基于空調(diào)電動閥模擬量信號干擾的控制研究

楊玲

（安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司阜陽卷煙廠，安徽 阜陽 236000）

基于空調(diào)電動閥模擬量信號干擾的控制研究

楊玲

（安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司阜陽卷煙廠，安徽 阜陽 236000）

在精益能源管理的推動下，深度挖掘空調(diào)能源消耗為重點關(guān)注目標(biāo)之一。空調(diào)能源消耗主要分為蒸汽加熱、蒸汽加濕、表冷除濕、高壓微霧加濕等。在實際運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)表冷閥、蒸汽加熱閥、加濕閥等電動閥存在閥門開度不受控制的問題，通過查看電動閥閥門的畫面、歷史曲線發(fā)現(xiàn)其閥門的開度無規(guī)律波動，空調(diào)機(jī)組停機(jī)時表冷閥等也出現(xiàn)波動，模擬量信號的控制受到干擾。

空調(diào)；電動閥；模擬量信號；干擾

1 分析電動閥控制現(xiàn)狀

工藝要求空調(diào)溫度設(shè)定24～28℃。由于夏季高溫高濕，在日常運(yùn)行時，冷媒水溫度設(shè)定為8～12℃，為空調(diào)機(jī)組提供冷源，起到降溫除濕的效果，需要合理調(diào)控表冷閥的開度，除濕的同時可能會降低溫度，此時需要開啟蒸汽加熱閥，合理調(diào)控閥門開度大小（圖1）。

圖1 閥門開度控制圖

在實際運(yùn)行過程中閥門開度不受控制問題不容忽視，比如在K9空調(diào)運(yùn)行過程中，出現(xiàn)表冷閥和加熱閥不受控制，例如表冷閥給定開度為5，反饋值為0，而此時不需要使用加熱，加熱閥給定開度值為0，實際反饋值為11，在K9空調(diào)停機(jī)狀態(tài)下，上位機(jī)給定的表冷閥和加熱閥閥門開度均為0，而K9現(xiàn)場表冷閥和加熱閥的閥門有打開動作，上位機(jī)監(jiān)控畫面表冷閥和加熱閥的閥門開度有反饋值，反饋的開度在0～20之間上下波動。但當(dāng)處于春秋等過渡季節(jié)時，不需要開啟表冷閥時，需要開啟蒸汽加熱閥和加濕閥，閥門開度也出現(xiàn)類似的不受控制問題。電氣干擾問題較嚴(yán)重，對模塊進(jìn)行更換，線路重新敷設(shè)均不能解決閥門干擾問題（圖2）。

圖2 閥門歷史曲線圖

2 電氣干擾的分析及問題解決方法

在存在干擾的工業(yè)控制環(huán)境中，電流信號的傳輸比電壓信號傳輸穩(wěn)定性好，使用電壓信號進(jìn)行傳輸?shù)倪^程中容易受到干擾，失真從而影響信號的正常傳輸和控制，將電壓信號經(jīng)轉(zhuǎn)換隔離器轉(zhuǎn)換成電流信號進(jìn)行傳輸，可以大大降低傳輸過程中的干擾問題。

空調(diào)系統(tǒng)表冷閥和加熱閥不受控制問題的主要原因是電氣干擾問題。而空調(diào)PLC控制電柜內(nèi)既有微弱的毫伏級的小信號也有數(shù)十伏的大信號，既有直流低頻信號也有高頻或脈沖尖峰信號。這些信號要經(jīng)過相互傳遞和輸送過程，模擬量信號在傳輸過程中會受到外部信號的影響。

解決電氣干擾問題可采用在過程環(huán)路使用信號隔離器。信號隔離器采用隔離技術(shù)，斷開過程環(huán)路中的直接電路（直流通路）但又不影響過程信號的正常傳輸，從而徹底解決了上述問題。

信號隔離器一方面能解決接地環(huán)路和設(shè)備互聯(lián)時產(chǎn)生的地線參考點不同的問題，另一方面能有效地去除線路在傳輸過程中可能受到的無限射頻和電磁干擾問題。輸入信號不管是0～10V，或是帶有+10V干擾的10～20V的信號，經(jīng)過隔離器后均變?yōu)?～10V的標(biāo)準(zhǔn)信號。

