聯(lián)系我們

濟(jì)南順奇凈化工程有限公司

電話(傳真):0531-68824415
手  機(jī):13854165330

Q    Q:340095748 

聯(lián)系人:張經(jīng)理
郵  編:250024
郵  箱:340095748@qq.com
地  址:山東省濟(jì)南市天橋區(qū)新徐居委會(huì)黃河建邦大橋西側(cè)1-6號(hào)

當(dāng)前所在位置: 首頁(yè) ? 技術(shù)問(wèn)答 ? 無(wú)塵車間中溫濕度模糊控制技術(shù)的應(yīng)用

無(wú)塵車間中溫濕度模糊控制技術(shù)的應(yīng)用

時(shí)間:2020-08-15  來(lái)源:車間凈化工程|食品凈化車間|潔凈手術(shù)室|潔凈實(shí)驗(yàn)室-濟(jì)南順奇凈化工程有限公司  瀏覽次數(shù): 166 次
文章簡(jiǎn)介:無(wú)塵車間中溫濕度模糊控制技術(shù)的應(yīng)用, 地下工程內(nèi)部工況非常復(fù)雜,溫濕度控制本身又有大慣性、相互耦合的特點(diǎn),采用傳統(tǒng)的?PID?調(diào)節(jié),滯后現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生,溫濕度控制的實(shí)時(shí)性很難保證,控制精度和工程內(nèi)的舒適性也效果不佳

地下工程內(nèi)部工況非常復(fù)雜,溫濕度控制本身又有大慣性、相互耦合的特點(diǎn),采用傳統(tǒng)的?PID?調(diào)節(jié),滯后現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生,溫濕度控制的實(shí)時(shí)性很難保證,控制精度和工程內(nèi)的舒適性也效果不佳。車間凈化工程公司盡管除濕機(jī)控制程序中,考慮了溫濕度控制允許的誤差,可以把溫度和濕度控制在某個(gè)區(qū)域范圍之內(nèi),但如果除濕機(jī)的參數(shù)設(shè)置不當(dāng),或者調(diào)試工作不完善就可能出現(xiàn)控制的超調(diào),輸出頻繁或者不連續(xù)的改變,浪費(fèi)能量。

1 系統(tǒng)的改進(jìn)思路

由于工程內(nèi)溫濕度控制干擾因素特別多,如房間的泄漏、房間開(kāi)門的次數(shù)、人數(shù)量的變化及設(shè)備發(fā)熱量的不同等,都是不確定的因素,難以建立工程內(nèi)余熱、余濕的精確數(shù)學(xué)模型,而且由于溫濕度的耦合性,即使建立了復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型,也很難簡(jiǎn)化求解。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、專家控制、學(xué)習(xí)與自適應(yīng)控制等眾多智能控制技術(shù)中,只有模糊控制不需要精確的被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型,它根據(jù)經(jīng)驗(yàn)規(guī)則進(jìn)行模糊推理提供適當(dāng)?shù)妮敵?,其具有控制精度高,過(guò)渡過(guò)程平緩,舒適性高等特點(diǎn),是溫濕度控制系統(tǒng)中經(jīng)常采用的一種智能控制技術(shù)。本文在控制技術(shù)上采用模糊控制來(lái)取代 PID 控制,以提高系統(tǒng)的智能化程度和控制精度;目前地下工程內(nèi)使用的調(diào)溫除濕機(jī)大多使用西門子S7-200系列PLC,這個(gè)系列的 PLC 內(nèi)部邏輯功能較簡(jiǎn)單。而新一代的西門子 S7-300系列 PLC,邏輯功能更強(qiáng),內(nèi)部嵌入了許多功能化模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)一些特定的算法,在程序編制上更是采用結(jié)構(gòu)化編程的方法,一些特別的功能塊子程序可以在程序中互相調(diào)用,使得程序的編制更加簡(jiǎn)單,因此在硬件選擇上用西門子S7-300 系列 PLC 取代 S7-200 系列 PLC。

