基于S7－300 PLC的商场恒温控制系统设计

作者：付 婷 贵州师范大学

一般而言空调自动控制系统只对温度、湿度进行有效的控制，但自动控制的范围并非只限于此。文中设计的商场恒温控制系统包含转换控制、补偿控制、连锁控制、状态监测、容量调节等全自动化的控制系统，能及时监测负荷的变化，使整个系统达到最优的经济效果。

1 总体控制系统设计

设计一个自动化水平较高的系统，在设计可靠运行的同时，还必须考虑管理和维护。采用德国Siemens公司的可编程控制器S7-300实现控制功能，采用监控主机通过Profibus与可编程控制器连接，实现整个系统运行状况的检测与控制，并记录系统运行的各参数和故障信息。控制系统可实现如下功能：本机操作；监控室遥控操作；压缩机保护功能；冷凝风机与压缩机连锁保护功能；送风风机与电加热元件连锁保护功能；过载和短路保护功能；防雷保障功能；通讯功能，总体结构如图1所示。



监控主机系统是整个恒温控制的主界面，人机交互友好。由一台主机与打印机组成。主机对整个系统进行管理，通过主机可以了解恒温控制系统的实时数据，以及运行历史的所有相关参数；管理人员在主计算机上可以控制整个空调系统的运行。可调看历史温度、操作和故障记录等关键信息。

2 模糊PID算法

2．1 模糊PID控制结构

模糊PID控制系统原理如图2所示，是由可控式参数PID系统和模糊控制系统两部分构成。可控式参数PID控制器可以直接对系统控制，模糊控制器对PID的控制参数的实时调整。



2．2 PID参数调整规则

模糊PID控制器用式(1)表示

式中，E(k)是系统误差；EC(k)是系统误差变化量；KP是比例系数，决定了系统响应速度与精度；K1为积分系数，决定了系统稳态精度；KD为微分系数，决定系统动态特性。模糊PID控制器是通过模糊推理，根据E和EC的变化，实时调整PID的系数，确定模糊控制规律。

恒温空调控制系统的温度控制，是通过控制空调机组的开启和停止实现。空调机组的分布在商场各个区域，空调机组相互之间的区域也有一定程度的影响，因此难以用确定的数学模型来描述它们之间的关系。所以系统是设计一个多输入、多输出的控制器来对整个系统进行监控。在实际的工程应用当中，是需要考虑可行性和工程成本以及控制效果，因此在模型设计时需要简化。系统的各个组件都存不确定的影响因素，在整个系统的设计时，需要将这些影响用温度误差的加权平均值来表现，对每机组采用各自相应的模糊控制器实现控制。对单个机组采用多输入单输出的方式以达到简化控制的效果。