西门子(忻州)PLC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，见下图。

PLC网络连接示意图

        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。

3. 模糊控制实现
模糊控制原理如下图：
 

       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：

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，具体水温曲线见下图。
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。

       尽管持续的经济波动和不断增加的价格压力，作为灌装和包装机械在全球市场的，克朗斯集团依然可以持续其增长战略。基于机械制造、系统控制和安装服务为公司立足根本的巴伐利亚州诺伊特劳布灵工厂全年的营业额达到15亿欧元，这个销售额已好于以往的任何时间。

         “克朗斯不仅制造独立的机械装备，而且可以安装整体紧凑的设备系统。”来自监控研发部的自动化专家安德斯告诉我们。其中的一个例子就是“克朗斯紧凑型路线”的概念。这个概念在2003年11月在该公司的内部集会上被第一次提出，这个方式相对于安装传统装置可节省30％以上的使用面积。

在克朗斯的PET瓶灌装厂，管理的标准化和灵活性相结合，使其成为行业国际市场的者。

灌装设备为紧密的空间结合

基于标准化的灵活性
        这个概念是基于对灌装和包装线小空间的设计要求，并同时满足设备操作、维护的工况条件，以及终的调试。在克朗斯工厂设备中使用的模块，均经过长期的审核、测试和调制。这些将不可回收的PET瓶进行灌装，然后热缩包装或装托盘，后码垛堆盘的工厂设备，在极大程度上适应了客户的需求。设备产量25600瓶每小时（0.5升瓶）和24000瓶每小时（1.5升瓶）。这些设备不仅进行充气灌装，并且粘贴所需的标贴在塑料瓶上，后打包码垛。项目的管理者R.解释说：“这就是由输送系统连接的独立设备。”
        一个功能强大的标准化厂房，仍然需要应用范围广泛灵活、要求复杂的自动控制技术。“为了设备特殊的需求我们精心挑选自动化设备元件。”致力于通信工程研究并在克朗斯负载工业通讯的R. Anders告诉我们。这意味着：一个供应商不可能提供完整的解决方案，但是仔细调整组件可以让设备供应商提供的性价比和大的技术优势。

一个高性能的标准化厂房，如果要为高度的灵活性提供可能，需要一个精心制作的自动控制技术。

来自每一部件优化的自动化控制
        根据客户的需求，无论是Simatic S7-300或艾伦布拉德利Controllogix控制器都会在设备上使用，尽管前者占多数。“我们甚至也使用S7-416序列的Simatic PLC为我们的一些高端机械设备”克朗斯的专家补充说。
        “基于控制器的不同级别，S7 PLC可以灵活的适应设备的需求” R.说。通过Profibus DP这些传感器与执行器进行通信。Profibus DP连接AS-I接口的网关被安装在现场接线柜中，通过AS接口或I/O一些传感器也可以直接被连接。“AS-I使我们能够实现灵活的模块组合。”

在输送和机械设备中的自动控制体系

        “这意味着我们可以准确的装备客户需要的机器设备。使用不同的传感器和执行器是制造灵活机械设备的方式。”R. Anders补充说：“只有AS-I可以提供我们所需的灵活性。”
        由Provit 5000工业PC组成的可视化系统。这些功能强大的紧凑型工业PC是模块化设计的完整装备，它们有定制的面板。可视化软件Zenon已被安装运行在工业PC的XP操作系统。作为原设计方案，我们初设计了使用集成Soft-Logic的WinCE面板。使用VBA和active X技术能够实现智能化链接，是我们之所以选择了这种工业PC作为解决方案的原因。

来自B&R 的Provit工业PC组成可视化系统：这些高端工业PC可以使用直到奔腾Ⅲ处理器和多配备512 MB内存。图片显示了一系列Provit不同的可视化系统。

克朗斯工厂每年需要约2000次的设备操作，克朗斯公司的R.说：“我们为手头的任务谨慎的选择自动控制元件。”

更加灵活的通讯
         对于可视化系统和控制器之间的接口，克朗斯的专家门在寻找一个更加有效和廉价的解决方案，有一种的可行性是来自Simatic S7序列的CP通讯处理器，但是，克朗斯后选择了由Systeme Helmholz制造的MPI总线适配器。
        使用这些适配器可以让操作终端和可视化系统快速方便的链接到S7 PLC控制器，使用RK512协议SSW7-RK512适配器完成从串行接口到MPI总线的转换，它们传输数据、标记、输入输出字节，RK512协议传输数据使用3964/R程序。
        适配器上的连接电缆可直接插入到可编程控制器CPU的插座上或MPI网络上的任何节点。在RS 232接口RK512适配器执行从9.6K到115K自动波特率检测，使其能够适应连接设备，该适配器还可以提供一个RS-422接口。

        “比起CP的解决方案，使用MPI适配器为我们节省5倍以上” R. Anders强调。但是对于这样一个巨大的系统，价格的差异并不是唯一决定的原因。“相对于RK 512标准，这种扩展了RK 512报文的MPI适配器对S7数据块可以访问全部的地址范围，这个地址范围通常受限于RK 512标准，高255可设定地址的字节地址和高254字地址（大可以到512字节），所以，对于S7 PLC仅可实现有限的通讯。克朗斯的专家们也没有准备使用HMI适配器连接PLC CPU的数据通讯通道，相比MPI-RK512适配器这个通讯效率不高”
        通讯工程师继续解释：“作为这个解决方案，我们现在的选择使我们能够为可视化传输所有的数据块。这种专用的Helmholz扩展协议使通讯更加灵活，这是一个有很多技术优势的产品。该产品的响应时间可以与一个中等产能利用率的以太网连接相比。”在3964/R驱动软件上略作修改，从而让Zenon可视化系统也可以适用MPI适配器的协议扩展。
        Systeme Helmholz公司的Karsten Eichmüller说：“凭借针对S7 PLC的一系列创新产品，我们能够解决所有的通讯问题。”

        克朗斯公司的R.说：“我们自1999年以来一直使用Systeme Helmholz公司的产品。” 一种用来作为远程维护的SSW7-TS MPI适配器也在克朗斯使用，它可以让一个项目在短时间内得到解决，这是另一款Helmholz创新的产品。“使用内部集成了调制解调器的SSW7-TS适配器，这意味着我们可以更方便的进行远程维护应用。”

        传统的远程诊断解决方案，必须由几个部分构成：一个远程服务适配器实现从MPI总线转换到串行协议；针对不同的应用需求，必须具备不同的调制解调器。除了复杂的接线和为多个组成设备进行供电，还导致与客户选择的调制解调器兼容性的问题。
        使用内置modem的SSW7-TS就排除了这些问题。一个集成在适配器外壳内的56K模拟调制解调器，可以在世界各地使用。这个集成的modem不需要预先设置和外部供电。

        在此所描述的自动控制解决方案，在克朗斯公司几乎所有的机器设备都在使用。并且，所有的公司内部的标准，都可以灵活的适用于不同的机器设备和所有的客户要求。“既有量身定制，又有标准化。”这个定义同样应用于自动控制和克朗斯的机械设备中。