淺談新風系統在環境風洞試驗室中的應用

梁婷 郭瑞庭 王磊

摘 要：在環境風洞試驗室中，新風系統是凈化試驗艙內空氣，補充新鮮干燥的空氣以及維持試驗艙內濕度穩定的必要系統。該文主要介紹了在某環境風洞試驗室中新風系統的設計和應用，著重從該新風系統的除濕原理、主要工作部件、工作過程以及控制系統等方面進行闡述。

關鍵詞：新風系統；環境風洞試驗室；控制系統

中圖分類號：TU831 文獻標志碼：A

0 前言

環境風洞試驗室是在室內條件下，利用人工方法模擬汽車行駛時的自然環境，包括溫度、濕度、日照模擬、氣流和道路負載等。在環境風洞試驗室中， 新風系統一方面通過除濕和加濕系統的相互配合實現了對濕度的控制和調節，另一方面為環境艙補充新鮮空氣，以平衡試驗中尾氣排放系統形成的負壓。當底盤測功室空氣過于渾濁時，還可以通過開啟新風系統的旁通閥門進行凈化通風。

1 新風系統除濕原理

由新風系統產生的干燥空氣，經過再熱處理后通過送風管道進入環境艙內，空氣中的水蒸氣含量逐漸減小，相對濕度也越來越小，可以達到環境艙除濕目的。

2 新風系統主要組成部件及工作過程

2.1 新風系統主要部件

新風系統主要部件由轉筒除濕機、補風風機、過濾器、電控柜、電加熱器、壓力傳感器、控制面板、風管等構成（圖1為新風系統主要部件圖解），其中轉筒除濕機是新風系統構成的核心部分，它對新風系統除濕功能起決定性作用。

轉筒除濕機的轉子由特殊復合材料制成，可以有效吸收和鎖住空氣中的水分子，并且可以達到長期使用的要求：當轉子正向旋轉時空氣中的水分會被轉筒內的特殊吸水材料大量吸收，反之除濕機中的水分子則在離心作用下被熱空氣帶走。

①排氣管；②壓力傳感器（1 Pa～1000 Pa）；③補風抽風風扇④控制系統顯示屏；⑤旁通風管；⑥右排氣管；⑦加熱器；⑧電控板；⑨轉筒驅動電機；⑩轉筒除濕機；左排氣管；安全閥（20 Pa～300 Pa）；旁通門蓋板；壓力傳感器（0 Pa～5000 Pa）；補風進風口過濾器；排濕風扇；集水板；風扇接合器；排濕進風口過濾器；排濕進風口加熱器 。

2.2 新風系統的工作過程

新風系統工作過程如圖2所示，環境艙外部空氣分為兩路進入新風系統，一部分空氣由補風進風口經過高密度海綿濾芯過濾器的凈化，和制冷機組的蒸發器冷卻減濕處理，其焓值、溫度及含濕量均降低，之后被補風抽風風扇吸入緩慢轉動的除濕轉筒，經過進一步的干燥，再由電加熱器的等濕加熱處理后進入環境艙；另一部分空氣則由排濕進風口經過高密度海綿濾芯過濾器凈化后，經過排濕進風口加熱器的升溫加濕處理，空氣的焓值、溫度及含濕量均升高，由排濕風扇將熱濕空氣反向抽出除濕轉筒，熱濕空氣將轉筒中吸收的水分子帶走，并通過排氣口排出試驗室外。根據除濕轉筒的特性，兩路空氣在除濕轉筒中同時作用使轉筒中的水量達到平衡，確保新風系統能持續不斷地工作，即使是在低溫條件下也能提供新鮮的干燥空氣。

3 新風系統的控制系統

3.1 新風系統控制模式

該新風系統有手動操作和遠程自動操作2種模式，在手動操作模式下，操作員可直接通過控制器顯示屏對抽風風機、加熱器、轉筒除濕機、冷凍機機組等新風系統設備的手動啟停，一旦設備出現故障或不安全行為，操作員可隨時手動停機，以此確保現場重要設備的安全性。當新鳳系統控制柜切換到遠程自動操作模式時， 操作員可在FCS（即Facility Control System）系統界面設置新風系統設備的啟停和閥門的開度，PLC中的CPU接收到指令進行分析處理，自動實現設備的啟停控制，同時通過將新風系統設備上的壓力傳感器、溫度傳感器等收集到的信號反饋至FCS系統，實現操作人員對設備的遠程實時監控。

FCS軟件控制系統具有較強的互可操作性和互用性，它將環境風洞系統中的各子系統集成在一起，便于用戶遠程操控和監控各系統運行，而可編程控制器（PLC）具有可靠性高、抗干擾能力強、維護量小、與計算機聯網通信方便等特點，不僅能實現復雜的邏輯控制， 而且還能完成各種閉環控制。該環境風洞試驗室通過FCS軟件控制系統與PLC技術相結合，有效提高了整個控制系統的可靠性和穩定性，同時增加了用戶對于控制精度的要求。而試驗室的新風系統中的PLC電控柜采用的是LS PLC產品中的XGT系列單片機，具有以下特點：1）多點I/O控制，適用于中小型控制系統；2）支持浮點數運算，適用領域廣泛；3）緊湊的尺寸，便于安裝和集成；4）可擴展性強，寄存器和注釋備份維護能力增加，極大提高用戶的便利性；5）內置多個通信通道（包括編程口），也可連接多個模擬量模塊，內置串行通信口可通過以太網或CNET，快速與上下位機進行通信。整個新風系統的硬件設備如圖3所示。

3.2 新風系統主控電路

該新風系統的主控電路主要分為6個部分，如圖4所示，分別為控制補風風扇電機、排濕風扇電機、1#冷凍機和2#冷凍機/電加熱器及新風系統控制柜。當PLC中的CPU發出啟動命令時，補風風扇電機、排濕風扇電機開始工作，新風系統的直通閥門根據接收到的FCS界面設置的開度信號確定閥門的位置，電加熱器的控制柜根據試驗溫度和補風溫度決定電加熱器的功率輸出，當位于補風進風口處的蒸發器傳感器溫度高于8 ℃時，2#冷凍機先開始工作，而當蒸發器傳感器溫度低于8 ℃而高于6 ℃時，1#冷動機隨之啟動。當PLC中的CPU發出停止命令時，各電路觸點開關依次斷開，新風系統停止工作。

4 結論

隨著PLC技術的日益成熟，更多的計算機、工業控制技術及控制算法被引入環境風洞試驗系統當中，大大增強了控制系統的可靠性與穩定性。新風系統作為環境風洞系統中的重要子系統之一，該文通過簡單介紹某環境風洞試驗室中的新風系統的設計和設備組成，希望為其他試驗室新風系統的設計提供參考和借鑒。

參考文獻

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[2]李峰，張開平.基于PLC的低溫環境試驗室控制系統[J].自動化儀表，2006，27（9）：54-56.