化纖組合式空調控制系統設計

0? 引言

隨著現代工業的發展，生產過程中對空氣環境的要求越來越高。為了滿足人體舒適和工藝流程的需要，生產中應能在某一空間內對空氣的溫度、濕度、潔凈度和流速進行調節。在化纖廠中，把為工藝流程提供空氣調節的系統稱之為工藝性空調。目前，國內絕大多數紡織廠采用帶噴淋表冷的空氣熱、濕處理方式，空氣處理設備多采用大型組合式空調器，空調系統采用全年定風量的雙風機空調系統。該方式由于車間內工藝設備發熱量大，加之工藝流程對空調送風參數有比較嚴格的溫、濕度精度要求，生產線中所需要的空調系統應能提供非常大的送、回風量。而這會引起風機的能耗較大f約占空調制冷能耗的25％)。因此，減少風機的能量消耗對整個化纖廠的節能工作具有重要意義。

1化纖組合式空調結構和工作原理

1.1化纖組合式空調結構

化纖組合式空調的結構如圖1所示。本系統由風閥執行器、溫濕度傳感器、壓差開關、差壓變送器、三通冷水閥及執行器、蒸汽二通閥、變頻器和PLC組成。

其中空調系統的基本任務是使車間內的空氣保持一定的溫濕度，使多余的熱量和濕量排出車間，并在熱量和濕量不足時及時加以補充。為完成這一任務，以使被調溫濕度能按等溫加濕、絕熱加濕、降溫加濕等曲線逼近設定溫濕度值，本文給出了由空氣系統、水系統和蒸汽系統組成的空調控制系統設計方案。

1.2化纖組合式空調的工作原理

新風窗主要用于引進室外新鮮空氣。為節約能源，有時也利用回風窗引進一部分車間回風。新風窗和回風窗一般都設有調節風門以控制進風量及新／回風比，新／回風通常由送風機混合送人噴水室。噴水室有順噴、逆噴和多排噴嘴。深井水、循環水通過噴嘴噴出細小的水漓，再將空氣經過循環水逆噴以完成絕熱加濕過程，經過深水井水順噴可完成降溫加濕過程。空氣被水處理后，即可控制調節閥，并用蒸汽對空氣進行等溫加濕，或利用加熱器對空氣進行等濕加熱。利用噴水室處理空氣，可使空氣的相對濕度比較穩定，有利于對車間空氣相對濕度的調節和控制，從而滿足紡織工藝對空氣相對濕度的較高要求。同時，用水處理空氣也可起到清潔空氣的作用，有利于降低車間空氣的含塵濃度。另外，利用加熱器能實現冬季快速升溫。

2系統硬件設計

本系統的硬件設計主要是設計控制系統和電機系統兩大部分。其中控制系統硬件結構框圖如圖2所示。

2.1? 控制方案

本設計方案采用DDC直接式數字式控制，可采集現場各點溫度、濕度、壓力等模擬量及其參數的實時顯示，也可修改各種設定值和各種參數。同時可實現自動開、關機和自動調節相關閥及變頻器，以達到控制恒溫、恒濕、恒壓的目的，并具有手動與自動切換功能。

此外，在自控回路即使出現故障時，系統也可以切換到手動狀態繼續正常調節各參數。

2.2執行裝置

執行裝置是完成所有動作的執行機構。可完成化纖空調所有動作，包括風機的啟停、水泵的啟停、風閥控制等。在化纖組合式空調的控制過程中，控制器可發出信號給提風機和水泵，當風閥接收到信號后，便可對氣室進行控制。在控制過程中，化纖空調將根據控制器發出的指令自動或手動對車間溫度和濕度進行控制，執行控制可根據控制器或觸摸屏進行，本系統設有觸摸屏人機操作界面。

2.3傳感器

(1)溫度傳感器

本設計采用的是JCJ100F溫度變送器。JCJ100F溫度變送器內含高精度線性放大電路，并選用高精度的元器件，因而具有靈敏度高、穩定性好、準確度高和使用壽命長等優點。

