智能建筑中节能技术的

摘 要：分析了智能建筑中节能技术的重要性,并采用采用变频调速、模糊PID等技术实现了压缩机、水泵转速的控制,避免了电机长期在满负荷状态下运行,有效地节约了能源,提高了经济效益,具有很大的应用价值.

关 键 词：智能建筑；空调装置；节能；模糊PID控制

中图分类号：TU111.19+5

文献标识码：B

文章编号：1008-0422（2007）06-0102-02

收稿日期：2007-04-05

作者简介：成从容（1968-）,男（汉族）,湖南长沙人,电气工程师.

1引言

高效、安全、节能和舒适是智能建筑的四大优势.这四点集中体现了当今信息产业、控制技术和建筑学进一步结合.同时也是人们对生活质量要求的提高的集中体现.在能源日益紧张的今天,智能建筑中的节能系统显得非常重要.当前现代化大厦的空调系统,是一栋大楼耗能大户,也是节能潜力最大的设备.智能建筑中的空调节能技术是本文的讨论重点.

2基于模糊PID控制的节能系统

传统空调装置主要由制冷主机、冷却水循环系统、冷冻水循环系统、风机盘管系统和冷却水池等组成.冷却水循环系统采用冷却水定流量循环的运行方式,在非满负荷时,冷却水还没有在热交换器组件将所携带的吸热能力全部释放完,就返回冷却池去,因此冷却水泵电机做了一部分无用功[1].

在本文冷冻循环水系统通过改变电机转速来调整冷冻循环水的流速和流量,达到平衡热负荷的要求,同时可将冷冻循环水系统的供回水管上的压差调节阀关闭,免去节流损耗.

PID调节是当前空调系统采用的主要控制方法,它能满足要求不高的场所,但是PID调节存在一些不足,如控制容易产生超调,对于上况及环境变化的适应性差,控制惯性较大,节能效果也不理想.所以对于环境要求较高的场所或者有特殊要求的环境,PID调节就无法满足要求.

模糊控制是一种语言控制,不依赖于被控对象的数学模型,设计算法简单、易于实现,能够直接从操作者的经验归纳、优化而得到,适应能力好、抗干扰能力强、鲁棒性好,与PID控制器相结合可以实现高级的PID控制算法.系统采用一种模糊自调参数的控制方案,结构如图1.

3模糊PID控制器的信号采集

系统采用KLM-4542智能模块,将传感器所测得的部分房间、大厅、会议室、室外环境等的温度的信号集中,并转化为相应的数字量,通过RS485总线传递给PLC,减少了用线量和接线工作量,同时增强了抗干扰的能力.

在冷冻循环水系统的供、回水干管上分别安装温度传感器、压力传感器及其变送器,将其所测得温度与压力信号,通过模拟I/O扩展模块传递给PLC,并由PLC传递给工控机.

4变量的模糊化

考虑到控制规则既灵活、细致又简单易行,供回水压差的偏差量e的模糊集合定义为：{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB},以及其变化率ec的模糊集合定义为：{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB},输出语言变量K的模糊集合定义为：{NB,NS,ZO,PS,PM,PB}.输入量E、EC及输出模糊集的隶属函数为三角形,如图2所示.

5PID参数模糊调整原则

比例环节：按比例反映偏差信号E,产生减少偏差的控制效果.如果KP取值太大,系统会趋于不稳定；如果KP太小,又会使系统的动作缓慢.因此,当偏差Ｅ较大时,为提高响应速度,KP取大值；在偏差较小时,防止超调过大产生振荡,KP减小；当偏差较小时,为使系统尽快稳定,则KP应继续减小.同时也要考虑EC的因素,当Ｅ和EC同号时,输出向偏离稳定值的方向变化,适当增大KP；反之,适当减小.相关控制规则见参考文献[2].

积分环节：消除静差,提高系统的控制精度.但它有滞后现象,系统响应速度变慢,超调增大,并可能产生振荡.当偏差E大或较大时,为避免系统超调,KT取零值；当E较小时,积分环节才有效,并随E的减小而增大,以消除系统的稳态误差,提高控制精度.相关控制规则见参考文献[2].

微分环节：反偏差信号的变化趋势,在偏差变得太大之前加入一个修正信号,加快系统的响应速度,减少超调时间,增强系统的稳定性,但它对干扰信号很敏感,使系统抗干扰的能力下降.综合考虑系统的抗扰动能力和系统响应速度.相关控制规则见参考文献[2].

6解模糊化

式中：

k――采样序号,k等于0,1,2,等；

u(k)――第k次采样时刻的计算机输出值；

e(k)――第k次采样时刻输入的偏差值；

e(k-1)――第k-1次采样时刻输入的偏差值；

KI――积分系数；

KD――微分系数；

Kp――比例系数；

工控机首先根据环境变化与装置的运行状况设置最佳的供、回水压差值,然后对实际偏差值及偏差值的变化率进行模糊PID运算,调整PLC的PID的参数.PLC根据上位机传送的PID参数和采集到的信号,进行PID运算,并将运算结果输送给水泵的变频器中,并通过变频器控制其冷冻循环水泵转速,从而控制了供回水压差.

7结束语

在能源日益紧张的今天,智能建筑中的节能系统显得非常重要,传统空调耗能大,本文设计了基于模糊PID控制的节能系统,根据该系统在某宾馆的运行状况表明,节能效果明显.