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1． 工程概況
某會(huì)所自動(dòng)控制工程包括地?zé)峥照{(diào)冷熱源機(jī)組循環(huán)水控制系統(tǒng)、衛(wèi)生熱水給水處理控制系統(tǒng)、排污系統(tǒng)以及冷熱源機(jī)組補(bǔ)水系統(tǒng)等。系統(tǒng)熱源均取之地下熱水，由深水泵汲至地面經(jīng)處理后應(yīng)用。其中，冷暖機(jī)組所需熱水有地?zé)嵛眉乘?jīng)蒸發(fā)器、冷凝器進(jìn)行熱量交換后由回灌水泵回灌至地下，以保持地下水位的平衡；小區(qū)衛(wèi)生熱水由熱水泵汲取地下熱水，經(jīng)錳沙過濾器和活性炭過濾器進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚_(dá)到衛(wèi)生用水標(biāo)準(zhǔn)后，與冷水進(jìn)行比例混合溫控處理，達(dá)到居民日常用熱水的溫度范圍。生活污水由污水泵送至污水處理系統(tǒng)。
各種機(jī)電設(shè)備種類繁多，控制系統(tǒng)邏輯關(guān)系較為復(fù)雜。關(guān)鍵技術(shù)為供水壓力和混水溫度的自動(dòng)控制，其中供水壓力由變頻機(jī)組實(shí)現(xiàn)。在此，僅以衛(wèi)生熱水自動(dòng)溫控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為例，對設(shè)備選型、方案設(shè)計(jì)及現(xiàn)場調(diào)試方法進(jìn)行討論。
2． 設(shè)備選型
Open_PLC是基于PC和 IEC61131-3的可編程控制器。隨著PC的普及，工業(yè)PC與嵌入式PC的廣泛應(yīng)用，高性能、低成本與標(biāo)準(zhǔn)化的PC架構(gòu)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)界。基于PC的控制已經(jīng)成為CNC機(jī)械控制的主流，逐漸取代傳統(tǒng)的PLC。
Open_PLC 是依據(jù)開放性自動(dòng)化產(chǎn)品策略而發(fā)展起來的產(chǎn)品，它整合了Open_IO, Open Control分布式IO 與控制器，以串行及以太網(wǎng)的方式與SCADA/ MMI進(jìn)行信息整合。它不僅能對本地IO 與遠(yuǎn)程IO 編程, 并能提供LonWorks、Modbus與其它Field Bus設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)集成。
目前，IE61131-3標(biāo)準(zhǔn)化PLC程序語言已被各大PLC制造商采用。采用這種標(biāo)準(zhǔn)，在Windows環(huán)境下開發(fā)IE61131-3程序，并可在Windows或Target執(zhí)行PLC的開發(fā)軟件稱之為軟邏輯。鑒于Open_PLC在工控及智能樓控系統(tǒng)中的高的性價(jià)比，在工程項(xiàng)目中，我們選用了巨騰科技公司的Open_PLC。
Open_PLC 提供了功能完整的模塊供使用者來設(shè)計(jì)PLC應(yīng)用系統(tǒng)，這些模塊基本上分為四類：
（1） 共享模塊, 如CPU、電源供應(yīng)器；
（2） 智能型界面控制器, 作為遠(yuǎn)程IO 或其它通訊界面；
（3） 基本界面模塊, 提供基本的模擬與數(shù)字輸出入；
（4） 智能型界面模塊, 提供通用型模擬輸出入或快速計(jì)數(shù)輸入等。
本工程設(shè)備相對集中，因此我們選用了共享模塊和基本界面模塊。
開關(guān)量輸入模塊采用：DI_DCI32；
開關(guān)量輸出模塊采用：DO_PR_16；
模擬量輸入采用了兩種模塊：
溫度采集采用熱電阻輸入模塊：UAI_ISO_08；
壓力采集采用：OAI_ISO_08;
模擬量輸出模塊采用：AO_ISO_08;
3． 方案設(shè)計(jì)
