模糊控制應用於冷卻系統節能之研究與設計 陳煥卿、胡永柟
E-mail: [email protected]
摘 要
目前製冷設備包含冷凍機、冷藏機與空調機...等，被廣泛的運用在民生及工業上且帶給人們很多的舒適與品質的提升，但 這些製冷設備皆屬高電能消耗設備，對於電力之需求將大為提高，而造成國內使用電力的不足。有鑑於此，本研究為改善 系統效能擬提出以模糊理論控制之製冷設備冷卻系統，來對冷卻系統的散熱容量作實際運轉的調整，期使以達節約能源的 目的。因此本文設計目的在於探討製冷設備冷卻系統的節能。主要的方法是依據冷凝器出入口的冷卻水溫，採用模糊理論
，且以可程式控制器(PLC)驅動變頻器來改變冷卻水泵及冷卻水塔轉速，使冷卻系統能根據製冷設備實際冷凍負載運轉的 狀態，來調整冷卻系統的散熱容量，以改善傳統冷卻系統之冷卻水塔定速問題作最有效率的節能效果。 本文實驗係利用既 有之冷卻系統進行改善。經實測後，本系統在中高速(57Hz頻率)下運轉，確實至少可節約10%之能源。
關鍵詞 : 冷卻系統 ; 模糊理論 ; 可程式控制器
目錄
封面內頁 簽名頁 授權書 ...iii 中文摘要... iv 英文摘要 ...v 誌謝 ...vii 目錄... viii 圖目 錄... xi 表目錄 ...xiii 第一章 緒論 1.1 研究背景與動機
...1 1.2 研究步驟 ...7 1.3 系統架構 ...8 第二章 物 理模式分析 2.1 空調系統熱能傳遞之簡介 ...9 2.2 冷卻水塔之簡介 ...11 2.2.1 冷卻水 塔的種類 ...11 2.2.2 冷卻水塔的散熱原理 ...15 2.3 冷卻系統熱能傳遞的數值分析 ...19 第三章 模糊理論的應用 3.1 模糊理論 ...22 3.1.1 模糊理論的簡介
...22 3.1.2 傳統集合 ...26 3.1.3 模糊集合 ...27 3.1.4 歸屬函 數 ...29 3.1.5 模糊邏輯推論 ...32 3.1.6 模糊邏輯控制器
...33 3.2 可程式控制器 ...36 3.2.1 可程式控制器簡介 ...37 3.2.2 可程式控制器構成元件 ...38 3.2.2 可程式控制器的特點 ...39 3.3 感應電動機與變頻器 ...40 3.2.1 感應電動機 ...40 3.2.2 變頻器 ...41 第四章 實 驗測試 4.1 實驗設備 ...43 4.2 實驗方法 ...45 4.2.1 冷卻水泵及冷卻水塔的 控制方法 ...45 4.2.2 模糊控制器的設計 ...46 4.2.3 實驗動力配線 ...49 4.3 節能驗證 ...51 4.3.1 理論節能 ...51 4.3.2 實際運轉結果與理論驗證的比較 ...52 第 五章 結論與未來展望 ...56 5.1 結論 ...56 5.1 未來展望 ...56 參考文獻 ...58
參考文獻
[1] 經濟部能源委員會，”能源白皮書”，經濟部，2002。
[2] 聯鴻科技公司網頁，”www.es-tech.com.tw”。
[3] 臺灣電力公司網頁，www.taipower.com.tw/home.php。
[4] 經濟部能源委員會網頁，” www.moeaec.gov.tw/”。
[5] 王吉一，”節能之冷卻水塔研究”， 國立交通大學產業安全與防災學程碩士論文，2002。
[6] 光堡冷凍空調技術網，” www.hvacr.com.tw/index.htm”。
[7] Althous、Turnquist、Bracciano，”Modern Refrigeration and Air Conditioning”，GOODHEART WILLCOX。
[8] 陳銘章，”冷凍工程”,長諾資訊圖書公司，1997。
[9] 臺灣日立股份有限公司，”日立冷卻塔”型錄。
[10] Zadeh，L.A.，”Fuzzy sets”，Information and Control，1965。
[11] 孫宗瀛、楊英魁，”Fuzzy 控制理論、實作與應用”，全華科技圖書股份有限公司，2001。
[12] 廖添文，” GA-PID模糊控制器應用於灰訊號源之追蹤與設計”， 大葉大學電機工程學系碩士論文，2002。
[13] 楊克勤，” 設計直流馬達轉速遠端模糊監控系統”，國立海洋大學機械與輪機工程學系碩士論文，2000。
[14] 張得隆、洪兆慶，”FUZZY產品基礎與實例”，全華科技圖書股份有限公司，1995。
[15] C.C.Lee，” Fuzzy Logic in Control System:Fuzzy Logic Controller Part I，II”，IEEE Trans. Syst.Man，1990。
[16] 陳建宏，” 應用灰色理論與模糊控制建構即時電力需量控制系統”，國立臺北科技大學電機工程學系碩士論文，2001。
[17] R.M.Tong.，”A retrospective view of fuzzy control system”，FSS 14，1984。
[17] 王木俊，”認識FUZZY”，全華科技圖書股份有限公司，1994。
[18] 謝進發，”可程控制實習”，台科大圖書股份有限公司，2003。
[19] 中教開發部，”PLC基礎實習”，中教工業有限公司。
[20] ”FX2N操作說明書”，?象貿易股份有限公司。
[21] 胡健峰，”三相波寬調變變頻器驅動感應馬達之長導線與共模電壓問題之探討”，國立臺灣科技大學電機工程學系碩士論文，1999
。
[22] 范兆龍，”殺菌設備監控系統之建立與功能提昇”，國立屏東科技大學食品科學系碩士論文，2001。
[23] James B Rishel,P.E “HVAC Pump handbook”， Systecon Inc West Chester，1996。
