圖1 單一區(qū)域恒溫系統(tǒng)控制圖

　　2.2 系統(tǒng)整合使用效益

　　在一般的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中，因馬達(dá)送風(fēng)為恒定頻率，會(huì)造成環(huán)境溫度已到達(dá)設(shè)定溫時(shí)，仍輸出過(guò)多冷氣，造成環(huán)境溫度過(guò)低而導(dǎo)致人感覺(jué)不夠舒適，也造成能源的浪費(fèi)。配合臺(tái)達(dá)hmi及溫控器的使用，即可提供一個(gè)方便的使用接口來(lái)精確設(shè)定所要的室溫(精確范圍可達(dá)小數(shù)點(diǎn)后一位)，并且藉由溫控器pid運(yùn)算功能，適度開(kāi)啟閥門(mén)的開(kāi)度及調(diào)節(jié)送風(fēng)量達(dá)到恒溫的要求，也可以減少冰水消耗，以節(jié)省冰水機(jī)的電力耗能。因此，藉由小額的工程及材料費(fèi)用即可達(dá)到舒適環(huán)境及每日節(jié)能的效果。

　　2.3 系統(tǒng)改造的主要效果評(píng)估

　　在理論上，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和耗能為3次方關(guān)系，因此當(dāng)馬達(dá)的頻率由60hz降為30hz時(shí)，耗能只相當(dāng)于原來(lái)能耗的1/8。但由于空調(diào)環(huán)境中有人員產(chǎn)生co2的問(wèn)題，因此經(jīng)驗(yàn)上通常最低的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率為不低于30hz，以達(dá)到空氣正常循環(huán)的要求。

　　而冰水閥的開(kāi)度調(diào)整可適時(shí)調(diào)節(jié)冰水流量，若是系統(tǒng)中有多部冰水機(jī)供應(yīng)冰水，此時(shí)也可利用plc程序判斷是否要將部份冰水機(jī)卸載以減少多部冰水機(jī)連轉(zhuǎn)所造成的能源浪費(fèi)。

2.4 系統(tǒng)配置

系統(tǒng)整體如表1所示。

表1 設(shè)備上使用的臺(tái)達(dá)機(jī)電產(chǎn)品

2.5 系統(tǒng)接線圖

　　hmi接線圖如圖2所示，溫控器接線圖如圖3所示。

圖2 hmi接線圖

圖3 溫控器接線圖

3 程序及操作說(shuō)明

　　由于此系統(tǒng)中未使用到plc，因此一些簡(jiǎn)易的判斷程序，將利用hmi上的宏來(lái)實(shí)現(xiàn)，以下將說(shuō)明畫(huà)面架構(gòu)及內(nèi)部中所編寫(xiě)的宏程序，如圖4所示，其中變頻器站號(hào)為1，溫控器站號(hào)為3。

圖4 hmi界面

　　宏程序：宏一共分clock宏、按鈕on/off宏及cycle宏3個(gè)部分。

3.1 clock 宏說(shuō)明

　　計(jì)算出變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，并寫(xiě)至變頻器中。見(jiàn)圖5，說(shuō)明如下：

圖5 clock 宏示意圖

　　(1)批注；

　　(2)把溫控器h1000(pv值)讀出放到$100中供畫(huà)面顯示用；

　　(3)把溫控h1012(輸出量)讀出放到$102中；

　　(4)由于輸出量$102為小數(shù)后一位，因此除10只取出整數(shù)部份$103供畫(huà)面顯示用；

　　(5)批注；

　　(6)當(dāng)溫控輸出量$102小于60.0%時(shí)，跳到label1中，把$150設(shè)為3000(即變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)頻率為30.00hz)；由于變頻器最低運(yùn)行為30hz，利用此行宏控制??；

　　(7)若溫控輸出量$102大于60.0%時(shí)，把輸出量*5傳到$150中(當(dāng)溫控輸出量為60%～100%當(dāng)中，送風(fēng)頻率變化30～50hz，因60hz風(fēng)量太大，因此最大頻率控制在50hz)；

　　(8)跳至第11行；

　　(9)label1位置；

　　(10)當(dāng)溫控輸出量$102小于60.0%時(shí)，變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)頻率$150固定為30.00hz；

　　(11)label2位置；

　　(12)把宏程序算出的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率$150傳送給變頻器h2001(頻率命令)緩存器來(lái)改變?cè)O(shè)定值；

　　(13)由于變頻器的頻率設(shè)定值$150為小數(shù)下2位，因此除100取出整數(shù)部份至$200中，供畫(huà)面顯示用。

　　3.2 按鈕on/off 宏說(shuō)明

　　按下啟動(dòng)/停止鈕后，啟動(dòng)/停止變頻器，見(jiàn)圖6、圖7。說(shuō)明如下：

圖6 啟動(dòng)畫(huà)面

圖7 狀態(tài)圖畫(huà)面

　　(1)按鈕型式為交替型，當(dāng)按鈕為on時(shí)，啟動(dòng)“編輯on宏”，把變頻器中h2000(對(duì)驅(qū)動(dòng)器的命令)設(shè)為2，此時(shí)變頻器即啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　(2)按鈕型式為交替型，當(dāng)按鈕為off時(shí)，啟動(dòng)“編輯off 宏” ，把變頻器中h2000(對(duì)驅(qū)動(dòng)器的命令)設(shè)為1，此時(shí)變頻器即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.3 cycle 宏說(shuō)明

