节能变频流量地源热泵系统模糊控制自控系统设计..doc

地源热泵系统的节能变流量模糊控制自控系统设计 一、自控系统概述 地源热泵中央空调是一种先进、高效、节能、环保的空调系统，是对可再生的地热能资源的一种运用。面对当前日益严重的环境问题和能源紧缺危机，合理高效的利用地热资源是解决环境和能源问题的有效途径。 本设计方案根据地源热泵空调节能和负载平衡要求，将变流量模糊控制引入到地源热泵空调控制系统中，通过采用模糊控制算法以及变频技术，设计了一种基于模糊控制和PID自整定控制相结合的地源热泵空调变流量节能PLC自动控制系统。该系统结合了专家实践经验及控制规则，它通过数学模型，充分利用了PID控制器的稳态响应精度较高和模糊控制对时滞和参数不敏感的特性，更好的实现了地源热泵空调室内环路变负荷运行，最大程度上减小系统的运行能耗。通过在PLC上实现变流量的模糊复合控制，使系统不仅抗干扰能力强、可靠性高，同时方便扩展。 整个运行优化的自动控制系统选用研华工控机、西门子可编程控制器和西门子系列变频器和进口西门子Win CC组态软件，采用分散控制、集中管理、综合监控的模式，分为现场控制和远程控制两个部分，现场控制系统集成于控制箱中，安装在控制现场，远程控制通过网络数据实现对地源热泵中央空调系统的远程优化控制。现场控制部分控制灵活，既可以实现自动闭环控制，也可以根据需要切换成手动操作模式,人为的根据外部条件和系统负荷实现手动操作。远程监控系统部分采用MODBUS RTU协议总线，实现了对监控点的实时监测，对地源热泵系统的工艺流程进行动态显示，用户可以实时了解地源热泵中央空调系统的运行状态，或远程进行相关的设置和操作，用户可根据需要自行进行相关设置，方便直接，扩展性能好。 整个监控系统可以通过安装在地源热泵空调系统的各种传感器，检测各个监控点的测量参数，记录各个监控点的运行状态。并且将所有的需要实时监测的数据传回至计算机中，进行显示、运算、保存和进一步传输。相应的数据以及历史记录可以通过打印机进行离线或在线打印，同时监控点的数据可以形成图表，方便统计和查看。为了使系统能够安全可靠的运行，系统同时提供了现场自定义报警功能对于各点的监控数据值可以进行上下限的设定，当超过或低于设定值时，系统会自动报警。 本系统的模糊控制和PID自整定控制相结合的复合模糊算法部分很好的实现了算法的设计功能。该复合模糊算法动态适应性好，其中PID控制器的参数通过S7-300系列控制器提供的PID参数自整定功能来确定，整个PLC控制系统和监控系统设计安全可靠，同时具有一定的可扩展性，方便集成应用。 二、自控系统设计依据 民用建筑电气设计规范(JGJ T16-92) 智能建筑设计标准(GB/T 50314-2000) 工业企业通信接地设计规范(GBJ79-85) 建筑设计防火规范(GB50045-95) 采暖通风与空气调节设计规范(GBJ19-87) 智能建筑弱电工程设计施工图集(GJBT-471) 自动化仪表工程施工及验收规范(GB50093-2002) 电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范(GB 50168-92) 建筑电气安装工程质量验收标准(GB50303-2002) 智能建筑施工验收规范(GB50-2003)等 三、自控系统整体设计原则 整个系统的设计遵循了以下主要原则: 1节能原则。 对于空调系统，应根据其负荷的变化情况，在满足系统负荷要求和保证系统稳定性的前提下，尽可能地减少系统的能耗并提高系统的控制特性。地源热泵空调本身就是利用地源作为系统的冷热源，具有高制热系数和运行效率，在控制系统的整体设计上更要突出其节能的特性。由于空调系统的设计最大负荷能力和实际运行过程中对系统负荷的需求上面存在着较大差异，因此在设计时可以充分挖掘此特性。本方案中地源热泵中央空调系统的自动控制以优化节能为目标进行控制。在系统处于最佳运行状态时，应当是系统负荷输出最稳定，系统最节能，并且安全可靠的运行的。 2可靠性原则。 地源热泵系统的持续运行时间长，控制系统工作的环境恶劣，这就要求监控系统设计时，必须要做到高可靠性。在硬件选型上，必须要采用高质量和抗干扰能力强的电子元器件和传感器，在工频泵切换时必须控制好时序，同时系统采用备泵的方式，以保证系统可靠的运行。 3智能化原则。 在对地源热泵的供回水温度、供回水流量等系统量的实时测量的基础上，进行系统负荷、供水流量的在线计算，根据系统的实时负荷自动完成跟踪控制。当发现监控点非正常工作时，能自动报警并记录数据。 4模块化设计原则。 考虑到系统方便集成的特点，在设计时，必须要充分考虑到系统的模块化设计。通过在控制系统中，设计用户自设定的报警口，以及在监控程序中可以自定义监控点等方法来达到这一目的。 四、自控系统设计内容 本方案主要从两个方面进行了优化节能自动控制，一方面是地源热