韩国乐天Mart项目应用案例

摘要：韩国乐天集团是韩国第五大企业集团，乐天超市是乐天集团的重要产业之一，至07年底已在韩国国内开店56家，销售额近400亿元（人民币）。坐落于青岛市城阳区的黄金地段---青岛宝龙城市广场内的乐天超市城阳店是乐天集团全资拓建的大型购物中心，是韩国乐天满意得超市进入中国地区的第一家店。其经营面积达3万多平米。

工程概况

韩国乐天集团是韩国第五大企业集团，乐天超市是乐天集团的重要产业之一，至07年底已在韩国国内开店56家，销售额近400亿元（人民币）。

坐落于青岛市城阳区的黄金地段---青岛宝龙城市广场内的乐天超市城阳店是乐天集团全资拓建的大型购物中心，是韩国乐天满意得超市进入中国地区的第一家店。其经营面积达3万多平米。

设计要求

在青岛，一年中只有几十天的时间是中央空调处于最大负荷。中央空调冷负荷，始终处于动态变化之中。如每天早晚，每季交替，每年轮回，客流量等实时影响中央空调冷负荷。一般，冷负荷在5~60%范围内波动。然而大多数中央空调，因系统设计多数以最大冷负荷为最大功率驱动。这样，造成实际需要冷负荷与最大功率输出之间的矛盾，实际造成巨大能源浪费，给公司造成巨额电费支出，增加经营者的成本，降低企业竞争力。

所以对自动控制的选择就显得非常重要。

商场空调的特殊性

众所周知商场使用的特殊性：在制冷负荷大，人流量随时间变化大等特殊环境下，必定对中央空调在控制方面也就提出特殊要求，如何能做到既节省使用费用又舒适安全将是面临的一大难题。

对大型商场而言，首先从容量系数入手，即：

其中C为容量系数，Q为商场内的热量，为室内温度，Gi、ci商场内壁以及各部分设备的质量以及比热容。通过公式可以看出，质量越大，比热容越大，其容量系数也越大，其值不随工况而变化。容量系数C大的对象在同样的被控参数变动幅度下，对象贮存的工质以及能量也大。因此称容量系数C大的对象具有较大的贮存能力，或称有较大的惯性。容量系数C大的对象，受干扰作用后，被控参数的反映比较缓慢，较不灵敏。而乐天大型商场中固定设备的固有质量比较小，而客流量较大，也就是说内部的质量变化较大，容量系数C是一个经常变化的量。再加上商场之中，客流量大制冷负荷大，且各个时间段的负荷量是变化很大的的特点，传统的制冷已经无法满足在乐天商场中的要求所以针对乐天商场的这些特性，必须选用具有针对性的制冷控制系统。

常见控制方式

解决方案

大型商场的容量系数C经常的变化以及考虑到负荷容易变化等种种因素，综合比例调节以及积分调节的弊端，引入微分调节，即利用被控参数的变化速度作为控制器的输入信号，提前对发生的扰动进行调节，就可以克服上面控制调节不及时的现象。但是如果完全使用微分调节却又对于对象的纯延迟无能为力。因为只要被控参数的导数只要为零，控制器就不输入任何控制信号，而此时的被控参数的偏差却在不断的增大，微分控制器不起任何作用，结果被控参数可以停留在任何一个数值上。不符合控制系统正常运行的要求。LS中央空调使用的PID逻辑控制系统就很好的解决了这一难题，不仅能够更好的控制机组适应负荷的变化以及容量系数的变化，更能保证机组在10%~100%的冷量下平稳的运行及部分负荷的高效率，图1能够很准确的展示LS空调控制系统与其他控制系统比较具有的优势。

PID控制控制规律

在乐天Mart项目中采用如图2所示的PID控制，其控制规律为：

对应的模拟PID调节器的传递函数为：

其中KP为比例增益，KP与比例带δ成倒数关系即，T1为积分时间常数，TD为微分时间常数，u(t)为控制量，e(t)为偏差。

PID控制器的参数整定

PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。

PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。

PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例 法。

利用临界比例法进行PID控制器参数的整定步骤如下：

(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作﹔

(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期﹔

(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。

PID调节的优势

有了对参数的整定滞，我们开看一下PID控制在中央空调的控制系统之中具有的优势有哪些？

响应速度快

因为在系统控制之中加入了比例调节，在机组启动时，比例调节能够使输出参数尽快达到设定值，缩短开机调节时间，节省开支。通过图1我们能看出LS空调能够在1MIN左右达到机组设定的冷水出口温度，尽快达到设定的工作状态，避免不必要的浪费。而普通的PI调节需要较长时间才能达到机组设定的出口温度。

超量调节小

在外界负荷发生变化过程之中，机组需要做出调节，此时调节器的产生较大的输入偏差信号，输出控削信号也很大。且进行调节需一定时间。这时积分电容通过电阻进行充电，直至充电到与调节器最大输出电压相对应的数值，放大器饱和，反馈电压降为零。这种现象一直要持续到与设定值相等为止，即偏差信号为零时方可结束。但由于积分电容的饱和及对象存在有滞后等影响因素，故由积分作用而引起输出信号减小是非常缓慢的。对象加热功率减少的很慢，调节作用很不及时．温度还会继续上升。所以要经过相当一段时间，即等到调节器退出饱和区并进入线性区后，调节器输出才会按照比例、积分、微分作用的规律开始下降。因此，在相当一段的过渡过程中，就产生了较大的温度超调现象。

超调过大就会对控制系统造成冲击，我们采用微分先行的PID控制方案来减小超调量。如图3所示的微分先行PID控制方案，它和标准的PID控制不同之处在于，只对被控量Y（t)微分，不对偏差e(t)微分，也就是说对给定值r（t）无微分作用。采用微分先行的PID控制能够极大的减少超调量。

系统稳定

在使用PID控制中，因为比例控制能迅速反映误差，从而减小误差，但比例控制不能消除稳态误差，KP（比例增益）的加大，会引起系统的不稳定。微分控制在系统只要存在误差，积分作用就不断的累计，输出控制量以消除误差，所以说只要有足够的时间，积分控制就能完全将误差消除，但是积分作用太强反而会使系统出现震荡;微分控制可以减少超调量，克服震荡，使系统的稳定性提高，同时加快系统的动态响应速度，减少调整时间，从而改善系统的动态性能，提高系统的稳定性能。

总结

目前自动化的水平已经渐渐成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。LS空调在使用PID控制，在自动控制方面能够极大的缩短到额定制冷量的时间，大幅节能，并且温度控制能够控制在0.1℃以内，为用户提供更安全更准确的制冷系统。