2 調(diào)溫除濕機(jī)的控制過(guò)程分析

全自動(dòng)調(diào)溫除濕機(jī)有 3 種工作模式,即“除濕升溫”、“除濕調(diào)溫”、“除濕降溫”。采用“除濕升溫”模式時(shí),冷卻水泵和冷卻塔不工作,冷卻水流量調(diào)節(jié)閥全關(guān),所有冷凝熱全部用來(lái)加熱除濕機(jī)的出風(fēng),風(fēng)量一定時(shí),升溫的程度由冷凝器放熱的大小決定。有些情況下,如將除濕機(jī)系統(tǒng)的冷凝熱全部用來(lái)加熱空氣,工程內(nèi)空調(diào)房間的溫度將會(huì)超出要求范圍,此時(shí),可以采用“除濕調(diào)溫”模式,自動(dòng)給出信號(hào)開(kāi)啟水泵,連鎖開(kāi)冷卻塔風(fēng)機(jī),并根據(jù)房間的設(shè)定溫度調(diào)節(jié)水冷冷凝器的水流量,將部分冷凝熱由冷卻水帶走。工程內(nèi)溫度較高時(shí),可采用“除濕降溫”模式時(shí),關(guān)閉進(jìn)入風(fēng)冷冷凝器的電磁閥,并調(diào)節(jié)冷卻水流量調(diào)節(jié)閥,直到達(dá)到設(shè)定的出風(fēng)溫度。

由此可見(jiàn),調(diào)溫除濕機(jī)3種模式處理空氣的第一步都是利用其蒸發(fā)器來(lái)冷凍除濕,所謂的“升溫”、“調(diào)溫”和“降溫”,只是在第二步再加熱時(shí),加熱空氣所用的風(fēng)冷冷凝熱量大小不同。調(diào)溫除濕機(jī)溫度調(diào)節(jié)的上限值是除濕升溫工況的出風(fēng)溫度,下限值是除濕降溫工況的出風(fēng)溫度。如圖 1,在焓濕圖上,進(jìn)風(fēng)狀態(tài)參數(shù)點(diǎn)1經(jīng)蒸發(fā)器處理到露點(diǎn)L,然后進(jìn)行第二步處理,“除濕升溫”模式工作時(shí),出風(fēng)溫度處理到點(diǎn) 2';“除濕降溫”模式工作時(shí),出風(fēng)溫度處理到點(diǎn) 2;“除濕調(diào)溫”模式工作時(shí),出風(fēng)溫度處理到溫度介于點(diǎn) 2 和點(diǎn)2' 之的某點(diǎn)2''。當(dāng)除濕機(jī)的風(fēng)機(jī)風(fēng)量一定時(shí),出風(fēng)溫度狀態(tài)點(diǎn) 2'' 與設(shè)備的風(fēng)冷冷凝器釋放的熱量大小有關(guān),假設(shè)壓縮機(jī)的功率和制冷效率一定時(shí),冷凝熱的總量恒定,它可以在風(fēng)冷冷凝器和水冷冷凝器之間任意分配,則“除濕調(diào)溫”模式的出風(fēng)溫度可由經(jīng)過(guò)水冷冷凝器的冷卻水流量閥來(lái)調(diào)控,閥門開(kāi)度越大,水冷冷凝器帶走的熱量越多,除濕機(jī)的出風(fēng)溫度就越低。

3 模糊控制器的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)側(cè)重于調(diào)溫除濕機(jī)的“調(diào)溫”,因?yàn)橹灰凉駲C(jī)開(kāi),功率一定,“除濕”總是以單位時(shí)間多少除濕量發(fā)生的。改善調(diào)溫除濕機(jī)的性能重點(diǎn)在于對(duì)溫度的把握上,以溫度為主要控制對(duì)象,通過(guò)溫度控制來(lái)影響濕度。本設(shè)計(jì)采用二維模糊控制器,如圖 2 所示。其中輸入變量為溫度偏差 e和偏差變化率 ec,輸出變量為控制溫度的變量,冷凍水流量閥的開(kāi)度 u。濕度的模糊邏輯用同樣的方法設(shè)計(jì),下面僅討論溫度。

