淺談廠房環境控制三閥分程控制

毛險峰，胡鵬飛，許 偉

(華北計算機系統工程研究所，北京 100083)

淺談廠房環境控制三閥分程控制

毛險峰，胡鵬飛，許 偉

(華北計算機系統工程研究所，北京 100083)

從廠房環境智能控制實際出發，介紹了空調系統的工作原理及空調控制系統的要求。對表冷閥、加熱閥、加濕閥采用PID(Proportion Integration Differentiation)分程控制的方法，解決了PID計算結果由哪個閥來執行的問題；文章還介紹了當實際溫度高于設定溫度時，如何控制表冷閥和加熱閥；同時表冷閥也關系到濕度的調節，介紹了當濕度低時，如何控制表冷閥和加濕閥。溫度與濕度控制各采用一套PID算法進行計算控制，為廠房環境溫濕度控制提供了參考和思路。

PID；分程控制；表冷閥；加熱閥；加濕閥

0 引言

越來越多的行業對車間的環境要求越來越高。控制車間環境的溫、濕度，不僅僅是為了保證工作人員工作環境舒適，更重要的是滿足生產工藝要求，提高產品質量。一套智能環境控制系統可以以最低能耗滿足環境要求，大大降低企業的能源成本與管理成本。

1 空調系統

現在的空調系統主要使用一次回風型全空氣系統，一起處理完空氣后，再送到各車間。如圖1所示，空調房間的空氣被回風機抽出，排出一部分后，與新風混合進入空調箱處理。根據空調房間安裝的溫濕度傳感器實際測量值與溫濕度設定值比較，經過計算，按照需求進行降溫或者加熱、除濕或加濕處理后，由送風機送回空調房間。

空調箱降溫由表冷器完成，冷源由吸收式冷機提供冷水，用表冷閥控制冷水流量。同時，表冷器也具有除濕功能。需要除濕時，將增大表冷閥開度。空調箱加熱功能由加熱器完成，熱源由蒸汽鍋爐提供蒸汽。用加熱閥控制進入加熱器的蒸汽量。蒸汽不僅為加熱器提供熱源，也供加濕器為空氣加濕。用加濕閥控制加濕的蒸汽量。溫濕度控制簡單地說主要是控制表冷閥、加熱閥和加濕閥這三閥。空調控制系統除了保證空調房間的空氣溫濕度指標符合要求外，還要將空調能耗降至最低。從節能的角度考慮，空調控制系統還有新風閥、排風閥和混風閥三個風閥需要進行控制。

圖1 一次回風空調系統示意圖

2 控制系統

2.1自控系統總體要求

(1) 采用分散控制、集中管理、綜合監控的模式，實現車間恒溫恒濕、制冷站優化控制及能源管理自動化、合理化[1]。

(2)自控系統無論在硬件選擇還是軟件編程上，保證系統的可靠性[1]。

(3)自控系統應具備可擴展性和開放性，保證系統投資的長期效應以及系統功能不斷擴展的需要，并提供開放式數據通訊，資源共享[1]。

(4)自控系統的人機界面應友好，易學易用，具有良好的中文信息處理能力，能適應不同水平的操作維護人員。

(5)自控系統應具有遙控、本控、手動功能。遙控狀態是在中央監控微機上對設備進行遠程控制，本控是通過自控系統完成設備或系統的自動控制，手動是通過設備低壓啟動柜對設備(如風機、閥門)進行操作，以方便設備維護和調試。

2.2網絡結構

上、下位機全部接入廠區光纖工業以太環網。下位機到遠程終端模塊采用DP總線。網絡結構如圖2。

圖2 網絡結構圖

2.3控制界面

組態控制界面除了顯示所需測量數值，還具備防錯功能。如當不具備開機條件時，應顯示具體哪個部位哪個條件不具備，并以告警信息覆蓋啟動按鍵，使之無法進行啟動操作。例如發生火情時，防火閥機械操控機構會因為高溫脫扣，關閉防火閥防止火情擴大。如圖3所示，當送風管路或回風管路的防火閥關閉時，在對應故障點顯示火焰圖案，并顯示告警信息“不具備開機條件”。在故障清除前，不能再次啟動空調系統。

