高精度恒溫恒濕檢測實(shí)驗(yàn)室空調(diào)自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周利民 沈陽計(jì)量測試院

計(jì)量檢測基地新建實(shí)驗(yàn)樓內(nèi)的空調(diào)機(jī)組全部是生產(chǎn)服務(wù)的工藝性空調(diào)機(jī)組，由于生產(chǎn)內(nèi)容是檢測高精密儀器、儀表、量塊以及醫(yī)療等設(shè)備的性能，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)溫度、濕度的精度及穩(wěn)定性對測量結(jié)果有著重要的影響力，針對該檢測基地的需求配備了高精度恒溫恒濕空調(diào)自動控制系統(tǒng)。通過對環(huán)境品質(zhì)的精度控制使檢測環(huán)境達(dá)到穩(wěn)定可靠的恒溫恒濕要求。準(zhǔn)確的檢測結(jié)果為工業(yè)用表、醫(yī)療設(shè)備、量塊、食品加工等提供了衡量標(biāo)尺。

一、高精度恒溫恒濕空調(diào)自控系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)采用PLC200可編程序控制器進(jìn)行自動化控制，保證系統(tǒng)可靠性更高、靈活性和可擴(kuò)展性更好，溫濕度控制精度更高，響應(yīng)速度更快，更易于進(jìn)行系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)展，系統(tǒng)的性價(jià)比更高。

該空調(diào)自控系統(tǒng)采用SIEMENS公司的SIMATIC S7-200系列可編程控制器，每臺恒溫恒濕機(jī)組配置一個CPU模塊和若干個輸入/輸出擴(kuò)展模塊、通訊模塊、溫濕度傳感器以及執(zhí)行器等相應(yīng)設(shè)備。控制系統(tǒng)共有24臺PLC控制器組成，采用PROFIBUS現(xiàn)場總線組成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)中配置一臺計(jì)算機(jī)工作站，安裝WinCC系統(tǒng)管理軟件，采用人機(jī)界面，對各空調(diào)機(jī)組進(jìn)行遠(yuǎn)程控制操作，可實(shí)時監(jiān)測每臺空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，對所有運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控記錄，同時可以采用數(shù)據(jù)表格或曲線的形式查看歷史數(shù)據(jù)或?qū)崟r數(shù)據(jù)，每臺空調(diào)機(jī)組現(xiàn)場控制箱均配置了一個TD400C控制面板，面板上也能實(shí)時監(jiān)控和設(shè)置空調(diào)運(yùn)行的各類參數(shù)和控制空調(diào)機(jī)組的啟停，實(shí)現(xiàn)與工作站遠(yuǎn)程控制同步。

二、高精度恒溫恒濕機(jī)組控制

該高精度恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)空氣處理分為幾個階段，新風(fēng)初效過濾段、表冷段、加熱段、電極式加濕段、風(fēng)機(jī)段、風(fēng)管二次加熱段、送風(fēng)口二次過濾段等組成。空調(diào)自控原理圖如圖所示。風(fēng)冷式高精度恒溫恒濕機(jī)組專門為工作區(qū)提供高精度環(huán)境要求的空氣，其空氣處理方式為：一定比例的新風(fēng)與回風(fēng)混合，然后經(jīng)過初效過濾器，表冷段，電熱蒸氣加濕段，電加熱段，然后由送風(fēng)機(jī)送入工作區(qū)。該機(jī)組的冷源由本身的壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)提供。各個空氣處理階段運(yùn)行操作如圖1所示：

圖1 空氣處理階段流程圖

（1）送風(fēng)溫度處理：在送風(fēng)管道處設(shè)置溫度變速器，根據(jù)送風(fēng)溫度與設(shè)定值比較，連續(xù)調(diào)節(jié)送風(fēng)管道上電加熱器的功率輸出，使送風(fēng)溫度穩(wěn)定在設(shè)定值。

（2）濕度處理：回風(fēng)濕度低時，通過調(diào)節(jié)電加濕器的開度使回風(fēng)濕度穩(wěn)定在設(shè)定值；回風(fēng)濕度高時，關(guān)閉加濕器，同時在保證室內(nèi)溫度要求的情況下增加壓縮機(jī)開啟數(shù)量。

（3）連鎖控制：電加熱器與系統(tǒng)聯(lián)鎖啟停。通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)新風(fēng)閥與送風(fēng)機(jī)的連鎖控制。壓縮機(jī)、加濕器、電加熱器都與風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖。電加熱器超溫?cái)嚯姳Ｗo(hù)。

（4）壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)：壓縮機(jī)互為備份；壓縮機(jī)冷凝風(fēng)機(jī)順序啟停；配有高、低壓保護(hù)及報(bào)警裝置。

（5）操作控制：在計(jì)算機(jī)操作站上，每一臺機(jī)組都將通過彩色三維圖形顯示，輔以圖標(biāo)的顏色變化和閃爍，直觀顯示不同機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警信號，動態(tài)顯示每臺機(jī)組送、回風(fēng)溫度、濕度和電加熱器開度，通過鼠標(biāo)修改設(shè)定值或者末端設(shè)備開度、改變設(shè)備啟停狀態(tài)，以求達(dá)到最佳溫、濕度控制。

（6）每個實(shí)驗(yàn)室配置了房間式溫濕度傳感器，對20±0.5℃高精度實(shí)驗(yàn)室配置了高精密度溫度傳感器，每個實(shí)驗(yàn)室配置了一個LED數(shù)碼溫濕度顯示儀。

另外每一臺機(jī)組報(bào)警信息均有歷史記錄，可列表輸出歷史故障記錄信息。在報(bào)警發(fā)生時，將按照對象的時間特征，將報(bào)警信息顯示于報(bào)警窗口，同時蜂鳴器發(fā)出連續(xù)警報(bào)聲，直至該報(bào)警信號被確認(rèn)。空調(diào)管理人員排除故障，空調(diào)機(jī)組重新復(fù)位確定后，報(bào)警解除。同時還附有溫、濕度參數(shù)的記錄、據(jù)存儲功能。可顯示、儲存及打印有關(guān)溫、濕度的報(bào)表、動態(tài)趨勢圖等。

三、結(jié)論

如上所述，空調(diào)自動化控制系統(tǒng)能夠?yàn)閷?shí)驗(yàn)室提供高品質(zhì)高精度的檢測環(huán)境，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行節(jié)能控制。用電量可比未采用空調(diào)自動化控制系統(tǒng)時的用電量減少30%以上。空調(diào)自控系統(tǒng)將通過軟件以及硬件的完美結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對恒溫恒濕機(jī)組的最優(yōu)化控制，保證設(shè)備在最優(yōu)狀態(tài)下運(yùn)行，可大大提高設(shè)備的使用壽命，減少人力資本投入。經(jīng)多個周期運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，該套空調(diào)自控系統(tǒng)運(yùn)行可靠，參數(shù)設(shè)定簡單、遠(yuǎn)程監(jiān)控便捷。實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室溫度、濕度的高精度控制及環(huán)境穩(wěn)定性。