恒溫恒濕空調機PLC控制程序優化

戴建國

（廣州卷煙廠，廣東廣州 510385）

恒溫恒濕空調機PLC控制程序優化

戴建國

（廣州卷煙廠，廣東廣州 510385）

優化了廣州卷煙廠生產區域空調恒溫恒濕空調機的PLC控制程序，采取的措施包括調節送風口的空氣中的含濕量從而調節環境的空氣相對濕度，在溫度及濕度的PID算法上采用串級PID雙環調節，在各臺空調機增加工況識別及修正邏輯，構建智能空調控制模塊實現溫濕度自動偏移等，取得了顯著的節能效果。

空調環境；溫濕度；PLC程序；優化；節能

0 前言

廣州卷煙廠生產區域共有61臺恒溫恒濕空調機，其分布如表1，均采用PLC控制，分別用于各個生產區域的溫濕度控制。部分控制區域需同時使用多臺恒溫恒濕空調機分別控制其局部空間的溫濕度。

原恒溫恒濕空調機控制系統采用各自獨立的區域的溫度、濕度的PID控制方式，雖然各個控制區域的溫濕度均能滿足工藝參數的要求，但存在局部空間的溫濕度的差異及溫濕度的波動，同時在原控制方式下使在同一控制區域的不同恒溫恒濕空調機處于不同的工作點，原控制方式忽略了鄰近區域的工況，存在系統內耗現象，甚至形成多臺恒溫恒濕空調機之間的能源對沖現象，造成能源浪費。同時原恒溫恒濕空調機控制方式對PID的參數的準確性要求較高、依賴性較強，單一PID參數不能適應氣候的變化并保持其響應穩定的特性，在氣候變化或特定氣候時，原控制系統會出現溫濕度不斷周期波動，甚至出現周期性加熱、制冷或除濕、加濕的工況，這也造成能源浪費。

為節約能源并提高控制環境溫濕度的平穩性，優化控制、采用新的控制方式勢在必行。

1 第一階段程序優化策略及實施

第一階段：采用新的控制方式，提高控制系統適應氣候的變化能力并提高系統控制的穩定性，以達到節能效果[1-4]。

（1）通過調節送風口的空氣中的含濕量，來調節環境的空氣相對濕度空氣中的含濕量，也就是空氣中的絕對濕度。在濕空氣中，與1 kg干空氣同時并存的水蒸汽量稱為含濕量，用符號d表示，單位為g/kg（干空氣）。即：

d=1 000 mq/mg，式中mq為水蒸汽的質量，mg為干空氣的質量。

表1 廣州卷煙廠溫恒濕空調機分布表

按理想氣體狀態方程，有：

可見：在同樣壓力下溫度變化與空氣中的含濕量無關。

空氣的折合氣體常數 Rg， g=R/mg=287.0 J/（kg·K）。

水蒸汽的折合氣體常數 Rg，q=R/mq=461.7 J/（kg·K）。

由于空氣中的含濕量有異于空氣相對濕度，同一空氣在同樣壓力下溫度變化與空氣中的含濕量無關；而空氣中的相對濕度，在一定的溫度范圍內隨溫度的變化而改變，同一空氣在同樣壓力下溫度升高，其相對濕度降低；反之溫度降低，其相對濕度上升。故此，按標準大氣壓下，用控制環境的溫濕度設定值可計算出控制環境的空氣中的含濕量設定值，通過調節送風口的空氣中的含濕量，來調節環境的空氣相對濕度，從本質上解決了原來通過控制送風口的空氣的相對濕度來調節環境相對濕度而造成的相對濕度不穩定問題[5-6]。

（2）在溫度及濕度的PID算法上采用串級PID雙環調節，并根據控制對象的實際值修正1級PID的輸出限幅值，這樣既保證系統的快速響應性，又保證系統的穩定性。

由于生產區域的空間較大，其溫度及濕度的變化較為緩慢，在控制上是典型的滯后系統，如采用單一的PID算法，往往存在其溫度及濕度波動的問題，以濕度控制為例，新的串級PID雙環調節流程如圖1。

（3）針對同一控制區域的不同恒溫恒濕空調機處于不同的工作點，甚至形成多臺恒溫恒濕空調機之間的能源對沖的問題，在控制程序中增加了相關聯空調機間的PLC通信程序，并在各臺空調機增加工況識別及修正邏輯，避免多臺恒溫恒濕空調機之間的能源對沖現象。空調機增加工況識別及修正邏輯程序流程示意圖如圖2。

圖1 濕度控制串級PID雙環調節流程

圖2 工況識別及修正邏輯程序流程示意圖

通過第一階段新的控制方式的實施，取得良好的控制效果。以同一臺恒溫恒濕空調機（南儲絲房26#空調機）在相近的工況為例，如圖3和圖4所示：圖3為7月4日南儲絲房26#恒溫恒濕空調機運行原程序的趨勢曲線，圖4為7月5日南儲絲房26#恒溫恒濕空調機運行新程序的趨勢曲線，兩天的室外溫濕度的平均值接近相同。從趨勢曲線看，受控制區域的相對濕度曲線（1）較原控制模式的具有更好的響應性及穩定性。新程序的制冷閥開度（3）和加熱閥開度（2）。較快達到溫濕度設定值，且閥門波動幅度較小，平均值較低。

經過幾個月的測試及對比，第一階段的控制模式初見成效，實現溫濕度的平穩控制，解決了原系統所存在的問題。

通過能源管理系統的數據顯示，可達約8%的節能效果。

圖3 7月4日南儲絲房26#恒溫恒濕空調機原系統的運行趨勢

2 第二階段程序優化策略及實施

在第一階段的基礎上，構建智能空調控制模塊實現溫濕度自動偏移，提高節能效果。

根據廣州卷煙廠《關于溫濕度控制的場所溫濕度指標及要求》（見表2），溫度均有±2℃、濕度均有±5%的允差范圍。只要受控環境溫濕度在允差范圍內，就滿足生產要求。因此，構建智能空調控制模塊系統在保留溫度和濕度中心點進行控制的功能外，并能根據室內外溫濕度工況自動控制，實現以溫度設定值為中心點的±1.0℃、以相對濕度設定值為中心點的±2.0%的智能調節模式（因溫濕度調節過程存在波動或超調現象，為確保受控范圍的溫濕度保證符合工藝要求，溫度預留1℃的偏差、濕度預留3%的偏差）。從而減少恒溫恒濕空調機系統的冷凍水和蒸汽的消耗，以獲得更好的節能效果。

Optimization of the PLC Control Program of Constant Temperature and Humidity Air Conditioners

DAI Jian-guo
（Guangzhou Cigarette Factory，Guangzhou510385，China）

optimized the PLC control program of constant temperature and humidity air conditioners in the production areas of Guangzhou Cigarette Factory.Using the methods of adjusting air moisture content of the air supply outlet to adjust relative air humidity，adopting cascade PID double loop adjustment in the PID algorithm of temperature and humidity，increasing the working condition recognition and correction of logic in each air conditioner and constructing intelligent air conditioning control module to realize automatic temperature and humidity adjustment，remarkable energy-saving effect has been achieved.

air-conditioner environment；temperature and humidity；PLC program；optimization；energy-saving

圖4 7月5日南儲絲房26#恒溫恒濕空調機使用新程序的運行趨勢

TP273

：A

：1009－9492(2014)10－0010－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.10.003

2014－04－02