軟件既要考慮可靠性，也要考慮可測試性。軟件的可測試性包含軟件發現故障并隔離，定位其故障的能力特性。如一個空調房間有8個溫度傳感器，控制房間溫度的過程，是以8個傳感器的平均測量值作為實際測量值進行控制計算。如果有一個傳感器發生故障，與其他傳感器測量值偏差超過設定偏差量，系統將自動以其他7個傳感器的平均測量值進行控制計算，做到發現故障并隔離，同時顯示告警信息。軟件實現可測試性必然界面要做到可觀性。如圖4所示，可在人機界面調看必要的輸入、輸出與中間變量參數數值，這有利于使用人員與維修人員進行故障定位與故障分析。

圖3 空調機組主畫面

圖4 空調機組參數

3 三閥控制

對于三閥控制，目前控制思路多種多樣，常見的有模糊控制、自適應控制、PID控制，以及多種方法組合控制[2]。本文討論采用PID分程控制法。

PID分程控制法溫度與濕度控制各采用一套PID算法進行計算控制。但是PID計算結果由哪個閥來執行？對于溫度調節來說，表冷閥和加熱閥的動作，都會影響空調房間的溫度變化，那么當實際溫度高于設定溫度時，是開大表冷閥降溫還是關小加熱閥減熱？同時表冷閥也關系到濕度的調節，當濕度低時，是減小表冷閥降低除濕功效，還是加大加濕閥增加加濕量呢？

既然兩個閥都影響同一指標，本文把PID計算輸出數值0～100進行等分分程控制閥門。對于溫度調節的PID計算結果的0～50用來控制表冷閥，對應表冷閥的開度為100%～0。PID計算結果的50～100用來控制加熱閥，對應加熱閥開度為0～100%。在空調剛啟動時，溫度PID預設初始值為50，加熱閥與表冷閥的開度都是0。如果此時需要降溫，那么PID計算結果將小于50，對應的表冷閥將按照比例關系打開，此時加熱閥是關閉的。如果調節需要加熱，隨著PID計算結果從小于50逐漸增加到大于50的過程，表冷閥會逐步關小直至關閉，加熱閥會根據計算結果按比例打開。

同理，濕度PID模塊的計算結果也分程作用于表冷閥和加濕閥，前半程0～50對應表冷閥的100%～0開度，后半程50～100對應加濕閥的0～100%開度。PID初始值也是50，在空調機組不運行時，三閥開度都是0。帶來的問題是溫度PID和濕度PID的結果前半程都用于控制表冷閥，到底表冷閥按照誰的結果開閥門？本文給出的解決辦法是：誰大就聽誰的。只需加一條比較指令，將大的數值輸出給表冷閥。

4 結論

由于每個空調系統的配置不同，使用環境不同，耦合效果也不同，所以要根據現場實際情況選擇控制模式。PID分程三閥控制，在外界干擾因素不是突發變化很大的情況下，在溫濕度合格的區間可以比較穩定地控制現場環境。

[1] 魏紀君，崔哲，湯繼保.溫濕度控制系統研究[J].制冷，2010,29(3): 4-8.

[2] 焦連渤，沈東凱.模糊PID控制在溫濕度控制系統中的應用[J].南京航空航天大學學報,1998,30(4): 437-442.

Discussion on the three valves split control in plant environment control

Mao Xianfeng, Hu Pengfei, Xu Wei

(National Computer System Engineering Research Institute of China, Beijing 100083, China)

This paper is based on the intelligent control of plant environment, introduces the working principle of air conditioning system and the requirements of air conditioning control system. Using the method of Proportion Integration Differentiation(PID) split control to control cooling coil valve, heater valve and heating valve, and to solve the problem of which valve to carry out the PID calculation results. When the actual temperature is higher than the set temperature, how to control the cooling coil valve and heater valve. At the same time, the cooling coil valve is also related to humidity regulation, when the humidity is low, how to control the cooling coil valve and heating valve. The above problems are also discussed in this paper. Temperature and humidity control are respectively using a set of PID algorithm for calculation and control, which provides a reference and ideas for the factory environment temperature and humidity control.

PID; split control; cooling coil valve; heater valve; heating valve

TP273

：A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2017.17.025

毛險峰，胡鵬飛，許偉.淺談廠房環境控制三閥分程控制[J].微型機與應用，2017,36(17)：86-87，91.

2017-04-12)

毛險峰(1974-)，男，本科，工程師，主要研究方向：自動化。