紡織廠傳感網空調系統的開發

范琥躍

(無錫一棉紡織集團有限公司，江蘇 無錫 214101)

紡織廠傳感網空調系統的開發

范琥躍

(無錫一棉紡織集團有限公司，江蘇 無錫 214101)

文章開發了基于傳感網的空調系統，該系統可自動采集數據，減少用工；依靠溫濕度調節模型，提供調節指導，穩定溫濕度控制；建立空調負荷模型，跟蹤評估空調用電，降低空調能耗，以減少投資和運維費用，獲得最佳的效果。

空調； 傳感網； 空調模型； 能耗

目前紡織廠生產車間的空調大多采用人工抄表與調節，存在用工多、溫濕度波動大等不足，而全自動空調系統存在投資多、運維費用高等缺點。我公司采用傳感網技術自動采集溫濕度數據，根據空調理論和經驗建立調節模型和空調負荷模型，指導與評價空調作業，經多年應用實踐，該系統投資少，使用維護費用低，溫濕度穩定性好。

1 自動數據采集系統

在每個工序及室外配置RS485溫濕度網絡型傳感器，定期采集現場溫濕度數據，通過轉換電路轉換成數字信號傳送到采集器，經采集箱轉換后，變成標準RS-485通訊協議傳送到空調傳感網服務器,布置圖如圖1所示[1]。

圖1 室內及室外傳感器布置圖

傳感網服務器采用基于微軟.NET環境下開發的控制軟件，數據庫采用SQL Server，通過輸出通訊端口接入企業局域網與ERP和電能傳感網實現數據交換。

在企業局域網上的工作站安裝客戶端，運行客戶端可訪問智能空調服務器，當室內溫濕度異常需要調節時，通過空調傳感網服務器配置的GSM模塊發送調節指令到指定手機。傳感網空調系統示意圖如圖2所示。

圖2 傳感網空調系統示意圖

采集溫濕度數據的周期可選5 min～60 min，每采集一次數據，調節指導系統就判斷一次，周期偏短掌握則可以實現“小幅多調”，溫濕度變動范圍小，但過短則工作量過大，而且容易造成誤判誤調，經過實踐取30 min比較合適。

2 調節指導

當設備開臺、品種調整和室外條件變化時，室內溫濕度會偏離設定范圍，需要進行調節，本系統采用的是浮動露點方式[2]，重點保證相對濕度的穩定和較低的能耗。本例調節模型根據華東地區氣候條件制訂，無地下水，有制冷設備和預熱器。

2.1 工況

將室內與室外的含熱量進行比較可分成三種工況。一般工況：I露上≥I外≥I露下，不用冷源或熱源；用冷工況：I外>I露上，啟用冷源(冷凍水)；用熱工況：I外

每個工況設置不同的溫濕度控制范圍，用冷源時溫度控制范圍適當上移，用熱源時溫度控制范圍適當下移，以減少能耗，每種工況采取不同的調節模型，見表1、圖3。

表1 各工序溫濕度范圍設定

圖3 生產車間溫濕度控制

t上—本工序溫度上限(℃)；

t下—本工序溫度下限(℃)；

φ上—本工序相對濕度上限(%)；

φ下—本工序相對濕度下限(%)；

I外—室外含熱量(Kcal/kg),根據室外溫度和相對濕度，到I-D表中取I值；

I露上—機器露點含熱量(Kcal/kg)上限，根據t上和φ上在I-D表中取得該點的絕對含濕量d值，再根據這個d值和φ=95%，在I-D表中取得I值；

I露下—機器露點含熱量(Kcal/kg)下限，根據t下和φ下在I-D表中取的該點的絕對含濕量d值，再根據這個d值和φ=90%，在I-D表中取得I值；

t—本工序實際溫度(℃)；

φ—本工序實際相對濕度(%)。

2.2 調節模型

將室內實際溫濕度值與標準溫濕度值相比較有8種結果，根據空調理論與實踐經驗對每種結果制訂一種調節模型，指導空調工對新回風比、二次回風、送風量、水量、冷量(熱量)4個參數進行調節[3]，綜合考慮節能、溫濕度穩定性和調節工作量，每個參數設置優先次序，首先調節第一次序，然后第二次序，以次類推[4]。調節以空調室為最小單位，當1個空調室有2個及以上的溫濕度傳感器時取平均值。

2.2.1 一般工況調節模型

根據換氣次數、車間正壓和送風溫差確定一個最低送風量，當小于最低送風量時開啟二次回風，見圖4、表2。

空氣流程示意：

圖4 一般工況溫濕度調節

2.2.2 用冷工況調節模型

新風調節到最小20%，送風量全年最大，關閉二次回風。見圖5、表3。

空氣流程示意：

圖5 用冷工況溫濕度調節

表2 一般工況調節模型

編號對比結果新(回)風比二次回風送風量水量冷量熱量1t≥t上1增加×2增加不變××2t≤t下2減少×1減少不變××3φ≥φ上3增加×1減少2減少××4φ≤φ下1減少×3增加2增加××5t≥t上andφ≥φ上2增加×1減少不變××6t≤t下andφ≤φ下1減少×不變2增加××7t≥t上andφ≤φ下1增加×3增加2增加××8t≤t下andφ≥φ上2減少1開啟1減少不變××

