基于模糊控制技术的供暖系统

所属栏目:物业论文 发布日期:2013-01-24 10:06 热度:

  摘要:介绍一种高层建筑分层模糊控制的供暖系统,该系统可对各个楼层室温自行设定和流量检测,采用带自调正因子的模糊控制规则,比传统PID调节器有系统输出响应快,无超调,对参数有较强的鲁棒性的优点。能够解决稳定室温的问题,从而产生较好的经济效益。

  关键词:PLC,单片机,模糊控制,供暖系统

  在高楼集中式供热系统中,由于室内要求恒定的温度,暖通水循环泵热负荷计算的依据及参数的选取较复杂,智能变频技术在该领域就显得尤为重要。利用智能模糊控制变频技术对循环泵进行控制。一方面,极大的节约水泵的电能,实现系统的节能运行。另一方面,提高系统的运行品质,实现高精度控制,使室内温度更加稳定。

  1. 供暖系统的总体方案

  供暖控制系统以可编程控制器S7-226为核心,流量传感器和温度传感器检测每层楼的热水流量和温度,经单片机数据处理后,传给可编程控制器S7-226。根据室温测量值与给定初始值比较,S7-226就可调节变频器输出频率,改变水循环泵的转速,即改变相应楼层的热水流量,从而达到恒定室温的目的。每层楼的管道与与楼房主管道相并联。在楼层管道入、出口处同时装测流速和测温度传感器,以检测供热流量和经过楼层前后热水的温度差。

  系统除测流量和测温度电路外(硬件连接示意图见图1所示),还有测量结果的存储及显示(热水流量和温度及室温)电路。

  2.1热水流量测量

  流量检测由流量计和相应的转换电路组成。在供暖系统中最为常用是超声波式计量计(由超声波传感器和相应的转换电路组成),是一种非接触式测量器件,故不会改变流体的状态,不产生附加阻力。超声波传感器安装原理如图3所示,将两个既能发射又能接受的超声波传感器安装管道两侧,并错开几厘米,目的使管内流体的流向与超声波传播的方向有一定加角,达到计量流速和流量的目的。安装传感器时选择在直管处,以便得到流速的精确值。

  两个方向超声波传播时间差。从中解出流速V,根据管内径D,计算得到流体的流量。超声波在液体中传播与温度有关,超声波速度与温度变化成非线性曲线。所以在设计时通过试验方法得到速度与温度关系存在存储器中,在测量过程中根据水温加以校正。

  2.2模糊控制规则

  当室温传感器检测实际温度值,然后将此量与初始设定值比较,得到误差信号e,把误差信号的精确量模糊化变成模糊量,得到误差e的模糊语言集合的一个子集E,再由误差e和模糊控制规则R(模糊关系),根据推理的合成规则进行决策,得到水循环泵频率的变化量△U的语言变量取值{负大,负中,负小,零,正小,正中,正大}。量化等级都取{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6}。选取的隶属函数曲线越尖挺,控制的灵敏度越高。本系统各模糊子集的隶属函数取三角函数。

  由于楼层室温要求不同,系统对每层楼的工作状态和参数也不同,所以对误差和误差变化率的加权值也不同。当系统误差较大时(a值较大),控制系统的主要任务是消除误差,要加强误差的权值,加速系统的快速响应。反之,要加强误差变化的权重(a值较小),以提高稳定性。引入调正因子a ,满足不同状态对修调正因子a不同要求。

  设误差E误差变化EC及控制量u的论域选取为

  {E}={EC}={u}={-N,…,-2,-1,0,1,2,…,N}

  则在全论域范围内带有自调整因子的模糊控制规则可表示为

  式中 调整因子a在 与 之间随误差绝对值

  的大小自动调整呈线性变化,因 为量化等级,故a有N个取值。当取 时,输出量 这种自动调整是在整个误差论域内进行,按误差的大小调整误差对控制作用的权重 。在本控制系统中 建立模糊控制查询表。实际应用中,已知E和EC通过表1求得电动机频率的变化量△U,再按最大隶属度原则解模糊,选择隶属度最大的元素为精确控制信号,乘以比例因子,即为实际水循环泵的控制信号为: ,经数模转换后控制水循环泵的频率,以致达到控制室内温度的目的。

  2.3 S7-226与P89C60X2之间通信

  S7-226设为主站,所有P89C60X2(从站)通过RS485总线串联在S7-226上。通讯采用主从应答方式和精确划分时间片的通讯轮巡方式,主站S7-226首先发送地址帧作为握手信号,被寻址的从站单片机P89C60X2应答主站,建立连接;判断地址符合后,主站给被寻址的从站发送控制信号,被寻址的从站根据其命令向主站回送相应的数据或应答。同时所有未被寻址的从站根据通讯协议监听总线上的下行数据,以便取得地址与主站建立。地址帧,

  帧设计,数据包设计,通讯链路过程这四个方面是一个关键性问题。信息帧的格式设计,链路的建立方式,校验方法等影响系统的可靠性。

  3软件设计

  PLC软件设计的功能包括 :设定楼层的室温初始值,数据通信协议,模糊控制的数据处理,报警。PLC控制器软件实现流程图。其中Ts为室温的实测值(To为室温初始设定值)。在模糊算法的实现中,模糊控制算法的查询是程序设计的关键。还有单片机对温度传感器和流量传感器的数据采集和运算程序。

  实际运行结果表明,智能模糊控制变频技术在供热过程中起到了节约能源,热力平衡,提高了供热质量和效果的作用,实现建筑节能的目的。

  参考文献

  1、沙超 董挺挺 王汝传 等.无线传感器网络硬件平台的研究与设计[J].电子工程师,2006(5):52-55

  2、王智渊.基于AVR单片机的楼字供暖无线监控系统[J].工业仪表与自动化装置,2010,(1):34-36.

  3、朱瑞卿.基于模糊控制的洗浴供水系统的设计[J].自动化与仪器仪表,2009,145(5):31-33.

  4、杨志远 徐振林.电力参数的数字化测量和无线数据传送[J].电测与仪表,2005,42(4):34-37.

  5、于海斌 曾鹏等.智能无线传感器网络系统[M].北京:科学出版社,2006..

  6、黎惠成 曾碧 吴清泉.一种基于模糊控制的温度控制系统设计[J].计算机技术与发展,2009,(19):237-239

文章标题:基于模糊控制技术的供暖系统

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