大型賓館、寫字樓的電耗中，中央空調系統佔據了很大的比例。如何降低電耗，提高經濟效益，已經成為企業負責人越來越關注的問題。作為中央空調系統的重要組成部分--製冷機組的熱端單純靠冷卻水帶走熱量，既加大了冷卻水系統的負擔又沒有充分地利用熱量，造成了能源的浪費。餘熱中央熱水系統引入了熱水機，利用製冷機組熱端產生的熱量來生產生活用熱水，充分利用了熱量又減輕了冷卻水系統的負擔，達到了節能的目的。同時，冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔風機長期恒速運行，不能根據大廈的實際用冷量和天氣的冷暖變化來自動調節迴圈水量，這也是一種電能的浪費。因此，需要引入自動控制系統來自動調節水泵和風機的運行速度，以消除引入熱水機給製冷系統可能帶來的影響，穩定製冷機組的工作狀態，降低電耗，保證設備的正常、經濟運行。
１工程概況
這裏介紹的工程的被控物件是中央空調製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，要根據製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。餘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。在本方案中採用壓力和溫度感測器，採集溫度和壓力信號，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。其控制系統網路圖見圖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，即利用採集的壓力和溫度信號來控制變頻器輸出的頻率。採用回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。回饋控制可以採用壓力回饋控制模式和溫度回饋控制模式，具體哪種水泵採用壓力回饋控制，哪種水泵採用溫度回饋控制，要根據具體的現場情況及要求來決定。一般而言，冷凍水泵系採用壓力回饋控制，冷卻水泵系統、熱水機提壓泵和冷卻塔風機採用溫度回饋控制。控制模式見圖３。
２．２控制邏輯與演算法
由於該系統有四組需要控制的水泵系統或風機，因此每一組水泵系統或風機都應該有與其相對應的控制部分，包括獨立的感測器、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演算法。冷凍水泵系統組成如圖４所示。
冷凍水泵系統由四台水泵組成，其中包括了三台備用泵。當大廈的用冷量較小時，只需要啟動其中的一台水泵（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台或三台水泵，一台或兩台全速運行，另外一台受控變頻調速。每一台水泵原則上應該對應於一台變頻器，但由於變頻器價格較高，從經濟的角度考慮，可以一組水泵系採用一個變頻器。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＃泵中的一台，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一台泵，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，本控制系統採用了開關ＰＩＤ－ＦＣ控制，當採樣值與設定值偏差較大時，採用開關控制（全速啟動備用泵）；當採樣值與設定值偏差較小時，則採用ＰＩＤ控制（變頻調速一台泵）。
開關控制是由ＰＬＣ根據採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演算法得到控制量，其一般演算法為：
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係數，Ｔ為採樣週期，ｅ（ｋ）、ｅ（ｋ－１）、ｅ（ｋ－２）為連續三次採樣的值與給定值的差，Δｕ（ｋ）為第Ｋ個採樣週期的控制量增量，ｕ（ｋ）則為第Ｋ個採樣週期的控制量，也就是傳給變頻器的頻率值。ＰＩＤ係數採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）＋ＫＩΣｅ（ｔ）＋ＫＤΔｅ（ｔ）；
控制表的设计與一般模糊控制器的控制表设计一樣，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，進行模糊控制器關係運算，計算採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
本系統包括感測器、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採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，一般的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设计工作量。採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、測壓點的即時監測值，並可以更改開關閾值。
４結束語
在本控制系統的设计中，靈活使用了開關控制和ＰＩＤ控制，縮短了回應時間，提高了控制精度，同時在硬體设计上採用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，可以即時有效地控制製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，在餘熱利用中，可以消除引入熱水機對原系統的影響，穩定系統工作。
參考文獻
1 王耀南.計算智慧資訊處理技術及其應用.湖南大學出版社，2001
2 崔耀華.某工程樓宇自控系統控制方案.《工程设计CAD與智能建筑》2002