無(wú)塵車間中溫濕度模糊控制技術(shù)的應(yīng)用

3.1 模糊化

3.1.1 輸入 / 輸出變量的選取及量化

溫度偏差 e 的實(shí)際論域?yàn)閇-12℃,12℃(]超出范圍的越限值取上限或者下限值)。溫度偏差變化率 ec 的實(shí)際論域取[-3℃/min,+ 3 ℃/min(]越限值處理同上)。實(shí)際偏差和偏差變化率值分別通過(guò)各自的比例因子轉(zhuǎn)換到模糊控制器的基本論域內(nèi)。這里 E 和EC 的論域都取[-6,-5,…,0,…,+ 5 ,+ 6 ] 的離散區(qū)間。

則:ke = emax/ 6 = 2      ke = ecmax/ 6 = 0.5

為了計(jì)算方便,控制器輸出控制量u的論域也取為:

U ∈{-6, -5, -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}

而輸出量為電壓信號(hào),實(shí)際論域?yàn)閇-10V,10V],則:ku= umax/ 6 = 1.67。

3.1.2 輸入 / 輸出變量的模糊化

為了簡(jiǎn)化計(jì)算,同時(shí)按照人一貫的思維,將事物的程度分為大、中、小3個(gè)等級(jí),又分正、負(fù)兩個(gè)方向。這樣就定義出7 個(gè)模糊子集。即:PB(正大)、P M (正中)、P S (正?。?、Z E(零)、N B (負(fù)小)、N M (負(fù)中)及 N B (負(fù)大)。前面的定義的模糊變量 E、EC、U 的模糊集合均為:{NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB}。

輸出量 U 模糊子集的意義:NB 表示水流量調(diào)節(jié)閥負(fù)向大開(kāi);NM 表示水流量調(diào)節(jié)閥負(fù)向中開(kāi);NS 表示水流量調(diào)節(jié)閥負(fù)向小開(kāi);ZE 表示水流量調(diào)節(jié)閥保持當(dāng)前狀態(tài);PS 表示水流量調(diào)節(jié)閥正向小開(kāi);PM表示水流量調(diào)節(jié)閥正向中開(kāi);PB表示水流量調(diào)節(jié)閥正向大開(kāi)。采用三角分布隸屬度函數(shù),按照模糊空間細(xì)分的標(biāo)準(zhǔn),對(duì)論域在[-6,+6]的模糊變量進(jìn)行賦值。可得到各模糊變量的賦值表如表1所示。由于論域與三角形隸屬函數(shù)完全相同,則偏差 E、偏差變化率 EC 及輸出 U 的賦值表完全相同。

3.2 模糊控制規(guī)則庫(kù)

模糊控制規(guī)則庫(kù)的選擇取決于整個(gè)控制系統(tǒng)的對(duì)象特性,根據(jù)專家知識(shí)和操作人員經(jīng)驗(yàn),抽象成一系列不精確的條件語(yǔ)句以形成模糊控制規(guī)則庫(kù),如當(dāng)溫度誤差為正,目前系統(tǒng)本身有減小誤差的趨勢(shì)時(shí),為了盡快消除誤差且又不超調(diào),應(yīng)減少控制量。寫成對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句:if E=PS and EC=NM then U=ZE文獻(xiàn)[2-5]給出了有關(guān)中央空調(diào)溫度控制系統(tǒng)的模糊控制規(guī)則庫(kù),本文選擇的控制規(guī)則庫(kù)如表2所示。

3.3 模糊推理

本文采用如“if E=X and EC=Y then U=Z”的模糊條件語(yǔ)句所組成的推理規(guī)則。把控制規(guī)則編號(hào),每條控制規(guī)則可以求出一個(gè)模糊蘊(yùn)含關(guān)系,

即:Rij:if E=Ti  and EC=Tcj  then U-Uij

Rij =Ti× Tcj→Uij= Ti× Tcj→Uij

4 9 條規(guī)則可以得到 4 9 個(gè)模糊關(guān)系矩陣 Ri j(i = 1 ,2 ,…,7 ;j = 1 ,2 ,…,7 )。這些規(guī)則沒(méi)有先后之分,取“also”連接,則總的模糊關(guān)系求并運(yùn)算:

無(wú)塵車間中溫濕度模糊控制技術(shù)的應(yīng)用

3.4 模糊判決并計(jì)算輸出量

由表2已知的輸入模糊變量和求得的模糊關(guān)系矩陣,輸入量溫度偏差及變化率被量化為13 個(gè)等級(jí),任取某個(gè)語(yǔ)言值,如 E 取 -5,m=2,EC 取- 4 ,n = 3 。語(yǔ)言值屬于[ - 6 ,- 5 ,… ,0 ,1 ,… ,6 ] ,有:

