1 引言

　　在樓宇或廠房的中央空調系統中，大部分架構是由冰水主機制造冰水后再流經各區域的送風箱而送出冷空氣的。一般傳統的控制是以變頻器對送風箱馬達實現變頻(變轉速)的控制，以控制出風量的大小。由于單獨使用風量的調節是無法達到恒溫要求的，只能適時地降低轉速以減少冷房出力及減少馬達本身電能的浪費。因此在進行恒溫控制時，則必須同時把冰水閥門的開度一起納入控制架構中，以適時調節冰水的流量，此時再配合溫控器上的pid運算即可對馬達轉速及冰水閥的開度做相互配合而完成定溫控制的目的。

2 控制系統功能

　　2.1 系統控制系統

　　圖1是以單一區域(一個樓層或獨立會議室)做恒溫控制，并且使用最經濟的臺達產品架構即可達到人性化的操作接口。其工作流程如圖1所示。

圖1 單一區域恒溫系統控制圖

　　2.2 系統整合使用效益

　　在一般的傳統控制系統中，因馬達送風為恒定頻率，會造成環境溫度已到達設定溫時，仍輸出過多冷氣，造成環境溫度過低而導致人感覺不夠舒適，也造成能源的浪費。配合臺達hmi及溫控器的使用，即可提供一個方便的使用接口來精確設定所要的室溫(精確范圍可達小數點后一位)，并且藉由溫控器pid運算功能，適度開啟閥門的開度及調節送風量達到恒溫的要求，也可以減少冰水消耗，以節省冰水機的電力耗能。因此，藉由小額的工程及材料費用即可達到舒適環境及每日節能的效果。

　　2.3 系統改造的主要效果評估

　　在理論上，馬達的轉速和耗能為3次方關系，因此當馬達的頻率由60hz降為30hz時，耗能只相當于原來能耗的1/8。但由于空調環境中有人員產生co2的問題，因此經驗上通常最低的運轉頻率為不低于30hz，以達到空氣正常循環的要求。

　　而冰水閥的開度調整可適時調節冰水流量，若是系統中有多部冰水機供應冰水，此時也可利用plc程序判斷是否要將部份冰水機卸載以減少多部冰水機連轉所造成的能源浪費。

2.4 系統配置

系統整體如表1所示。

表1 設備上使用的臺達機電產品

2.5 系統接線圖

　　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 程序及操作說明

　　由于此系統中未使用到plc，因此一些簡易的判斷程序，將利用hmi上的宏來實現，以下將說明畫面架構及內部中所編寫的宏程序，如圖4所示，其中變頻器站號為1，溫控器站號為3。

圖4 hmi界面

　　宏程序：宏一共分clock宏、按鈕on/off宏及cycle宏3個部分。

3.1 clock 宏說明

　　計算出變頻器的運轉頻率，并寫至變頻器中。見圖5，說明如下：

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為小數后一位，因此除10只取出整數部份$103供畫面顯示用；

　　(5)批注；

　　(6)當溫控輸出量$102小于60.0%時，跳到label1中，把$150設為3000(即變頻器運轉頻率為30.00hz)；由于變頻器最低運行為30hz，利用此行宏控制住；

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

　　(8)跳至第11行；

　　(9)label1位置；

　　(10)當溫控輸出量$102小于60.0%時，變頻器運轉頻率$150固定為30.00hz；

　　(11)label2位置；

　　(12)把宏程序算出的運轉頻率$150傳送給變頻器h2001(頻率命令)緩存器來改變設定值；

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

　　3.2 按鈕on/off 宏說明

　　按下啟動/停止鈕后，啟動/停止變頻器，見圖6、圖7。說明如下：

圖6 啟動畫面

圖7 狀態圖畫面

　　(1)按鈕型式為交替型，當按鈕為on時，啟動“編輯on宏”，把變頻器中h2000(對驅動器的命令)設為2，此時變頻器即啟動運轉。

　　(2)按鈕型式為交替型，當按鈕為off時，啟動“編輯off 宏” ，把變頻器中h2000(對驅動器的命令)設為1，此時變頻器即停止運轉。

3.3 cycle 宏說明

　　當變頻器于run狀態時，讓風扇產生轉動的動畫來呈現，見圖8。說明如下：

圖8 cycle圖示意圖

　　(1)讀取變頻器h2101.0(led run燈狀態)，當run燈為on時，開始改變風扇的8張動畫狀態圖；

　　(2)移至第9行；

　　(3)label1位置；

　　(4)當動畫已顯示到第8張時，跳至label10位置把$160=0，以切回第1張；

　　(5)還未到第8 張時，$160的值加1，以顯示下一張；

　　(6)移至第9行；

　　(7)label10位置；

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

　　(9)label2位置。

4 溫控器pid 設定原理

　　上述的內容中，溫控器中的pid參數分別為p=1、i=240、d=0，對冰水閥執行控制后即可達到恒溫的目的。原因在于空調的環境相對于工業的設備是屬于溫度變化很緩慢的系統，因此我們并不需要以執行autoturning的動作來取得pid值，而直接由慨念性的pid觀念即可手動設定出我們實際的需要。

　　溫控器中的輸出量總和，是由p量+i量+d量+iof來取得，而當中的d量是外亂因素的反應及iof是預設的基礎輸出量，這兩者因素對于空調的系統中，我們并不需使用，因此皆設為0，只需考慮參數p和i。

圖9 輸出量與溫度關系圖

　　4.1 p量

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

　　(2)假設要求溫度為26℃，因此sv值為26；

　　(3)圖9為輸出量與溫度的關系曲線，可看出，若p的值設為1時(即當26+1=27)，輸出p量即為100%(閥門全開)；

　　(4)當溫度到達26℃時，輸出p量為0%(閥門全關)，因此由26℃到27℃的過程中，是以線性的比例來對應每一過程中的輸出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27℃的，因為會產生100%的冷房輸出把溫度壓下來；

　　(6)但當溫度已到達26℃時，由圖中的輸出p量可得知為0%(閥門全關)，以全關的狀態要保持住恒溫是不可能的，因此我們需再配合i量的計算，來補足恒溫所需的基本輸出量。

4.2 i量

　　(1)如上所述，當只用p量進行控制時，溫度的控制只能達到圖10中(1)的狀態，與設定溫有一定的誤差，而難以達到恒溫的要求。因此配合i量的計算和輸出，即進行pi調節，如圖10中(2)所示，即可達到所需的目的；

圖10 溫度與時間關系圖

　　(2)由于我們知道i值是對某單位時間做積分，因此當i 值愈小時，表示于很短時間即做一 次積分，此時很容易造成i輸出量過大，而產生振蕩現象；

　　(3)臺達溫控器對于i 值的出廠默認值為240，這是屬于徧大的i值，而由于空調系統并不需要很快速的反應，因此直接套用此值即可。而如果用于其它需要快速反應的環境時，我們也可以適度的減少i值，以加快系統的反應，但當然可要以不發生振蕩情形為基礎的條件下。

5 結束語

　　臺達中央空調恒溫系統使用了友好的人機界面及宏程序的編寫，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。