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。
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