廠房溫濕度自動控制設計方案

摘要：現代社會的各個行業都需要對溫濕度進行控制，一般是依靠人工對相關設備進行操作，實現對溫濕度的控制，但是這種方式難以獲得高品質和高精度的控制，無法滿足現代化工業廠房對溫濕度控制的要求。隨著自動控制技術的發展，溫濕度控制系統的結構演變得更加復雜。因此，人工控制溫濕度的方式已經逐步被淘汰，在溫濕度控制的設計中增加可編程控制器，實現對廠房溫濕度的準確控制。

關鍵詞：?溫濕度控制;空調控制系統;人工控制;可編程控制器

中圖分類號：O552.2 ?????????????????????????文獻標志碼：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

溫濕度是廠房內設備穩定運行的技術條件之一，廠房溫度控制區間為23～25℃，相對濕度≤50%，目前溫濕度主要通過空調系統進行控制。根據廠房內實時采集的溫濕度和露點值，通過人工操作設置冷水機組制冷溫度、風機頻率及風閥開度，從而確保廠房內溫度和濕度保持在工藝要求范圍內。

根據廠房現有設施條件及設備對試驗環境的相關規定，擬建立一套用于溫濕度空調自控系統，該系統通過采集廠房內溫、濕度信號，對水泵、閥門、冷水機組、變頻器、風閥等設備和執行機構進行運行狀態的監測及自動控制，實現降低能耗、節省人力成本、提升試驗系統自動化水平的目標，為實現廠房輔助系統集中監控奠定基礎。

溫濕度是日常生活、生產及工業控制中常見的受控參數之一。在工業領域中，現場應用最多的控制方法為PID調節和位式調節。然而兩者均有不同的問題出現，如調節精度不高、誤差過大等缺點，影響控制效果。因此，傳統的溫度控制方法已無法滿足現代工廠的要求，為此引入PLC控制器，在其內部執行各種操作指令，通過數字或模擬信號的輸入、輸出，實現溫濕度自動控制。

本文以設計工廠溫濕度自動控制系統為目的。通過實時采集現場溫濕度值，判斷要求值與當前值的區別，隨時調整冷水機組和風機變頻器頻率，使廠房溫度和濕度控制在需要的范圍內。

1?空調系統組成和原理

1.1?廠房現狀

廠房長35m，寬14.6m，高9m，共安裝8組龍門架，分布8個溫濕度度計，分布在大廳內2、4、6、8區段一層中間和1、3、5、7區段二層中間。通風口設置為西側進風口，東側回風口。

目前，廠房內主要通過人工記錄數據和控制溫濕度，但是這類方式會帶來較大的誤差：第一，人為誤差;第二，相關設備的監測誤差。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間。

1.2?空調系統的組成

空調系統由冷水機組、冷卻水循環系統、空調水循環系統、空氣循環系統等組成。圖1簡要描述了各循環系統之間的關聯。空調水箱水經過冷水機組按預設溫度冷卻后為板換提供熱交換冷水，熱交換后水回到空調水箱，這些功能的實現主要依靠輔助系統中冷水機組、風機柜、水泵和變頻器，冷水機組為風機提供冷卻水，水泵為系統管路水循環提供動力，通過配電柜上的按鈕手動控制水泵的啟停，風機柜通過變頻器的控制實現對風力頻率的調節。

1.3?溫濕度調節原理

水箱中的水溫維持在一定范圍（如設定回水溫度15℃）。隨著水-空氣熱交換的進行，水箱中的水溫升高，壓縮機運行制冷，水溫開始下降;當水溫低于設定值時，壓縮機降低能級、停止工作。冷水機組控制系統根據水溫的當前值與設定值的差值，自主控制壓縮機的啟動、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定范圍內，需要根據采集的試驗廠房溫濕度，對水閥、風閥及風機變頻器等執行機構進行控制。先大風量降溫，后小風量除濕，調節的基本規律如表1所示。

1.4?溫濕度自控系統構架

本工程設置增設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備。通風系統改造項目采用PLC系統，采用冗余控制網配置通訊。控制系統采用的星形網絡結構讓風險更為分散，分布式結構決定了I/O站和操作節點自身的故障，不會影響其他設備的正常運行。在網絡設備故障時，系統將會把網絡設備故障情況立即告知值班人員。在過程控制層上傳輸的全部是實時數據，系統配置冗余的網絡設備連接所有的I/O站和工程師站/操作站。在過程信息層上傳輸的是歷史數據和少量實時數據，通過冗余的網絡設備連接的工程師站/操作站。如圖3所示，溫濕度自控系統由一臺上位機、一個交換機、一個串口服務器、兩套PLC組成。

1.5 控制流程

廠房內溫濕度計、露點儀輸出的信號，經由PLC采集并上傳給工控機，在控制系統軟件內與給定值計算比較后經由通訊裝置反饋到各個電動執行器，從而實現對廠房環境溫濕度的控制調節，控制流程如圖4所示。

2 應用情況

（1）以PLC為核心控制單元，通過通信模塊、I/O擴展模塊設計開發溫濕度自控硬件。上位機采用SCADA數據采集監控系統對系統傳感器、設備及執行機構進行監測和數據記錄，實現了工廠廠房的溫濕度自動控制。

（2）改造后實現廠房內溫濕度的數字化、網絡化、智能化采集監測，改造后將全面解決就地手動操作、系統狀態無法遠程監測等問題，設備在自動狀態下可根據環境溫度等參數實現自動控制及調節，提高運行時效性。同時設備的狀態及環境參數可集中反饋至PLC自帶的操作面板，幫助值班人員更加及時、全面地了解系統當前的狀態，保證各設備的穩定運行，提升值班人員的工作效率，同時提高運行的自動化控制水平及管理水平。

3?結語

本文對廠房溫濕度控制進行研究，增加了PLC控制器為核心的控制方案，對其可行性進行了研究，得到以下結論：（1）現場測試表明通過上位機、交換機、串口服務器、和PLC可以實現對現場傳感器、設備、和執行機構的控制和數據監控;（2）該控制方案實際應用于廠房的溫濕度控制，運行結果表明本文所設計的方案可靠有效，具有良好的控制精度和穩定性;（3）自動控制技術具有廣闊的應用前景，可推廣至其他領域，用來提高工廠的自動化水平。

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作者簡介：李登偉（1989—），男，本科，工程師，研究方向為電氣工程及其自動化。