西门子天津授权代理商

1引言

随着工业技术的发展越来越快，工业中对中央空调控制精度的要求也越来越高，现在很多工业生产过程都对温度有较高要求，但是中央空调系统是一个参数时变、纯滞后、大惯性的非线性系统，其控制过程与环境条件及空调系统本身的诸多因素密切相关，许多参数是难以计算和测量的，很难建立的数学模型。模块化空调机组是由多台空调组合而成的并联中央空调系统，控制系统采用多台plc通讯联网处理。当实际环境多变时，传统控制方式对水温的控制效果并不理想。

近来提出的模糊控制可不必了解对象情况，且具有动态响应好，上升时间快，超调小的优点，随着plc技术的不断发展，各plc厂家推出了适于各类过程控制的智能专用模块，应用模糊控制技术合理调节模块化空调的能量，达到良好的温度控制效果和响应速度。

2组建plc网络

现有三台风冷热泵螺杆机组，编号分别为机组a、机组b和机组c，还有4台水泵，其中3用1备，每台机组对应一台水泵，如果在运行过程中任意一台水泵发生故障，备用水泵自动投入工作。

本plc网络采用4个co-trust公司的可编程控制器，其中1＃plc、2＃plc、3＃plc均为cpu226l，4＃plc为cpu224+。1＃plc、2＃plc和3＃plc分别控制机组a、机组b和机组c，4＃plc控制4台水泵。4个plc相互串接到一条总线上，构成线型网络拓扑结构，如图1所示。

三台风冷热泵机组的进水口和出水口分别并联在两条总管路上，构成总进水口和总出水口，在总出水口处各放三个温度传感器，三个温度传感器信号分别送至1＃plc、2＃plc、3＃plc的温度采集模块。

图1 plc网络连接示意图

3模糊控制实现

图2 模糊控制原理框图

模糊控制原理如图2所示。针对机组只有一个控制量即机组出水温度，系统采用二维模糊控制。设模糊变量为：e(温差)，ec(温差变化率)，u(输出增量)。输入输出变量语言可以表达为：负大(nb)，负中(nm)，负小(ns)，零(zo)，正小(ps)，正中(pm)，正大(pb)。系统中温差基本论域为e其范围为[-3，+3]，温差变化率ec其范围为[-0.5，+0.5]，输出增量u其范围定为[-3，+3]，量均可划分为12个等级。

根据过程控制的实际经验得到一系列推理语言规则，写成如下形式：

if e=(nb) and ec=(nb) then u=(pb)

即温度偏差e为负大且偏差变化率ec为负大，则输出控制增量u应为正大，快速减少负偏差，使其趋近于给定值。

if e=(nm) and ec=(nm) then u=(pm)

即温度偏差e为负中且偏差变化率ec为负中，则输出控制增量u应为正中，逐渐减少负偏差，使其趋近于给定值。

if e=(ns) and ec=(ns) then u=(ps)

即温度偏差e为负小且偏差变化率ec为负小，则输出控制增量u应为正小，慢慢减少负偏差，使其趋近于给定值，避免出现超调现象。

if e=(ps) and ec=(ps) then u=(ns)

即温度偏差e为正小且偏差变化率ec为正小，则输出控制增量u应为负小，慢慢减少正偏差，使其趋近于给定值，避免出现超调现象。

if e=(pm) and ec=(pm) then u=(nm)

即温度偏差e为正中且偏差变化率ec为正中，则输出控制增量u应为负中，逐渐减少正偏差，使其趋近于给定值。

if e=(pb) and ec=(pb) then u=(nb)

即温度偏差e为正大且偏差变化率ec为正大，则输出控制增量u应为负大，以快速减少正偏差，使其趋近于给定值。

通过对这样的一系列的语句的归纳总结形成以下的模糊控制规则(表1)

表1 模糊推理控制规则

各模糊子集的隶属函数选择三角分布方式，根据模糊控制规则表和各模糊子集的赋值表即可计算出每个模糊关系r，然后合成总模糊关系，再根据模糊推理合成规则，得到控制增量模糊集u，再按隶属函数中位数方法得到相应的控制增量u，即得到模糊控制表。

4网络通讯指令的使用

plc之间的通讯采用netw/netr(网络写/网络读)指令，在这里把1＃plc设置为主站，其它plc均设置为从站，主plc通过采样周期和控制周期检测水温变化，通过plc根据计算得到的水温偏差与水温偏差变化率查询模糊控制控制表，获得相应控制量，对3台机组的能量进行控制，同时还需考虑3台机组的能量输出基本相当。

主站中还需要定时向各从站读/写数据，读取一些状态信息，如机组的高、低压力、风机和压缩机的状态、机组故障等信息；向各从站写一些控制命令，如开、关机、强制融霜等命令，全部控制都在主触摸屏上完成。

5应用效果

通过对现场水温的监控，在采用模糊控制方法后，机组水温控制精度达到用户工艺要求，用户非常满意，而且响应速度很快，超调小，具体水温曲线参见图3所示。

图3 水温控制

6结束语

不依靠专用控制模块通过应用plc的编程软件开发模糊控制程序，并应用在风冷模块化空调机组的水温控制上，实测数据证明模糊控制在实际应用中得到了良好的控制效果。而且模糊控制程序作为整个plc控制程序的一个子程序，包括数据的读取、模糊推理和控制信号输出，这样模糊控制程序易实现模块化和标准化，与pid控制相比，限制条件少，不受系统硬件限制，适应范围也大大提高，具有较大的实用价值。

