达最优的状况。
经过对压力无关型变风量结尾的剖析得出了设定风量作为操控变量，从而提出了变风量体系总风量操控办法。体系总送风量操控经过调理风机转速来保持风机保持在较小的耗能规模。风量操控办法主要有两种战略：静压操控办法和总风量操控办法。但由于遭到体系规划、施工及风机选型等要素的影响，管道中静压设定点的静压检测值会发生较大的动摇，会对压力丈量发生影响，故本文选用总送风量操控办法。
风机总风量操控办法是依据压力无关型的VAV结尾研讨出的一种新的简略易行的空调体系的操控办法。风机操控环节的操控线路如图3所示。经过此操控环路的剖析，发现了设定总风量是一个很有价值的量，依据各结尾所需风量，并对各结尾风量求和得出总送风量，到达体系期望到达的风量状况。
跟着各房间所需风量的改变，其改变动摇较大，但是在实践中为了到达给定风量需求不断的调理风机，这样会使风机的损耗过大，这时就需求咱们对给定风量进行一些优化操控，使体系处于相对平稳的状况。
常用的线性PID操控战略有必要使操控器作业在线性区。为确保操控器的输出不超出限幅，可以选用限幅足够大的操控器，而限幅大的操控器价格也较贵重;也可以经过调整PID参数，使操控器的输出一直小于限幅。本文将操控器的限幅考虑在内，即在PID操控器与被控目标间刺进一个饱满环节，如图4所示。运用方位式数字PID操控算法，设采样周期为T，操控器的限幅为um，其操控规则为：
2 仿真及成果剖析
依据Ziegler-Nichols整定公式，对文中被控目标进行Simulink仿真。经丈量取Ka=78.75，T=63。采样周期Tc=0.1s，操控器的限幅um=10，体系目标取绝对误差积分目标JITAE。在没有人为经历的情况下，用穷举法查找PID参数。为确保查找的广度和精度，查找分为两步进行：第一步，在[0，50]的规模内以1为步长查找PID参数;第二步，在第一步得到的最长处邻近以0.1为步长进行查找。查找耗时20分15秒。线性区最优PID参数为：KP=1.28、Ki=0.0、Kd=0.68;大局最优PID参数为：KP=14.1、Ki=0.1、Kd=15.8。体系单位阶跃呼应如图5所示。
从图5中可以看出， 大局最优PID 参数对应的限幅PID 操控战略， 在初始时段操控器以最大量输出， 使得体系的呼应速度更快，调理时刻更短，使超调量不至于过大，而且具有相对较高的稳定性。
3 定论
本文提出的依据限幅的PID操控战略很好的利用了操控器的输出限幅，既发挥了传统PID操控器的才能，又表现了PID操控器杰出的鲁棒性。在参数整守时，运用高效的查找算法可以快速地查找到最佳的的PID参数，使得项目可以快速顺畅的进行。在项目实践调试进程中，西门子PLC产品的灵活性、开放性，尤其是WINCC强壮的脚本功能使现场调试时刻得到了有利确保。
参考文献：
[1]罗涛.变风量空调技能剖析[J].智能建筑与城市信息,2006,02:103-106.
[2]戴斌文,狄洪发,江亿,等.变风量空调体系风机总风量操控办法[J].暖通空调,1999,29( 3):1-6.
[3]戴斌文.变风量空调体系操控办法研讨[D].北京:清华大学,1998.
[4]韩京清.非线性PID操控器[J].自动化学报,1994, 20(4): 487- 490.
[5]蓝政杰.依据Simulink 变风量空调体系变静压操控仿真[D].哈尔滨: 哈尔滨工业大学,2007.
本文来源于《电子产品世界》2017年第2期第60页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