衛(wèi)生熱水自動(dòng)混水溫度調(diào)節(jié)是本項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)。由于本工程邏輯控制功能由下位機(jī)完成，上位機(jī)監(jiān)控計(jì)算量不大，因此選擇低成本的AO_ISO_08模塊，由上位機(jī)完成PID運(yùn)算任務(wù)，可在保證控制精度的前提下節(jié)約系統(tǒng)構(gòu)造成本。圖 1是由controx2000通用監(jiān)控組態(tài)軟件設(shè)計(jì)的此項(xiàng)目水處理系統(tǒng)工藝流程圖，圖中左邊淺色部分是衛(wèi)生熱水自動(dòng)混水溫控部分，是本文研究的重點(diǎn)，由熱電阻測量混水器的出口溫度，根據(jù)出口溫度由AO_ISO_08輸出信號(hào)調(diào)整三通調(diào)節(jié)筏的開度控制熱水的流量，從而達(dá)到控制混水器水溫的目的。
圖 1 水處理系統(tǒng)工藝流程圖
PID控制作為經(jīng)典控制理論，在工業(yè)控制上得到廣泛應(yīng)用。常規(guī)的PID控制，其控制方程為：
為實(shí)現(xiàn)PID技術(shù)的計(jì)算機(jī)控制，對上述PID算法進(jìn)行離散化處理。位置式PID控制算法的控制精度較高，但考慮到位置式PID控制算法每一次輸出都是全量輸出，計(jì)算機(jī)一旦出現(xiàn)故障可能會(huì)導(dǎo)致P有較大幅度的輸出變化，對驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)造成傷害[7]。為此，采用增量式數(shù)字PID控制算法。
PID控制運(yùn)算的流程圖如圖 2所示。
4． 現(xiàn)場應(yīng)用
現(xiàn)場調(diào)試采用擴(kuò)充臨界比例度法選擇PID參數(shù)，擴(kuò)充臨界比例度法是以模擬調(diào)節(jié)器中使用的臨界比例度法為基礎(chǔ)的一種PID數(shù)字控制器參數(shù)的整定方法。用它整定T、Kc、Ti和Td的步驟如下：
（1） 選擇一個(gè)合適的采樣周期T，控制器作純比例Kc控制；
（2） 調(diào)整Kc的值，使系統(tǒng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下相應(yīng)的臨界振蕩周期Ts和臨界振蕩增益Ks；
（3） 選擇合適的控制度。所謂控制度就是數(shù)字控制器和模擬調(diào)節(jié)器所對應(yīng)的過渡過程的誤差平方的積分比；
（4） 根據(jù)控制度，查表 1，即可得出T、Kp、Ti和Td的值。
表 1 整定參數(shù)選擇表
根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，溫度控制系統(tǒng)采樣周期T的選擇一般為15-20S。選擇采樣周期為10S，通過上述步驟，確定比例系數(shù)Kc、積分系數(shù)Ki和微分系數(shù)Kd，選擇最佳參數(shù)并將其固定。圖 3表示了從系統(tǒng)啟動(dòng)到輸出穩(wěn)定時(shí)PID調(diào)節(jié)輸出的情況,縱坐標(biāo)以百分比的形式表示設(shè)定值與輸出值，橫坐標(biāo)表示時(shí)間。從圖中我們可以看出，系統(tǒng)啟動(dòng)瞬間由于設(shè)定值與輸出值差別較大，系統(tǒng)跟隨速度較快，隨著時(shí)間的推移設(shè)定值與輸出值之差逐漸減小，調(diào)節(jié)量也逐漸減小，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)。
圖 3 實(shí)時(shí)曲線圖
5． 結(jié)論
此系統(tǒng)不僅可避免電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)的沖擊，而且也起到了均衡節(jié)能的作用, 經(jīng)過現(xiàn)場驗(yàn)證是切實(shí)可行的。本系統(tǒng)具有組網(wǎng)方便、集成度高、成本低等特點(diǎn)，而且可以容易地構(gòu)成徹底分散的、地域分布的網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)。
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