表3 用冷工況調節模型

表4 用熱工況調節模型

2.2.3 用熱工況調節模型

新風調節到最小10%，送風量全年最小，開啟二次回風，噴淋采用循環水。見圖6、表4。

空氣流程示意：

圖6 用熱工況溫濕度調節

3 空調傳感網系統界面

3.1 主界面

顯示空調系統當前工作狀態，室內外溫度數據，評判結果以及調節指導，如圖7所示。

圖7 傳感網空調系統主界面

3.2 報警界面

當溫濕度、吸放規律、能耗實際數值超過設定后，報警界面集中顯示報警內容，見表5。同時發送手機短信，列如：

“5070# 20160813 9∶00部門5精并粗北 溫度【27-33】34∶1送風增加；2水量增加；3冷量增加。”

3.3 歷史數據

輸入空調室或傳感器號可以查詢分析歷史數據，見表6。

3.4 吸放濕規律

從前到后各工序的相對濕度需要兼顧開松除雜和并合牽伸，符合一定的吸放濕規律，在系統中輸入報警閥值后即可進行監控，見圖8、表7。

3.5 空調能耗

取室內外實時溫度差(延遲時間按4 h計)和主機實時功耗2個主要變量，通過計算生產設備散熱量和圍護結構熱傳遞，得到車間空調負荷模型。

表5 報警界面

表6 歷史數據

表7 吸放濕規律設定

圖8 各工序相對濕度曲線圖

Q=F1+F2

式(1)

其中：Q—車間實時空調負荷(Kcal/h)；

F1—車間生產主機實時散熱量(Kcal/h)；

F2—室內外溫差實時熱傳遞量(Kcal/h)。

取空調電耗作變量，建立空調能耗(系數)Q′函數。

Q′=kF3+m

式(2)

其中：Q′—空調能耗(系數)；

F3—空調能耗(kW/h)；

k—能耗修正系數；

m—能耗常數。

在空調系統理想的狀態下，反復調整k和m,使式(1)與式(2)有良好的相關關系。

本系統與電能傳感網的數據同步共享，得到每小時生產用電和空調用電，通過分析空調負荷曲線與空調能耗(系數)曲線的相對關系(見圖9)，能夠發現主機開臺變動時空調是否及時跟進，室外條件是否充分用足，確保用最低的能耗獲得穩定的溫濕度[5]。

3.6 工作評價

依據溫濕度合格率，吸放濕規律控制，節能成效，科學定量地評價工作質量，實現精細管理，見表8。

圖9 負荷曲線圖

表8 工作評價表

時間段：XXXXXXXX-XXXXXXXX 班別： 姓名：日期時間溫度合格率(%)相對濕度合格率(%)吸放規律報警次數節能(%)得分………………………………合計…………………………

4 結論

傳感網空調系統采取全自動檢測，可減少空調工50%以上的工作量，提高工效，降低成本。在實際中，大部分情況下溫濕度是正常的，這時空調工可以兼帶其他工作，只有當溫濕度異常需要處理時，系統才會發短信給空調工，并提示調節方法，降低了對空調工技術及經驗的依賴，實現“傻瓜”式操作；該空調系統實施，徹底杜絕了“抄假表”，讀數誤差等常見問題，數據及時、準確、透明，并且可追溯，便于排查問題，督促提高空調工責任性和技術水平；根據能耗大小確定調節手段的優選級，科學客觀地評定空調能耗水平，對降低能耗具有明顯的促進作用；傳感網檢測技術，解決了干濕球溫度計需要經常加水，不能在零度以下使用，冬季室外讀數不便等問題；傳感網空調系統的硬件投資3500元/萬錠，控制軟件自主開發，投資少，運維費用很低，硬件與軟件系統工作穩定可靠，壽命長。

[1] 王保云.物聯網技術研究綜述[J].電子測量與儀器學報，2009，23(12)：1—7.

[2] 周義德，梁永智，何大四.浮動露點恒濕控制法在紡織空調中的應用[J].棉紡織技術，2012，40(6)：4—7.

[3] 周亞素，甘長德，趙敬德.紡織廠空氣調節[M].北京：中國紡織出版社，2009.

[4] 楊瑞梁.紡織車間空調系統最小新風量的研究[J].棉紡織技術，2008，36(9)：19—21.

[5] 狄育慧，梁才航，黃翔，等.棉紡織廠空調節能分析[J].棉紡織技術，2003，31(11)：35—37.

Abstract: An air conditioning system based on sensor networks was developed. This was developed system can automatically collect data and reduce labor, provide guidance for adjustment and stabilize control of temperature and humidity through temperature and humidity adjusting model, establish air conditioning load model, track and evaluate electricity consumption of air conditioning, reduce energy consumption of air conditioning. The system can enhance effects, while it reduces investment and maintenance costs.

Key words: air conditioning; sensor networks; air conditioning model; energy consumption

Development on Sensor Networks Air Conditioning System Used in Textile Mill

FanHuyue

(Wuxi First Cotton Textile Group Co., Ltd., Wuxi 214101, China)

2017-02-08

范琥躍(1958—)，男，江蘇無錫人，高級工程師。

TS108.6+1

B

1009-3028(2017)02-0011-06