無(wú)塵車間中溫濕度模糊控制技術(shù)的應(yīng)用

用最大- 最小合成法,可以求出 Umn,然后采用加權(quán)平均法做清晰化計(jì)算得出判斷結(jié)果:

無(wú)塵車間中溫濕度模糊控制技術(shù)的應(yīng)用
無(wú)塵車間中溫濕度模糊控制技術(shù)的應(yīng)用

其中 i,j = 1,2,…,13。這樣 uij就構(gòu)成了模糊控制狀態(tài)表,如表3所示。模糊控制表由matlab軟件編程實(shí)現(xiàn)。

4 模糊控制算法在S7-300PLC上實(shí)現(xiàn)

求出模糊控制表后,可以在PLC上編制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)模糊控制算法[6]。這樣模糊控制器的功能實(shí)現(xiàn)就可以分為在線和離線兩部分,離線部分控制查詢表已經(jīng)求出,在線部分的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 3。

無(wú)塵車間中溫濕度模糊控制技術(shù)的應(yīng)用

S7-300 的編程系統(tǒng) Step7-v5.3 提供了豐富的指令和功能模塊[7 ]。我們比較模糊控制器的結(jié)構(gòu)與S7-300 結(jié)構(gòu)化編程思想,可以設(shè)計(jì)出模糊算法的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。STEP7的程序總是從組織塊OB1開(kāi)始的,采用循環(huán)執(zhí)行的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)程序的總體控制、子程序塊的調(diào)用和數(shù)據(jù)的采集與傳遞。FB10被用來(lái)實(shí)現(xiàn)模糊控制功能。它又由FC10-FC13 四個(gè)子程序塊組成。其中FC10完成溫度偏差e和偏差變化率 ec 的計(jì)算;FC11 進(jìn)行模糊化處理,即完成精確量 e,ec 到模糊量 E,EC 的轉(zhuǎn)換;FC12 完成控制量表的查詢功能;FC12完成模糊控制量U到精確量 u 的轉(zhuǎn)化,并輸出 u。FB10 依次調(diào)用四個(gè)子模塊完成模糊控制各部分的功能,并實(shí)現(xiàn)他們之間的數(shù)據(jù)傳遞。FB10 模糊控制器編制完成后,保存在 STEP7標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中。這樣構(gòu)成的FB10就具有很強(qiáng)的靈活性和通用性,如同 S7-300 可編程控制器的內(nèi)置特殊功能的模塊一樣,可以在其他實(shí)現(xiàn)模糊功能的程序中方便調(diào)用,只需修改參數(shù)即可。實(shí)現(xiàn)模糊算法的流程圖如圖 5 所示。

無(wú)塵車間中溫濕度模糊控制技術(shù)的應(yīng)用

5 結(jié)論

將模糊控制技術(shù)與PLC控制系統(tǒng)相結(jié)合,既顯示了 PLC 的可靠、靈活及適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn),也大大提高了除濕機(jī)控制系統(tǒng)的智能化程度。用西門子S7-300系列PLC代替原來(lái)調(diào)溫除濕機(jī)的控制器西門子 S7-200 系列 PLC,利用 300 系列 PLC 的結(jié)構(gòu)化編程的功能與模糊控制的原理相結(jié)合,設(shè)計(jì)出了結(jié)構(gòu)緊湊的模糊控制器,采用離線查表法直接在 S7-300 系列 PLC 的編程語(yǔ)言中實(shí)現(xiàn)模糊控制功能,改進(jìn)了調(diào)溫除濕機(jī)溫濕度的控制方式。

本文標(biāo)簽

地址:山東省濟(jì)南市天橋區(qū)新徐居委會(huì)黃河建邦大橋西側(cè)1-6號(hào)  電話:0531-68824415  傳真:0531-68824415

版權(quán)所有:濟(jì)南順奇凈化工程有限公司    技術(shù)支持:康美科技     備案號(hào):魯ICP備19040779號(hào)    xml地圖    html地圖    txt地圖    登錄


魯公網(wǎng)安備 37010402001035號(hào)