工程機電自動(dòng)控制技術(shù)的應用
工程機電自動(dòng)控制技術(shù)的應用
【摘 要】通過(guò)介紹機電自動(dòng)控制技術(shù)的原理和作用，分析機電自動(dòng)控制中中央空調螺桿機組的控制技術(shù)，以及微型計算機控制技術(shù)在機電自動(dòng)控制中的應用和發(fā)展，提高單位效率，節能增效，為提高機電自動(dòng)控制技術(shù)的精確度和穩定性作出有益的探索。
【關(guān)鍵詞】機電;自動(dòng)控制;應用
引言
21世紀，隨著(zhù)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)規模的擴大，自動(dòng)化控制技術(shù)已經(jīng)被各國作為發(fā)展科學(xué)技術(shù)中一項重要的項目來(lái)對待，并被廣泛應用于軍事國防、工業(yè)生產(chǎn)、農業(yè)生產(chǎn)和家用電器中，還擴展到生物、醫學(xué)、環(huán)境等不同領(lǐng)域，成為現代社會(huì )活動(dòng)中不可或缺的重要組成部分，實(shí)現微型化，智能化而前進(jìn)。
1、機電自動(dòng)控制技術(shù)的原理和作用
自動(dòng)控制(原理)是指在沒(méi)有人直接參與的情況下，利用外加的設備或裝置(稱(chēng)控制裝置或控制器)，使機器，設備或生產(chǎn)過(guò)程(統稱(chēng)被控對象)的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(即被控制量)自動(dòng)地按照預定的規律運行。
自動(dòng)控制理論是研究自動(dòng)控制共同規律的技術(shù)科學(xué)。
為了實(shí)現各種復雜的控制任務(wù)，首先要將被控制對象和控制裝置按照一定的方式連接起來(lái)，組成一個(gè)有機的總體，這就是自動(dòng)控制系統。
在自動(dòng)控制系統中，被控對象的輸出量即被控量是要求嚴格加以控制的物理量，它可以要求保持為某一恒定值，而控制裝置則是對被控對象施加控制作用的機構的總體，它可以采用不同的原理和方式對被控對象進(jìn)行控制，但最基本的一種是基于反饋控制原理的反饋控制系統。
2、機電自動(dòng)控制在中央空調螺桿機組的分析
筆者經(jīng)過(guò)理論及實(shí)驗研究，對PID控制方式進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種帶有模糊算法的自適應性控制系統，并將其運用于樓宇中央空調的自動(dòng)化控制中。
通過(guò)在單位的275kW螺桿式冷熱水機組上的實(shí)驗證明，該控制系統有效地提高了機組的運行效率。
3、基本原理
3.1螺桿式冷(熱)水機組
本文的研究對象為一臺設計容量為275kW的螺桿式冷熱水機組。
壓縮機采用TRANE公司生產(chǎn)的緊湊型雙螺桿壓縮機，壓縮機自身帶有能量調節裝置，可以實(shí)現制冷量50%～100%的無(wú)段式調節。
3.2PID調節器的數學(xué)模型
PID調節器又稱(chēng)比例積分微分調節器，具有比例、積分、微分三種作用環(huán)節。
連續PID調節器的特性方程為：
y=Kc(e+edt+TD)(1)
式中：KC——比例系數;
TI——積分時(shí)間常數;
TD——微分時(shí)間常數。
三種調節作用概括如下：比例作用按偏差量的大小成比例地改變調節量，能迅速抑制干擾，是基本的調節環(huán)節;積分作用實(shí)現有偏差量的調節，起消除靜差的作用;微分作用則按偏差量的變化速率成比例地改變調節量，起超前調節、縮短調節時(shí)間的作用。
PID調節器將三種調節作用適當地組合，共同完成一個(gè)調節過(guò)程。
常規的PID調節器采用預先設定的KC、TI、TD參數值，在機組運行過(guò)程中不能隨環(huán)境而改變。
實(shí)驗研究表明，PID調節在平穩運行時(shí)效果較好，但是當運行工況變化較大時(shí)，則不能十分精確地調節，造成壓縮機運行惡化、能效比降低等問(wèn)題。
從控制論上講，熱物理參數的傳遞速率較低，往往造成PID調節器的微分作用減弱、控制慣性增大、控制滯后現象嚴重。
因此，需要對傳統的PID進(jìn)行改進(jìn)。
本文采用了自適應性的控制方式，在機組的運行中，在線(xiàn)調整系統的熱力學(xué)參數的判定，從而即時(shí)地改變KC、TI、TD等參數的值，以適應變工況的運行要求。
3.3模糊控制算法
模糊算法根據經(jīng)驗總結出許多規律，制定控制表，存入計算機內存儲器。
控制時(shí)，由偏差和偏差變化率的大小，搜索控制表，找出相應的控制量。
