1 工程概況
這裏介紹的工程的被控對象是中央空調制冷機組的冷凍水泵系統、冷卻水泵系統、冷卻塔風機和熱水機提壓泵。按照系統要求，要根據制冷機組的冷凍水出口壓力（或溫度）來控制冷凍水泵的流量，根據冷卻水入口（回水）水溫控制冷卻塔風機的轉速，根據冷卻水出口水溫（或壓力）控制冷卻水泵的流量，熱水機提壓泵的設置根據用戶系統是否足夠來確定。余熱中央熱水系統工藝流程見圖1。
實現控制目的，其關鍵在於利用冷凍水（或冷卻水）的壓力（或溫度）來控制水泵系統和風機的電機轉速。在本方案中采用壓力和溫度傳感器，采集溫度和壓力信號，PLC作為主控設備，利用電機變速節能技術，使用變頻器來控制水泵和風機的電機轉速。其控制系統網絡圖見圖2。
2 控制方案
2．1 單個水泵（或風機）的控制模式
根據冷凍水（或冷卻水）的壓力（或溫度）控制水泵的流量和風機的轉速，就是要實現對變頻器裝置的控制，即利用采集的壓力和溫度信號來控制變頻器輸出的頻率。采用反饋模式實現閉環的跟蹤控制，可以隨天氣情況、客人數量、活動內容等因素的變化來調節實際的負荷量。反饋控制可以采用壓力反饋控制模式和溫度反饋控制模式，具體哪種水泵采用壓力反饋控制，哪種水泵采用溫度反饋控制，要根據具體的現場情況及要求來決定。壹般而言，冷凍水泵系采用壓力反饋控制，冷卻水泵系統、熱水機提壓泵和冷卻塔風機采用溫度反饋控制。控制模式見圖3。
2．2 控制邏輯與算法
由於該系統有四組需要控制的水泵系統或風機，因此每壹組水泵系統或風機都應該有與其相對應的控制部分，包括獨立的傳感器、變頻器和PID參數，其基本結構是相同的。現以冷凍水泵系統為例分析其控制算法。冷凍水泵系統組成如圖4所示。
冷凍水泵系統由四臺水泵組成，其中包括了三臺備用泵。當大廈的用冷量較小時，只需要啟動其中的壹臺水泵（常用泵），並且可以對該水泵的轉速進行變頻調節以達到最經濟的運行。當大廈的用冷量較大時，就可能需要同時啟用其中的兩臺或三臺水泵，壹臺或兩臺全速運行，另外壹臺受控變頻調速。每壹臺水泵原則上應該對應於壹臺變頻器，但由於變頻器價格較高，從經濟的角度考慮，可以壹組水泵系采用壹個變頻器。其控制邏輯為：
（1）1＃水泵為常用泵，與變頻器相連，可實現變頻調速，2＃、3＃、4＃泵為備用泵；
（2）通常情況下，1＃泵啟動，其流量受控；
（3）用冷量加大，1＃泵全速啟動仍不能滿足要求時（壓力或溫度超過用戶設定的閾值1），全速啟動2＃、3＃、4＃泵中的壹臺，1＃泵的流量仍受變頻器控制。若仍不能滿足要求（壓力或溫度超過用戶設定的閾值2），則依此法再全速啟動壹臺泵，1＃泵始終受控，從而達到合理利用電能的目的；
（4）每次全速啟動備用泵時，優先啟動累計運行時間最少的備用泵（時間相等時依照用戶設定啟動），使得3個備用泵都處於熱儲備狀態，延長設備的使用壽命；
（5）當1＃泵檢修時，可以將2＃泵與變頻器相連（即將變頻器輸出的三相電源與2＃泵相連）。
上述控制邏輯表明，本控制系統采用了開關PID－FC控制，當采樣值與設定值偏差較大時，采用開關控制（全速啟動備用泵）；當采樣值與設定值偏差較小時，則采用PID控制（變頻調速壹臺泵）。
開關控制是由PLC根據采樣值與閾值的比較得到的差量來決定電子開關的閉合，PID控制則是由PLC根據離散型的增量式PID算法得到控制量，其壹般算法為：
增量：Δu（k）＝Kp｛e（k）－e（k－1）＋e（k）＋〔e（k）－2e（k－1）＋e（k－2）〕｝
控制量：u（k）＝u（k－1）＋Δu（k）
式中，Kp、T1、TD為PID系數，T為采樣周期，e（k）、e（k－1）、e（k－2）為連續三次采樣的值與給定值的差，Δu（k）為第K個采樣周期的控制量增量，u（k）則為第K個采樣周期的控制量，也就是傳給變頻器的頻率值。PID系數采用模糊控制器來自行調整，即為PID－FC控制器，其結構如圖5所示。其中：
KI（t）＝KI（t－1）＋ΔKI；
KD（t）＝KD（t－1）＋ΔKD；
Kp（t）＝Kp（t－1）＋ΔKp；
UPDI＝KPe（t）＋KI∑e（t）＋KDΔe（t）；
控制表的設計與壹般模糊控制器的控制表設計壹樣，經過8個步驟完成：確定輸入輸出的模糊子集及論域，選擇控制規則，確定各模糊子集的隸屬度函數，進行模糊控制器關系運算，計算采樣值的偏差和偏差變化，將偏差和偏差變化模糊化，進行模糊決策和模糊判決，最終得到實際的控制量。
3 工程實現
本系統包括傳感器、控制器和變頻器三個部分。控制部分結構圖如圖6所示。
我們選用壓力變送器和溫度變送器將采樣溫度和壓力變為電信號。控制器需要不間斷的給出控制量，壹般的PC機難以滿足這樣的要求，因此選用PLC完成自動控制和故障報警功能，其內置的PID控制器還可以大大減少設計工作量。采用觸摸屏提供友好的人機界面，用戶可以查看系統的運行狀況，各主要測溫、測壓點的實時監測值，並可以更改開關閾值。
4 結束語
在本控制系統的設計中，靈活使用了開關控制和PID控制，縮短了響應時間，提高了控制精度，同時在硬件設計上采用PLC作為主控器，滿足工業控制簡單、方便、穩定的要求。而且，設備均處於熱儲備狀態，延長了機器的平均使用壽命，也保障了整個系統運行的穩定性。將該系統用於樓宇中央空調的自動控制中，可以實時有效地控制制冷機組系統的水泵系統和冷卻風機，根據大廈的實際用冷量合理調節冷凍水和冷卻水的流量，即合理控制水泵系統和風機的負載，從而達到節約電能的目的。同時，在余熱利用中，可以消除引入熱水機對原系統的影響，穩定系統工作。
.