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Controx在小区卫生热水自动温控系统中的应用

1. 工程概况

    某会所自动控制工程包括地热空调冷热源机组循环水控制系统、卫生热水给水处理控制系统、排污系统以及冷热源机组补水系统等。系统热源均取之地下热水,由深水泵汲至地面经处理后应用。其中,冷暖机组所需热水有地热吸水泵汲水,经蒸发器、冷凝器进行热量交换后由回灌水泵回灌至地下,以保持地下水位的平衡;小区卫生热水由热水泵汲取地下热水,经锰沙过滤器和活性炭过滤器进行适当的处理,达到卫生用水标准后,与冷水进行比例混合温控处理,达到居民日常用热水的温度范围。生活污水由污水泵送至污水处理系统。
各种机电设备种类繁多,控制系统逻辑关系较为复杂。关键技术为供水压力和混水温度的自动控制,其中供水压力由变频机组实现。在此,仅以卫生热水自动温控系统的设计为例,对设备选型、方案设计及现场调试方法进行讨论。
2. 设备选型
Open_PLC是基于PC和 IEC61131-3的可编程控制器。随着PC的普及,工业PC与嵌入式PC的广泛应用,高性能、低成本与标准化的PC架构已广泛应用于工业界。基于PC的控制已经成为CNC机械控制的主流,逐渐取代传统的PLC。
Open_PLC 是依据开放性自动化产品策略而发展起来的产品,它整合了Open_IO, Open Control分布式IO 与控制器,以串行及以太网的方式与SCADA/ MMI进行信息整合。它不仅能对本地IO 与远程IO 编程, 并能提供LonWorks、Modbus与其它Field Bus设备进行系统集成。
目前,IE61131-3标准化PLC程序语言已被各大PLC制造商采用。采用这种标准,在Windows环境下开发IE61131-3程序,并可在Windows或Target执行PLC的开发软件称之为软逻辑。鉴于Open_PLC在工控及智能楼控系统中的高的性价比,在工程项目中,我们选用了巨腾科技公司的Open_PLC。
Open_PLC 提供了功能完整的模块供使用者来设计PLC应用系统,这些模块基本上分为四类:
(1)     共享模块, 如CPU、电源供应器;
(2)        智能型界面控制器, 作为远程IO 或其它通讯界面;
(3)        基本界面模块, 提供基本的模拟与数字输出入;
(4)        智能型界面模块, 提供通用型模拟输出入或快速计数输入等。
本工程设备相对集中,因此我们选用了共享模块和基本界面模块。
开关量输入模块采用:DI_DCI32;
开关量输出模块采用:DO_PR_16;
模拟量输入采用了两种模块:
        温度采集采用热电阻输入模块:UAI_ISO_08;
        压力采集采用:OAI_ISO_08;
模拟量输出模块采用:AO_ISO_08;
3. 方案设计
    卫生热水自动混水温度调节是本项目的关键技术。由于本工程逻辑控制功能由下位机完成,上位机监控计算量不大,因此选择低成本的AO_ISO_08模块,由上位机完成PID运算任务,可在保证控制精度的前提下节约系统构造成本。 1是由controx2000通用监控组态软件设计的此项目水处理系统工艺流程图,图中左边浅色部分是卫生热水自动混水温控部分,是本文研究的重点,由热电阻测量混水器的出口温度,根据出口温度由AO_ISO_08输出信号调整三通调节筏的开度控制热水的流量,从而达到控制混水器水温的目的。
1 水处理系统工艺流程图
PID控制作为经典控制理论,在工业控制上得到广泛应用。常规的PID控制,其控制方程为:
    为实现PID技术的计算机控制,对上述PID算法进行离散化处理。位置式PID控制算法的控制精度较高,但考虑到位置式PID控制算法每一次输出都是全量输出,计算机一旦出现故障可能会导致P有较大幅度的输出变化,对驱动系统造成伤害[7]。为此,采用增量式数字PID控制算法。
PID控制运算的流程图如 2所示。
 
 
1 整定参数选择表
    根据工程经验,温度控制系统采样周期T的选择一般为15-20S。选择采样周期为10S,通过上述步骤,确定比例系数Kc、积分系数Ki和微分系数Kd选择最佳参数并将其固定。 3表示了从系统启动到输出稳定时PID调节输出的情况,纵坐标以百分比的形式表示设定值与输出值,横坐标表示时间。从图中我们可以看出,系统启动瞬间由于设定值与输出值差别较大,系统跟随速度较快,随着时间的推移设定值与输出值之差逐渐减小,调节量也逐渐减小,系统运行平稳。
 
3  实时曲线图
5. 结论
此系统不仅可避免电机启动时对电网的冲击,而且也起到了均衡节能的作用, 经过现场验证是切实可行的。本系统具有组网方便、集成度高、成本低等特点,而且可以容易地构成彻底分散的、地域分布的网络测控系统。
4. 现场应用
现场调试采用扩充临界比例度法选择PID参数,扩充临界比例度法是以模拟调节器中使用的临界比例度法为基础的一种PID数字控制器参数的整定方法。用它整定T、Kc、TiTd的步骤如下:
(1)       选择一个合适的采样周期T,控制器作纯比例Kc控制;
(2)       调整Kc的值,使系统出现临界振荡,记下相应的临界振荡周期Ts和临界振荡增益Ks
(3)       选择合适的控制度。所谓控制度就是数字控制器和模拟调节器所对应的过渡过程的误差平方的积分比;
(4)       根据控制度,查 1,即可得出T、Kp、TiTd的值。

 
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