基本的控制規則描述如下：
u=，k0，1(2)
式中：
u——控制量輸出模糊量;
E——偏差模糊量;
E——偏差變化率模糊量;
a——量綱修正系數
由于模糊控制的調整速度快，機組運行的波動(dòng)較小，對于制冷系統的變工況調節有積極的意義。
但是此方法適應性較差，不利于推廣為通用產(chǎn)品，不宜在中央空調中單獨使用。
本文采用局部的模糊算法，在運行中修正系統的熱力學(xué)參數，并儲存在數據庫中，當運行工況發(fā)生重復時(shí)，直接進(jìn)行制冷量的調節。
實(shí)驗表明，這種模糊輔助的控制方式對于減小機組的控制滯后、提高機組運行的經(jīng)濟性具有積極的意義。
3.4控制目標
傳統的螺桿機組采用熱力膨脹閥。
在機組的運行中，隨著(zhù)熱負荷的變化，膨脹閥的開(kāi)啟度由感溫包通過(guò)溫度及壓力的平衡來(lái)決定，無(wú)法進(jìn)行數字化的控制，精度較差。
本文所討論的螺桿式冷熱水機組，采用電子膨脹閥。
由實(shí)驗樣機生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的數據顯示，其壓縮機的可靠調節范圍為50%～100%。
但實(shí)驗研究表明，僅采用壓縮機自身的調節方式，當機組負荷降低時(shí)，軸功率的減小速度遠小于制冷量的減小速度，EER值大幅下降。
因此，實(shí)際運行中，應控制壓縮機排氣量不小于75%，才能保證節能。
本文通過(guò)調整壓縮機的排氣量(Vo)和膨脹閥開(kāi)啟度(EV)來(lái)控制壓縮機的排氣壓力(Po)和壓縮機進(jìn)口處的過(guò)熱度(Ts)。
控制參數與控制目標如下：
(1)控制參數，壓縮機排氣量為75%～100%，無(wú)極調節，控制周期20sec;膨脹閥開(kāi)啟度為100～250個(gè)脈沖，控制周期4sec。
(2)控制目標：1.95MPa 另外，室內末端為分裝的冷風(fēng)機，通過(guò)繼電開(kāi)關(guān)將其開(kāi)閉狀態(tài)傳至機組，作為機組負荷量監控的參考。
3、微機計算機控制技術(shù)在機電自動(dòng)控制中的應用
目前，計算機技術(shù)、電子技術(shù)、信息技術(shù)已經(jīng)緊密地結合起來(lái)。
微型計算機控制系統的組成及分類(lèi)、A/D和D/A轉換、數據采集、鍵盤(pán)接口技術(shù)、LED及LCD顯示、報警技術(shù)、馬達控制、步進(jìn)電機控制、I/C卡接口技術(shù)、RFID技術(shù)、串行通信及其接口總線(xiàn)(RS-232-C、SPI、I2C)、現場(chǎng)總線(xiàn)、數字濾波、標度變換、自動(dòng)量程轉換、非線(xiàn)性補償、PID控制、模糊控制、微型計算機控制系統抗干擾措施等在使用、維護及修改方面更加清晰、簡(jiǎn)便、直觀(guān)。
計算機控制系統包括主機、接口電路及外圍電氣設備，其中單片微型計算機在一片小芯片中集成了CPU、RAN、ROM、I/O接口、計數器、定時(shí)器、串行通信口、A/D轉換器等微型部件，完成整個(gè)控制系統的功能，具有價(jià)廉、可靠、多功能、體積小等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應用于各種小型的控制系統中，被稱(chēng)為微型控制器。
在控制中，計算機監督控制系統(SCC系統)，是由計算機測量出被控對象的參數，按照一定的數學(xué)模型，計算出最佳的給定值，通過(guò)模擬調節器控制整個(gè)過(guò)程，從而使工作過(guò)程處于最好的狀態(tài)，它還可以進(jìn)行順序控制、集中控制、分級控制和最優(yōu)控制。
而智能控制又是計算機控制中的佼佼者，智能化控制使計算機具有人腦的部分思維功能，解決一些人們難以解決或至今還無(wú)法解決的問(wèn)題。
4、結語(yǔ)
自20世紀60年代開(kāi)始從PLC，單片機到中央處理器，隨著(zhù)計算機控制技術(shù)的不斷發(fā)展，機電自動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)逐步進(jìn)入普及階段，已從國防，工業(yè)，生產(chǎn)普及到家庭生活，由于它擁有眾多的優(yōu)點(diǎn)，因而得以廣泛地運用在各行各業(yè)中。
隨著(zhù)社會(huì )、科技、經(jīng)濟的不斷發(fā)展，機電自動(dòng)控制技術(shù)的應用范圍也在不斷拓展。
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