　　當(dāng)變頻器于run狀態(tài)時(shí)，讓風(fēng)扇產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)畫(huà)來(lái)呈現(xiàn)，見(jiàn)圖8。說(shuō)明如下：

圖8 cycle圖示意圖

　　(1)讀取變頻器h2101.0(led run燈狀態(tài))，當(dāng)run燈為on時(shí)，開(kāi)始改變風(fēng)扇的8張動(dòng)畫(huà)狀態(tài)圖；

　　(2)移至第9行；

　　(3)label1位置；

　　(4)當(dāng)動(dòng)畫(huà)已顯示到第8張時(shí)，跳至label10位置把$160=0，以切回第1張；

　　(5)還未到第8 張時(shí)，$160的值加1，以顯示下一張；

　　(6)移至第9行；

　　(7)label10位置；

　　(8)當(dāng)上方程式已顯示到第8張時(shí)，程序跳到此處把$160=0以切回第一張；

　　(9)label2位置。

4 溫控器pid 設(shè)定原理

　　上述的內(nèi)容中，溫控器中的pid參數(shù)分別為p=1、i=240、d=0，對(duì)冰水閥執(zhí)行控制后即可達(dá)到恒溫的目的。原因在于空調(diào)的環(huán)境相對(duì)于工業(yè)的設(shè)備是屬于溫度變化很緩慢的系統(tǒng)，因此我們并不需要以執(zhí)行autoturning的動(dòng)作來(lái)取得pid值，而直接由慨念性的pid觀念即可手動(dòng)設(shè)定出我們實(shí)際的需要。

　　溫控器中的輸出量總和，是由p量+i量+d量+iof來(lái)取得，而當(dāng)中的d量是外亂因素的反應(yīng)及iof是預(yù)設(shè)的基礎(chǔ)輸出量，這兩者因素對(duì)于空調(diào)的系統(tǒng)中，我們并不需使用，因此皆設(shè)為0，只需考慮參數(shù)p和i。

圖9 輸出量與溫度關(guān)系圖

　　4.1 p量

　　(1)由于空調(diào)系統(tǒng)是以冷氣空調(diào)為例，因此溫控器的控制模式要選為冷卻控制(ctrl=cool)；

　　(2)假設(shè)要求溫度為26℃，因此sv值為26；

　　(3)圖9為輸出量與溫度的關(guān)系曲線，可看出，若p的值設(shè)為1時(shí)(即當(dāng)26+1=27)，輸出p量即為100%(閥門(mén)全開(kāi))；

　　(4)當(dāng)溫度到達(dá)26℃時(shí)，輸出p量為0%(閥門(mén)全關(guān))，因此由26℃到27℃的過(guò)程中，是以線性的比例來(lái)對(duì)應(yīng)每一過(guò)程中的輸出p量的；

　　(5)若是在冷房能力是足夠的情形下，溫度是不易超過(guò)27℃的，因?yàn)闀?huì)產(chǎn)生100%的冷房輸出把溫度壓下來(lái)；

　　(6)但當(dāng)溫度已到達(dá)26℃時(shí)，由圖中的輸出p量可得知為0%(閥門(mén)全關(guān))，以全關(guān)的狀態(tài)要保持住恒溫是不可能的，因此我們需再配合i量的計(jì)算，來(lái)補(bǔ)足恒溫所需的基本輸出量。

4.2 i量

　　(1)如上所述，當(dāng)只用p量進(jìn)行控制時(shí)，溫度的控制只能達(dá)到圖10中(1)的狀態(tài)，與設(shè)定溫有一定的誤差，而難以達(dá)到恒溫的要求。因此配合i量的計(jì)算和輸出，即進(jìn)行pi調(diào)節(jié)，如圖10中(2)所示，即可達(dá)到所需的目的；

圖10 溫度與時(shí)間關(guān)系圖

　　(2)由于我們知道i值是對(duì)某單位時(shí)間做積分，因此當(dāng)i 值愈小時(shí)，表示于很短時(shí)間即做一 次積分，此時(shí)很容易造成i輸出量過(guò)大，而產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象；

　　(3)臺(tái)達(dá)溫控器對(duì)于i 值的出廠默認(rèn)值為240，這是屬于徧大的i值，而由于空調(diào)系統(tǒng)并不需要很快速的反應(yīng)，因此直接套用此值即可。而如果用于其它需要快速反應(yīng)的環(huán)境時(shí)，我們也可以適度的減少i值，以加快系統(tǒng)的反應(yīng)，但當(dāng)然可要以不發(fā)生振蕩情形為基礎(chǔ)的條件下。

5 結(jié)束語(yǔ)

　　臺(tái)達(dá)中央空調(diào)恒溫系統(tǒng)使用了友好的人機(jī)界面及宏程序的編寫(xiě)，在溫度控制中采用了pi算法，從而獲得高精度的恒溫控制效果。