貯絲間恒溫恒濕空調控制系統設計

朱盈盈　李捍東

摘 要：貯絲間恒溫恒濕空調控制系統是煙草行業為貯絲間的煙絲提供恒溫恒濕環境的設備，該設備的目的是實現貯絲間溫濕度自動調節，將貯絲間溫度恒定在工藝指標內，通過實時監測制冷機和蒸汽機的狀態，輸出信號到相應的電動閥來調節開度大小，從而實現溫濕度自動調節。由于反饋信號存在延時，故采用PID算法來進行精確的反饋調節。且該設備可利用WinCC組態軟件展示監測畫面，利用計算機做上位機實現人機交互，從而可實現手動和自動雙重調節。

關鍵詞：貯絲間；PLC；PID；自動控制；恒溫恒濕

中圖分類號：TM925.12 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）08-00-02

0 引 言

貯絲間恒溫恒濕空調控制系統是煙草行業保證煙絲質量的關鍵設備，是卷煙廠制絲工藝中的一個重要環節。隨著環境溫濕度以及時間的變化，煙絲的含水率在貯存過程中會發生變化，影響煙絲的物理性能。保證貯絲間的恒溫恒濕對煙絲質量的提升具有重要意義。傳統設備多采用手動形式實現恒溫恒濕，人為性質的現場操作很難保證完全的恒溫恒濕環境，從而影響煙絲質量。隨著科技的進步，利用貯絲間恒溫恒濕空調控制系統可使空調機組實現自動溫濕度調節，將貯絲間溫濕度恒定在工藝指標內。

1 控制系統設計

1.1 系統框圖

貯絲間恒溫恒濕空調控制系統主要包括檢測模塊、控制模塊、顯示模塊和執行模塊等。具體結構如圖1 所示。

1.2 系統主要設計思路

實現恒溫恒濕的空調控制的主要執行模塊是四個電動閥門，分別是加熱閥、表冷閥、加濕閥和新風閥。空調機組的表冷段、加熱段、加濕段裝有電動調節閥組（配相應手動閥），便于實時采集貯絲間的溫濕度，實現相應的冷熱介質自動調節控制的目的；空調機組的新風口加裝電動調節閥，便于實時采集新風的溫濕度，實現新風量自動調節控制；貯絲房內加裝2只帶本體顯示功能的高精度一體式溫濕度傳感器，便于系統實時檢測溫濕度并進行調整。

本系統選用德國西門子公司S7-300系列。S7-300 PLC是德國西門子公司通用型可編程控制器，包含CPU模塊、接口模塊、信號處理模塊、通信網卡、功能模塊和操作屏等部分。本系統的內部接線圖如圖2所示。

2 恒溫恒濕空調控制的流程

保證貯絲間的恒溫恒濕，使貯絲間的溫濕度恒定在工藝指標內。主要包含制冷過程、制熱過程、加濕過程。

2.1 制冷過程

夏天時PLC通過實時采集貯絲間的溫濕度信號，經PID算法處理后，輸出信號到表冷段電動調節閥，通過控制閥門的開度實時監控貯絲間的溫濕度，使貯絲間溫濕度恒定在工藝指標內。

2.2 制熱過程

冬天時PLC通過實時采集貯絲間的溫濕度信號，經PID算法處理后，輸出信號到加熱段電動調節閥，通過控制閥門的開度實時監控貯絲間的溫濕度，使貯絲間溫濕度恒定在工藝指標內。

2.3 加濕過程

PLC通過實時采集貯絲間的溫濕度信號，經PID算法處理后，輸出信號到加濕段電動調節閥，通過控制閥門的開度實時監控貯絲間的溫濕度，使貯絲間溫濕度恒定在工藝指標內。

3 軟件設計

3.1 主程序流程圖

本設計程序的主題思想均為先定義，然后進入無限循環，在無限循環內，溫度和濕度的調節同時進行，本編程方法的好處是主程序執行完一次后可以重新采集溫濕度信息，及時對溫濕度變化做出響應。因為溫濕度有一定的延遲性，為了能夠達到實時監控溫濕度的效果，我們采用PID算法來控制溫濕度，保證實時檢測，實時調整。主程序流程圖如圖3所示。

3.2 控制系統人機交互界面設計

3.2.1 控制系統過程界面設計

控制系統的過程界面主要對工業生產現場進行模擬，利用WinCC組態軟件實現模擬，并以此畫面作為主界面，操作人員可實時觀看整個貯絲間恒溫恒濕電氣控制系統的組成，運行流程和數據。系統主界面如圖4所示。

3.2.2 控制系統主操作界面設計

控制系統主操作界面是對整個恒溫恒濕電氣控制系統運行狀態進行監控和實時操作的界面。主操作界面主要包括手自轉換操作面板區、系統運行狀態顯示區。主操作界面也可完成啟動和停止的操作。在系統運行狀態顯示區，可以顯示車間溫濕度，新風、送風溫濕度，冷凍水及蒸汽介質溫度，空氣過濾器壓差信號，新風閥、表冷閥、加熱閥、加濕閥開度，送風機、冷凍水泵運行狀態（運行/停止）、故障狀態、檢修狀態，送風機、冷凍水泵的手/自動狀態等。方便操作人員隨時觀察運行狀態并調整。

4 結 語

本文主要完成了控制系統和軟件兩部分設計，其核心是控制系統設計和PID算法調節以及人機交互界面的設計。實驗結果表明，本文設計的貯絲間恒溫恒濕電氣控制系統可自動將貯絲間的溫濕度調節到工藝指標內，且能用于工業生產。

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