焓差实验室控制系统的设计实现

为提高焓差实验室控制系统的实时性、稳定性，提出引入实时数据库系统将多台PLC组成一个统一整体，分析了现有焓差实验室的控制方法，阐述了控制系统的整体架构、硬件架构以及实时数据库系统架构，该控制系统采用模糊控制算法，为焓差实验室控制系统提供自动化控制和数据监控，确保焓差实验室的恒温恒湿自动控制的准确性与稳定性。

目前，风机盘管供冷量和供热量的测试方法主要是空气焓差法。

焓差实验室就是通过采用制冷机组、电加热、电加湿使房间达到恒温恒湿的实验环境，模拟各种不同的温、湿度环境工况，并同时测试空调的各种性能参数如制冷能力、制热能力等。

目前国内焓差实验室试验台控制系统大多采用单一PLC、智能仪表的计算机控制系统，实现对工控设备的逻辑控制和单回路PID 控制[1]。对大型焓差实验室系统，其控制复杂性高，属于多参数耦合的大滞后系统，数据量大，实时性强[2]，仅采用PLC 作为主控器的方式已无法满足需求。因此本文提出采用实时数据库系统解决这一问题。

实时数据库的研究自20 世纪80 年代后期开始越来越受到重视，实时数据库系统是其事务和数据都可以具有定时特性或显性的定时限制的数据库系统，是传统的实时系统和数据库系统相结合的产物[3]。

实时数据库能够有效的控制系统对数据的实时性、准确性、高吞吐量和高效存储的要求，同时依赖事务调度优化算法保障系统可靠性和稳定性。目前已有一些比较成熟的实时数据库产品，海外的实时数据库产品主要有美国OSI 公司的PI 实时数据库系统、AspenTech 公司研发的InfoPlus21 实时数据库系统、HoneyWell 公司研发的PHD 实时数据库系统等， 国内有浙江中控公司研发的ESP-iSYS 实时数据库系统、大庆金桥公司研发的ConRTDB 实时数据库系统、北京三维天地公司研发的SuperInfo 实时数据库系统[4]。

但是这些实时数据库系统大部分是应用于大型工业领域，并不能够与小型控制系统有较好地融合，同时这些系统的产品成本和工程成本高。

文章第2 节，介绍焓差实验室控制试验台采用三层分布式控制系统架构；文章第3 节针对焓差实验室控制系统的需求，提出采用实时数据库系统对多源异构数据进行集成，实现数据采集、分析处理，后台数据处理与前台界面设计相剥离，达到对焓差实验室控制系统的分散控制、集中管理；文章第4 节提出采用模糊控制算法，对水泵频率、风机风速大小、电加热占空比等参数进行自动调节，实现保持焓差实验室恒温恒湿的自动控制；文章第5 节对该文章进行总结。

2. 控制系统概述 焓差实验室控制系统总体分为现场设备层、控制层、和管理应用层。控制系统总体框图如图1。现场设备有包括流量计、温度传感器、压力变送器、循环泵、电加热器、电加湿器、空气源热泵系统、计量称等，通过分布式PLC、串口、以太网接口等形式与服务器连接，服务器通过同PLC 以以太网的形式进行通信，采集现场设备的相关数据。控制台是负责对下位机进行控制，同时服务器还具备将数据发送至云服务器的功能。

多台PLC 分别放置在不同的区域， 每台PLC 对每个区域的设备和仪表进行控制。

再经交换机将上位机同四台PLC 组成一个局域网，通过上位机实现统一管理，从而达到分散控制，集中管理。