组合式空调恒温恒湿的自动控制———组合式空调恒温恒湿的自动控

我国为了更加快速与国际形势市场接轨，在原加入WTO的基础上，历经金融风暴后，大多数医疗手术室、电子、烟草、化工、制药、食品、民用建筑、商场、工业厂房及印刷等洁净空间，都感觉到无形的压力。这样强迫他们不断地更新设备、更新工业、更新观念，不断提高产品档次，提高产品质量。特别是国内的喷涂生产线，他们从国外引入先进的机器人喷涂生产线替代即将淘汰残旧的设备。这种机器人喷涂生产线对环境要求很高，温湿度不稳均会影响产品的外观及喷涂率，甚至导致涂料成本增加、喷涂不匀等质量问题。面对这烦恼的问题，恰好遇到了组合式空调，它完全可以满足工艺要求。按国家相关标准要求，室内温度要求±1℃，相对湿度要求±5%。如何符合特殊的生产线温湿度的使用要求，成为了空调系统及其控制系统设计的难题。组合式空调的自控系统较好地解决了这难题，它典型结构如图1所示。
  
  
  
  
  图1 组合式空调结构示意图
  
       根据喷涂生产线对空气的质量精度要求不同、南北方气候差异，选配较合理功能段的组合式空调对空气进行混合、加热、冷却、加湿、除湿、过滤等处理也相当重要，满足车间温湿度时积极提倡节能回收。除湿是恒温恒湿系统空气处理过程中必不可少的环节，在空调系统中常采用冷冻除湿技术。因为制冷系统既要控制温度又要控制湿度，而被控制室内的温湿度也是密切关联，所以较难符合被控制生产线所要求达到理想的温湿度精度。
        空气成分的温湿度是密切关联，如：温度精度≤±1℃与湿度精度≤±1%相比，湿度较难控制。因此±1%湿度所对应的温度精度≤±1℃。假设在12℃结露点上空气的含水率保持恒定，但空气温度在1.0℃之间变化，那么相对湿度就在47%和53%之间波动，0.2℃的空气温度变化将引起大于0.5%的相对湿度的变化。这一点可查空气H-D图（焓湿图）可以得到证明。组合式空调系统中表冷器有降温和除湿双重功能，致它接受两个控制量的控制，至于它在某一时刻接收那个信号控制，需要看哪个参数先满足要求而定。对于室内有散湿负荷，特别是湿负荷变化大的对象（生产线），无疑是十分合适的，因为它不是控制固定露点温度来确保室内相对湿度。虽然有人称它为无露点控制方式，但是这并不意味着经表冷器处理后的空气不必再处理到相应的露点温度。要除湿从原理上说，必须把空气处理到相应的露点.这样的控制方式把它称为不定露点温度控制。这样经此处理的冷气进入房间后，除非室内有大量显热负荷，在大多数情况下，都会导致室内过冷，相对湿度显得过高。实际运行过程中控制器选择的控制信号多半是来自湿度控制器的信号，于是避免冷热抵消，该系统将在消耗最低能量下运行。
        组合式空调是针对室外空气的经过过滤处理后用风机以一定的风量送往室内，来调节室内的空气。F6、F9袋式及G4板式的过滤器作用是除去空气中的细菌来提高空气洁净度；调节冰水比例阀控制表冷器冰水流量对空气进行制冷和除湿；调节加湿比例阀控制干蒸汽加湿器过热蒸汽流量对空气进行加湿处理；调节加热比例阀控制加热盘管过热蒸汽流量进行加热处理。
        自控系统采用西门子CPU226CN为控制核心的PLC，由温湿变送器采集0-10V的温湿度信号送到A/D模块EM235，通过PLC的PID运算，输出D/A模块EM232由信号0-10V调节控制比例阀的运行控制温湿度；风量变送器采集0-10V的风量信号经过变换和计算，输出控制变频器的运行控制风量。所有控制状态和有关数据可以在触摸屏（HMI）监控显示。控制系统构成如图2所示，I/O接线示意图如图3所示，触摸屏（HMI）监控图如图4所示。
   
  
   
  
  图3  触摸屏（HMI）监控图
   温湿度变送器分别采集生产线温、湿度实际值后，经A/D变换把信号送到CPU与设定值比较。根据计算结果，控制器输出相应信号自动控制比例调节阀，来调节冷量、蒸汽量，确保房间温、湿度达到设定范围。当湿度≥设定值时，无论温度是处于何种状态下，这时冷水阀打开，进行制冷除湿；当温度≤设定值时，蒸汽加热比例阀调节打开，达到恒温恒湿的效果。简单地说：控制了湿度精度就等于控制了温度精度，因此做PLC自控程式的设置以及该系统调试中，始终贯穿湿度控制优先的原则。为保证表冷器的除湿能力，因此设定冷水阀的最小开度要特别注意。
  自控程序调试的实质是对各控制环节的PID参数进行设置，其中考虑到温、湿度参数的关联性及冷水阀开度对被控参数的影响，对不同的温湿度情况深入分析，进行选择性控制。随后确定PID的各个设定值，新版本的西门子S7-200CPU还支持PID自整定功能，在STEP 7-Micro/WIN V4.0中也添加了PID调节控制面板，用户可以使用用户程序或PID调节控制面板来启动自整定功能。它可以实现多个PID回路同时进行自整定，PID调节控制面板还可以用手动来调试（注：旧版本的不支持PID自整定）CPU的PID控制回路。PID自整定会根据响应类型而计算出最优化的比例P、积分I、微分D值，并可应用到控制系统中。使得控制系统更易调试，温湿度控制精度更精确、稳定。当湿度过程量≥设定湿度时，除湿PID调节输出，此时只要制冷和加热输出值≤除湿输出值，除湿输出值同时控制冷水比例阀和热水比例阀，这样可以快速除去空气中湿度，在这过程将影响温度回升，只要温度一偏高，制冷PID将控制冷水阀输出。该系统波动几次后即可进入稳定状态，其PID控制梯形图如图5所示。
  
   
  图5 PID控制梯形图
  
  结束语
   
  在组合式空调自控系统中采用除湿优先控制方法，利用最小能量能达到恒温恒湿控制精度。此系统自控控制方法在富士康科技园、江淮汽车、奇瑞汽车、华硕电脑、上海华硕、德国霍富、上海采埃孚等五百强企业中的喷涂生产线上广泛应用都得到了高度评价。
   
  参考文献：
  [1]STMATIC S7-200可编程控制器系统手册2005.08
  [2]薛殿华主编.空气调节.清华大学出版社.2003.5