 1. s7-1200：细分小型plc市场

    s7-1200定位于小型复杂plc应用领域，同时，s7-1200的功能和售价介于s7-200cn系列小型plc和s3-300系列中型plc之间，因此很容易的得出s7-1200在细分小型plc市场的结论。自从s7-200cn小型plc系列问世以来，西门子成功的改变了世界小型plc技术与市场服务格局，西门子引领欧美的小型plc开始向以日本为代表的亚洲小型精良plc发起挑战。s7-200cn小型plc系列以宏观战略性和系统性以及庞大的全系统集成能力取得了极大的市场成功。s7-1200是国际自动化厂商开拓小型plc市场的又一次播种，应对以机电一体化装备制造业为代表的紧凑型高端制造业对于离散自动化需求的提升。

    2. s7-1200：中国制造 中国首发

    s7-1200是在2009年汉诺威国际工业大展全球发布以后，在中国是以行政地理为单位的首次发布。并且，s7-1200的所有系统都是在西门子（中国）有限公司的中国南京工厂生产制造的。未来全球市场的s7-1200也是唯一由中国同一间工厂制造。西门子plc的中国市场推广存在和欧美日等国外自动化制造商相同的问题，就是经常会遇到中国紧凑型客户对于进口品牌plc售价与服务承受能力的限制。西门子的解决之道之一是本土化战略，因此南京工厂出品的西门子s7-200cn经济型plc成功的化解了进口自动化技术品牌产品的市场价格瓶颈；因此可以期待s7-1200也同样会有中国客户欢迎的经济型市场售价与世界水准的本土化市场服务。s7-1200中国首发的直接意义，首先，一定是西门子对于中国和亚太地区市场经济高速增长的信心；其次，是西门子对于中国在抵御金融风暴过程中，经济增长方向肯定向高端制造业转移进步的总体预测。

    3. s7-1200：为什么三剑齐发

    我们注意到，发布会上西门子一口气发表了3个自动化新品。s7-1200是连同ktp精简系列新型触摸屏与step 7 basic v10.5新型编程软件捆绑发布，并且强调了这些新品的内在关联。表面的理解是缘于西门子自动化品牌文化传统之一，也就是tia全集成自动化。然而，我们更倾向于实用的理解，那就是西门子旨在帮助中国乃至全球紧凑型客户，在市场服务的起步阶段就提供完整配套的plc应用解决方案。或许s7-1200会使得未来plc市场软硬件配套的整体合力竞争成为必须的，此为题外话。

    4. s7-1200: 为什么要集成浮点运算

    plc是为解决离散制造业自动化而诞生的。plc的两大先天弱点之一是数据处理。plc与生俱来的这些弱点在诞生40年后的运动控制时代日见凸出。因此s7-1200集成浮点运算，可以在数量级层面提升功能性指令执行速度，满足诸如运动与伺服控制包括高速模拟量实时控制的复杂自动化数据处理需求。换句话说，s7-1200除了用于一般运动控制系统以外，可能会在比较简易的层面蚕食传统的快速模拟量闭环控制乃至低端数控加工控制系统市场，甚至为简易数控机床需要的插值加工运动控制提供可能。特别需要指出，运动控制，贵在神速。s7-1200集成了丰富的专业化运动控制功能，一个强大的运动控制指令族直接在运动控制工艺层面实现客制化的专用编程。  

    5. s7-1200：通讯接口少而精

    通讯功能是现代plc区别于传统plc重要的进步。s7-200cn以包括无线通讯在内的丰富类型成为当今世界上通讯能力强大的小型plc。但是，当我们审视s7-1200的通讯接口时却惊讶的发现，新型的plc通讯接口只有一个标配在cpu主模块上的基于rj45连接器的西门子工业以太网frofinet(gb国标)接口和多3个rs485或rs232通讯ppi（点到点）扩展模块。然而当我们接下来的追问使得这样的疑问得到化解。首先，frofinet具有接入同期发布的ktp人机界面和编程软件新品的能力；其次，rj45连接器具有开放式以太网协议tcp/ip native和iso on tcp接入的第三方工业以太网的异构通讯集成能力；后，ppi（点到点）扩展模块可以实现目前大量以rs485物理层定义的传统工业总线接入能力，包括直接的支持西门子变频器uss串行通讯和诸如modbus rtu主站和从站等。少而精，面向未来，兼顾传统，是我们对s7-1200通讯能力的解读。来自西门子官方的说法是，s7-1200具有快速、简单、灵活的工业组网通讯能力。 

    6.s7-1200：独创机载可配置信号板

    这个有趣的小发明可以使得s7-1200具有外部接口数量到点的配置，可以节省预算。不过我们的独立建议来自工程经验，那就是的不赞成任何不留i/o备用空间的绝户系统设计。

    7.不得不说的s7-1200兄弟连

    step 7 basic v10.5编程软件的全新功能更加吸引我们的眼球。这里还是官方的标题直接：“step 7 basic v10.5编程软件翻开直观高效组态的新篇章。”那么basic v10.5怎么就翻开新篇章了呢？严重提请您注意的是关于西门子新组态软件之数据结构的工程变量管理功能。我们乐于直白简易的煽情全程工程变量：朋友处处在，您从此不再孤独。大致的意思就是，新的西门子组态软件实现了工程变量一次定义全程使用。更加专业的说法需要软件工程的一些概念，祝愿官方的专业表述不会使人发晕。

    8.后的解读

    西门子新plc的s7-1200的序列号也是值得关注的，因为它是s7-200cn的升级版。我们不知道会不会有一天西门子出品s7—1300和s7—1400，甚至是s9系列。那将是西门子翻开全系列plc新篇章的时候。根据历史的经验，预期s7-1200对于未来小型plc市场的影响力不容小视，不仅仅因为它来自西门子，而是它存贮了未来小型甚至大中型plc的一些方向性的因素。