在溫度測控系統中，可用熱電偶或熱敏電阻器采集溫度，然后由前置放大電路將檢測到的微小信號轉變為ADC可轉換的信號，同時經過冷端溫度補償后進行A／D轉換，這樣即可把模擬溫度信號數字化。

在把數字信號交給CPU處理后，CPU即可根據溫度傳感器的數據來控制回風閥、排風閥、新風閥、送風閥和進回水閥，從而完成自動調節空氣溫度的功能。

(2)濕度傳感器

IH3605濕度傳感器是一種電容式集成濕度傳感器，它可把電容式濕度傳感器與調理電路一起制作在陶瓷基片上。空氣中的水蒸氣可通過保護性聚酯層，再經過多孔鉑層進入介質層，以改變介質介的電常數，從而使電容量發生變化。這樣，通過電容／頻率和頻率／電壓轉換電路，可將電容量變化轉換為直流電壓輸出。

由于IH3605的輸出電壓較高且線性較好，因此，無需放大和非線性校正就可直接接到A／D轉換器，以完成模擬量到數字量的轉換。此外，它也可直接用作電子觸發開關的信號源，來啟動壓縮機工作。

2.4控制器

本化纖組合式空調控制系統采用西門子可編程控制器PLCS7-200作控制器，S7-200系列可編程控制器可以滿足多種多樣的自動化控制需要。由于本設計需要擴展模塊，而CPU222只能帶兩個擴展接口，CPU222以上的型號可以帶7個擴展模塊，由于選擇CPU226的輸入點太多，因此，綜合之后選擇的CPU型號是CPU224。同時選擇EM222作為擴展輸出模塊。現場的模擬量輸入檢測模塊選用EM231-RTD，同時選擇Pt100做溫度傳感器。

可編程控制器的對外功能主要是通過各類接口模塊的外接線來實現對工業設備或生產過程的檢測與控制。因此，通過各種輸入／輸出接口模塊，可編程控制器即可檢測到所需的過程信息，并將處理結果傳送給外部過程，從而驅動各種執行機構，實現對工業生產過程的控制。由于實際生產中的信號電平多種多樣，而外部執行機構所需的電平也是多種多樣，但可編程控制器的CPU所處理的只能是標準電平，故應通過I／O接口實現這種信號電平的轉換。為了適應各種各樣的過程信號，因此，設計中應有相應的多種I／O接口模塊。

2.5控制電路的設計

本系統的整個電路由三部分組成，即回風系統、環境風系統和側吹風系統。根據當前溫度和濕度的不同，上述三部分各有不同的運行方式。由于篇幅有限，下面主要介紹回風系統的電路部分。

本系統中的回風系統的控制電路如圖3所示。圖中，斷路器QF1閉合時，變頻器得電，變頻器常開觸點閉合，回風機得電；而當斷路器QF04閉合時，照明燈亮；短路器QF01閉合時，電源指示燈亮，風機運行，同時風機運行的指示燈亮。


3系統軟件設計

本系統的軟件流程圖如圖4所示。由圖可見，系統運行時，應先對程序進行初始化，接著輸入設定的參數值(風壓、新風、回風、環境、側吹風、混風、溫度和濕度)，然后對所在車間進行采樣。采樣結束后，再把采樣所得值和設定的參數值進行比較，然后利用比較之后系統得到的新值，來自動執行所對應的功能，從而完成一次工作，之后，系統將按照采樣開始循環運作。必要時，也可以通過手動控制與人工干預控制對其進行控制。



4結束語

本文給出了對化纖廠車間溫度和濕度進行控制的設計方法，該方法有手動和自動兩種控制方式。且其電氣原理和控制線路接線設計，整齊美觀，人機對話界面友好，功能齊全，操作簡便。另外，經實際使用，本系統軟件運行正常，無缺陷，它可以將車間的室內溫度控制在25℃±2℃，相對濕度在50％～70％之間，因而充分滿足了人體舒適和工藝流程的需要，也提高了產品的產量和質量。