廠房溫濕度自動(dòng)控制設(shè)計(jì)方案

摘要：現(xiàn)代社會(huì)的各個(gè)行業(yè)都需要對(duì)溫濕度進(jìn)行控制，一般是依靠人工對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度的控制，但是這種方式難以獲得高品質(zhì)和高精度的控制，無法滿足現(xiàn)代化工業(yè)廠房對(duì)溫濕度控制的要求。隨著自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，溫濕度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)演變得更加復(fù)雜。因此，人工控制溫濕度的方式已經(jīng)逐步被淘汰，在溫濕度控制的設(shè)計(jì)中增加可編程控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)廠房溫濕度的準(zhǔn)確控制。

關(guān)鍵詞：?溫濕度控制;空調(diào)控制系統(tǒng);人工控制;可編程控制器

中圖分類號(hào)：O552.2 ?????????????????????????文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Design scheme of temperature and humidity automatic control system in plant

LI Dengwei

（Research Institute of Physical and Chemical Engineering of Nuclear Industry， Tianjin， 300180 ?China）

Abstract：?All industries in modern society need to control temperature and humidity. Generally， they rely on manual operation of relevant equipment to realize the control of temperature and humidity. However， this method is difficult to obtain high-quality and high-precision control， and can not meet the requirements of modern industrial plants for temperature and humidity control. With the development of automatic control technology， the structure of temperature and humidity control system is more complex. Therefore， the way of manually controlling temperature and humidity has been phased out. Programmable controller is added in the design of temperature and humidity control to realize the accurate control of plant temperature and humidity.

Key Words：?Control of temperature and humidity;?Air conditioning control system;?Manual control;?PLC

溫濕度是廠房?jī)?nèi)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)條件之一，廠房溫度控制區(qū)間為23～25℃，相對(duì)濕度≤50%，目前溫濕度主要通過空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行控制。根據(jù)廠房?jī)?nèi)實(shí)時(shí)采集的溫濕度和露點(diǎn)值，通過人工操作設(shè)置冷水機(jī)組制冷溫度、風(fēng)機(jī)頻率及風(fēng)閥開度，從而確保廠房?jī)?nèi)溫度和濕度保持在工藝要求范圍內(nèi)。

根據(jù)廠房現(xiàn)有設(shè)施條件及設(shè)備對(duì)試驗(yàn)環(huán)境的相關(guān)規(guī)定，擬建立一套用于溫濕度空調(diào)自控系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過采集廠房?jī)?nèi)溫、濕度信號(hào)，對(duì)水泵、閥門、冷水機(jī)組、變頻器、風(fēng)閥等設(shè)備和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)及自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)降低能耗、節(jié)省人力成本、提升試驗(yàn)系統(tǒng)自動(dòng)化水平的目標(biāo)，為實(shí)現(xiàn)廠房輔助系統(tǒng)集中監(jiān)控奠定基礎(chǔ)。

溫濕度是日常生活、生產(chǎn)及工業(yè)控制中常見的受控參數(shù)之一。在工業(yè)領(lǐng)域中，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用最多的控制方法為PID調(diào)節(jié)和位式調(diào)節(jié)。然而兩者均有不同的問題出現(xiàn)，如調(diào)節(jié)精度不高、誤差過大等缺點(diǎn)，影響控制效果。因此，傳統(tǒng)的溫度控制方法已無法滿足現(xiàn)代工廠的要求，為此引入PLC控制器，在其內(nèi)部執(zhí)行各種操作指令，通過數(shù)字或模擬信號(hào)的輸入、輸出，實(shí)現(xiàn)溫濕度自動(dòng)控制。

本文以設(shè)計(jì)工廠溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)為目的。通過實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)溫濕度值，判斷要求值與當(dāng)前值的區(qū)別，隨時(shí)調(diào)整冷水機(jī)組和風(fēng)機(jī)變頻器頻率，使廠房溫度和濕度控制在需要的范圍內(nèi)。

1?空調(diào)系統(tǒng)組成和原理

1.1?廠房現(xiàn)狀

廠房長(zhǎng)35m，寬14.6m，高9m，共安裝8組龍門架，分布8個(gè)溫濕度度計(jì)，分布在大廳內(nèi)2、4、6、8區(qū)段一層中間和1、3、5、7區(qū)段二層中間。通風(fēng)口設(shè)置為西側(cè)進(jìn)風(fēng)口，東側(cè)回風(fēng)口。

目前，廠房?jī)?nèi)主要通過人工記錄數(shù)據(jù)和控制溫濕度，但是這類方式會(huì)帶來較大的誤差：第一，人為誤差;第二，相關(guān)設(shè)備的監(jiān)測(cè)誤差。此外，此類方式效果較差，難以迅速、便捷地控制溫濕度，也難以抓住最為合適的控制時(shí)間。

