摘要：介紹一種高層建筑分層模糊控制的供暖系統，該系統可對各個樓層室溫自行設定和流量檢測，采用帶自調正因子的模糊控制規則，比傳統PID調節器有系統輸出響應快，無超調，對參數有較強的魯棒性的優點。能夠解決穩定室溫的問題，從而產生較好的經濟效益。

　　關鍵詞：PLC,單片機,模糊控制,供暖系統

　　在高樓集中式供熱系統中，由于室內要求恒定的溫度，暖通水循環泵熱負荷計算的依據及參數的選取較復雜，智能變頻技術在該領域就顯得尤為重要。利用智能模糊控制變頻技術對循環泵進行控制。一方面，極大的節約水泵的電能，實現系統的節能運行。另一方面，提高系統的運行品質，實現高精度控制，使室內溫度更加穩定。

　　1. 供暖系統的總體方案

　　供暖控制系統以可編程控制器S7-226為核心，流量傳感器和溫度傳感器檢測每層樓的熱水流量和溫度，經單片機數據處理后，傳給可編程控制器S7-226。根據室溫測量值與給定初始值比較，S7-226就可調節變頻器輸出頻率，改變水循環泵的轉速，即改變相應樓層的熱水流量，從而達到恒定室溫的目的。每層樓的管道與與樓房主管道相并聯。在樓層管道入、出口處同時裝測流速和測溫度傳感器，以檢測供熱流量和經過樓層前后熱水的溫度差。

　　系統除測流量和測溫度電路外(硬件連接示意圖見圖1所示)，還有測量結果的存儲及顯示(熱水流量和溫度及室溫)電路。

　　2.1熱水流量測量

　　流量檢測由流量計和相應的轉換電路組成。在供暖系統中最為常用是超聲波式計量計(由超聲波傳感器和相應的轉換電路組成)，是一種非接觸式測量器件，故不會改變流體的狀態，不產生附加阻力。超聲波傳感器安裝原理如圖3所示，將兩個既能發射又能接受的超聲波傳感器安裝管道兩側，并錯開幾厘米，目的使管內流體的流向與超聲波傳播的方向有一定加角，達到計量流速和流量的目的。安裝傳感器時選擇在直管處，以便得到流速的精確值。

　　兩個方向超聲波傳播時間差。從中解出流速V，根據管內徑D，計算得到流體的流量。超聲波在液體中傳播與溫度有關，超聲波速度與溫度變化成非線性曲線。所以在設計時通過試驗方法得到速度與溫度關系存在存儲器中，在測量過程中根據水溫加以校正。

　　2.2模糊控制規則

　　當室溫傳感器檢測實際溫度值，然后將此量與初始設定值比較，得到誤差信號e，把誤差信號的精確量模糊化變成模糊量，得到誤差e的模糊語言集合的一個子集E，再由誤差e和模糊控制規則R(模糊關系)，根據推理的合成規則進行決策，得到水循環泵頻率的變化量△U的語言變量取值{負大,負中,負小,零,正小,正中,正大}。量化等級都取{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6}。選取的隸屬函數曲線越尖挺，控制的靈敏度越高。本系統各模糊子集的隸屬函數取三角函數。

　　由于樓層室溫要求不同，系統對每層樓的工作狀態和參數也不同，所以對誤差和誤差變化率的加權值也不同。當系統誤差較大時(a值較大)，控制系統的主要任務是消除誤差，要加強誤差的權值，加速系統的快速響應。反之，要加強誤差變化的權重(a值較小)，以提高穩定性。引入調正因子a ，滿足不同狀態對修調正因子a不同要求。

　　設誤差E誤差變化EC及控制量u的論域選取為

　　{E}={EC}={u}={-N,…,-2,-1,0,1,2,…,N}

　　則在全論域范圍內帶有自調整因子的模糊控制規則可表示為

　　式中 調整因子a在 與 之間隨誤差絕對值

　　的大小自動調整呈線性變化，因 為量化等級，故a有N個取值。當取 時，輸出量 這種自動調整是在整個誤差論域內進行，按誤差的大小調整誤差對控制作用的權重 。在本控制系統中 建立模糊控制查詢表。實際應用中，已知E和EC通過表1求得電動機頻率的變化量△U，再按最大隸屬度原則解模糊，選擇隸屬度最大的元素為精確控制信號，乘以比例因子，即為實際水循環泵的控制信號為： ，經數模轉換后控制水循環泵的頻率，以致達到控制室內溫度的目的。

　　2.3 S7-226與P89C60X2之間通信

　　S7-226設為主站，所有P89C60X2(從站)通過RS485總線串聯在S7-226上。通訊采用主從應答方式和精確劃分時間片的通訊輪巡方式，主站S7-226首先發送地址幀作為握手信號，被尋址的從站單片機P89C60X2應答主站，建立連接;判斷地址符合后，主站給被尋址的從站發送控制信號，被尋址的從站根據其命令向主站回送相應的數據或應答。同時所有未被尋址的從站根據通訊協議監聽總線上的下行數據，以便取得地址與主站建立。地址幀，

　　幀設計，數據包設計，通訊鏈路過程這四個方面是一個關鍵性問題。信息幀的格式設計，鏈路的建立方式，校驗方法等影響系統的可靠性。

　　3軟件設計

　　PLC軟件設計的功能包括 ：設定樓層的室溫初始值，數據通信協議，模糊控制的數據處理，報警。PLC控制器軟件實現流程圖。其中Ts為室溫的實測值(To為室溫初始設定值)。在模糊算法的實現中，模糊控制算法的查詢是程序設計的關鍵。還有單片機對溫度傳感器和流量傳感器的數據采集和運算程序。

　　實際運行結果表明，智能模糊控制變頻技術在供熱過程中起到了節約能源，熱力平衡，提高了供熱質量和效果的作用，實現建筑節能的目的。

　　參考文獻

　　1、沙超 董挺挺 王汝傳 等.無線傳感器網絡硬件平臺的研究與設計[J].電子工程師,2006(5):52-55

　　2、王智淵.基于AVR單片機的樓字供暖無線監控系統[J].工業儀表與自動化裝置,2010,(1):34-36.

　　3、朱瑞卿.基于模糊控制的洗浴供水系統的設計[J].自動化與儀器儀表,2009,145(5):31-33.

　　4、楊志遠 徐振林.電力參數的數字化測量和無線數據傳送[J].電測與儀表,2005,42(4):34-37.

　　5、于海斌 曾鵬等.智能無線傳感器網絡系統[M].北京:科學出版社,2006..

　　6、黎惠成 曾碧 吳清泉.一種基于模糊控制的溫度控制系統設計[J].計算機技術與發展,2009,(19):237-239