結(jié)合現(xiàn)場PLC配電柜內(nèi)剩余空間不夠大，現(xiàn)場空調(diào)閥門安裝在箱體上方，確定可以將新增加的電柜箱安裝在現(xiàn)場空調(diào)箱體上方，距離現(xiàn)場閥門很近，從PLC電柜引出的模擬量信號先轉(zhuǎn)換為4～20mA的信號進(jìn)行傳輸，進(jìn)入新增加的電柜內(nèi)進(jìn)行電流變化電壓信號的變化，將0～10V的電壓信號作用與現(xiàn)場閥門，實現(xiàn)閥門開度的控制。

如圖3所示，選用兩款有源電壓型和電流型信號轉(zhuǎn)換隔離器，供電電壓是24V，一進(jìn)一出型，將信號進(jìn)行兩次轉(zhuǎn)換后控制閥門開度。此外，選用兩線制的電纜線60米，220V轉(zhuǎn)24V變壓器。

圖3 信號隔離器的選用

3 解決方案的實施

3.1 現(xiàn)場的安裝及布置

PLC控制柜內(nèi)將模擬量信號里控制空調(diào)加熱閥和表冷閥的線路區(qū)分開來，將原模擬量控制信號到端子排理清；兩線制電纜線從K56789現(xiàn)場配電柜經(jīng)橋架引到空調(diào)K7.8.9現(xiàn)場空調(diào)上。

在空調(diào)主機(jī)上方選擇合適的位置安裝新增電柜箱，距離加熱閥和表冷閥位置不遠(yuǎn)處，柜內(nèi)安裝220V開關(guān)，新增AC220V轉(zhuǎn)DC24V變壓器，導(dǎo)軌上安裝轉(zhuǎn)換隔離器。

將現(xiàn)場表冷閥和加熱閥的控制接線引入到轉(zhuǎn)換隔離器的輸出端，最終以0～10V的電壓信號控制現(xiàn)場閥門，現(xiàn)場安裝接線圖，見圖4。

圖4 現(xiàn)場安裝接線圖

3.2 調(diào)試及試運(yùn)行

利用停產(chǎn)對K9空調(diào)表冷閥、加熱閥進(jìn)行測試與驗證，如K9空調(diào)表冷閥給50開度，加熱閥沒有動作。直觀從閥門畫面和曲線可以看出：沒有發(fā)現(xiàn)在開啟任何一個電動閥而影響另外電動閥的波動，即使空調(diào)不運(yùn)行也沒有發(fā)現(xiàn)電動閥的波動。

進(jìn)行了檢查和跟蹤，通過圖表可以看出電動閥干擾源已徹底消除。干擾源消除后，電動閥的波動不再出現(xiàn)，空調(diào)運(yùn)行效率明顯提高，也減輕操作工頻繁操作的工作量。

4 結(jié)語

將PLC信號、變送器或儀表輸出的電壓信號，通過半導(dǎo)體進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換，然后再進(jìn)行變換回隔離前的信號，保證變換后的信號、電源、地之間的獨立，通過這樣的方式解決工業(yè)控制現(xiàn)場模擬量信號在傳輸過程中受干擾的問題，解決了空調(diào)自控系統(tǒng)中0～10V電壓信號的傳輸干擾問題，投入少，效果顯著。整個控制系統(tǒng)中傳輸0～10V電壓信號的模擬量控制問題都可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換隔離。電動閥的干擾問題會大大縮短閥門的使用壽命，影響空調(diào)控制的穩(wěn)定性。此干擾問題得到解決后降低了閥門件的消耗，提高了西門子PLC模塊的穩(wěn)定性，減輕了勞動強(qiáng)度，降低了設(shè)備維護(hù)成本，空調(diào)自動控制干擾問題得到有效改善，提高空調(diào)工藝溫濕度控制穩(wěn)定性，同時，大大降低了能源消耗。圍繞廠部的“精益生產(chǎn)”，深挖設(shè)備存在的缺陷，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)備的參數(shù)和邏輯控制，促進(jìn)了動力設(shè)備經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]廖常初.大中型PLC應(yīng)用教程[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

[2]采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范.GB50019-2003.

[3]謝克明，王柏林，李有善.自動控制原理[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[4]吳大正.信號與線性系統(tǒng)分析[M].北京：高等教育出版社，2004.

TU831.3

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1671-0711（2017）12（上）-0148-02