1.2?空調(diào)系統(tǒng)的組成

空調(diào)系統(tǒng)由冷水機(jī)組、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、空調(diào)水循環(huán)系統(tǒng)、空氣循環(huán)系統(tǒng)等組成。圖1簡(jiǎn)要描述了各循環(huán)系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)。空調(diào)水箱水經(jīng)過冷水機(jī)組按預(yù)設(shè)溫度冷卻后為板換提供熱交換冷水，熱交換后水回到空調(diào)水箱，這些功能的實(shí)現(xiàn)主要依靠輔助系統(tǒng)中冷水機(jī)組、風(fēng)機(jī)柜、水泵和變頻器，冷水機(jī)組為風(fēng)機(jī)提供冷卻水，水泵為系統(tǒng)管路水循環(huán)提供動(dòng)力，通過配電柜上的按鈕手動(dòng)控制水泵的啟停，風(fēng)機(jī)柜通過變頻器的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力頻率的調(diào)節(jié)。

1.3?溫濕度調(diào)節(jié)原理

水箱中的水溫維持在一定范圍（如設(shè)定回水溫度15℃）。隨著水-空氣熱交換的進(jìn)行，水箱中的水溫升高，壓縮機(jī)運(yùn)行制冷，水溫開始下降;當(dāng)水溫低于設(shè)定值時(shí)，壓縮機(jī)降低能級(jí)、停止工作。冷水機(jī)組控制系統(tǒng)根據(jù)水溫的當(dāng)前值與設(shè)定值的差值，自主控制壓縮機(jī)的啟動(dòng)、停止及加卸載。

空氣制冷除濕的過程如圖2所示。要使溫濕度控制在規(guī)定范圍內(nèi)，需要根據(jù)采集的試驗(yàn)廠房溫濕度，對(duì)水閥、風(fēng)閥及風(fēng)機(jī)變頻器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。先大風(fēng)量降溫，后小風(fēng)量除濕，調(diào)節(jié)的基本規(guī)律如表1所示。

1.4?溫濕度自控系統(tǒng)構(gòu)架

本工程設(shè)置增設(shè)1套PLC控制站（控制站配有操作面板）、一套工程師站及其他它硬件設(shè)備。通風(fēng)系統(tǒng)改造項(xiàng)目采用PLC系統(tǒng)，采用冗余控制網(wǎng)配置通訊。控制系統(tǒng)采用的星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)讓風(fēng)險(xiǎn)更為分散，分布式結(jié)構(gòu)決定了I/O站和操作節(jié)點(diǎn)自身的故障，不會(huì)影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)把網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障情況立即告知值班人員。在過程控制層上傳輸?shù)娜渴菍?shí)時(shí)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)配置冗余的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接所有的I/O站和工程師站/操作站。在過程信息層上傳輸?shù)氖菤v史數(shù)據(jù)和少量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過冗余的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接的工程師站/操作站。如圖3所示，溫濕度自控系統(tǒng)由一臺(tái)上位機(jī)、一個(gè)交換機(jī)、一個(gè)串口服務(wù)器、兩套PLC組成。

1.5 控制流程

廠房?jī)?nèi)溫濕度計(jì)、露點(diǎn)儀輸出的信號(hào)，經(jīng)由PLC采集并上傳給工控機(jī)，在控制系統(tǒng)軟件內(nèi)與給定值計(jì)算比較后經(jīng)由通訊裝置反饋到各個(gè)電動(dòng)執(zhí)行器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)廠房環(huán)境溫濕度的控制調(diào)節(jié)，控制流程如圖4所示。

2 應(yīng)用情況

（1）以PLC為核心控制單元，通過通信模塊、I/O擴(kuò)展模塊設(shè)計(jì)開發(fā)溫濕度自控硬件。上位機(jī)采用SCADA數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)傳感器、設(shè)備及執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)記錄，實(shí)現(xiàn)了工廠廠房的溫濕度自動(dòng)控制。

（2）改造后實(shí)現(xiàn)廠房?jī)?nèi)溫濕度的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化采集監(jiān)測(cè)，改造后將全面解決就地手動(dòng)操作、系統(tǒng)狀態(tài)無法遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)等問題，設(shè)備在自動(dòng)狀態(tài)下可根據(jù)環(huán)境溫度等參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制及調(diào)節(jié)，提高運(yùn)行時(shí)效性。同時(shí)設(shè)備的狀態(tài)及環(huán)境參數(shù)可集中反饋至PLC自帶的操作面板，幫助值班人員更加及時(shí)、全面地了解系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)，保證各設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，提升值班人員的工作效率，同時(shí)提高運(yùn)行的自動(dòng)化控制水平及管理水平。

3?結(jié)語

本文對(duì)廠房溫濕度控制進(jìn)行研究，增加了PLC控制器為核心的控制方案，對(duì)其可行性進(jìn)行了研究，得到以下結(jié)論：（1）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明通過上位機(jī)、交換機(jī)、串口服務(wù)器、和PLC可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)傳感器、設(shè)備、和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制和數(shù)據(jù)監(jiān)控;（2）該控制方案實(shí)際應(yīng)用于廠房的溫濕度控制，運(yùn)行結(jié)果表明本文所設(shè)計(jì)的方案可靠有效，具有良好的控制精度和穩(wěn)定性;（3）自動(dòng)控制技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，可推廣至其他領(lǐng)域，用來提高工廠的自動(dòng)化水平。

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作者簡(jiǎn)介：李登偉（1989—），男，本科，工程師，研究方向?yàn)殡姎夤こ碳捌渥詣?dòng)化。