化纤组合式空调控制系统设计

0  引言

随着现代工业的发展，生产过程中对空气环境的要求越来越高。为了满足人体舒适和工艺流程的需要，生产中应能在某一空间内对空气的温度、湿度、洁净度和流速进行调节。在化纤厂中，把为工艺流程提供空气调节的系统称之为工艺性空调。目前，国内绝大多数纺织厂采用带喷淋表冷的空气热、湿处理方式，空气处理设备多采用大型组合式空调器，空调系统采用全年定风量的双风机空调系统。该方式由于车间内工艺设备发热量大，加之工艺流程对空调送风参数有比较严格的温、湿度精度要求，生产线中所需要的空调系统应能提供非常大的送、回风量。而这会引起风机的能耗较大f约占空调制冷能耗的25％)。因此，减少风机的能量消耗对整个化纤厂的节能工作具有重要意义。

1化纤组合式空调结构和工作原理

1.1化纤组合式空调结构

化纤组合式空调的结构如图1所示。本系统由风阀执行器、温湿度传感器、压差开关、差压变送器、三通冷水阀及执行器、蒸汽二通阀、变频器和PLC组成。

其中空调系统的基本任务是使车间内的空气保持一定的温湿度，使多余的热量和湿量排出车间，并在热量和湿量不足时及时加以补充。为完成这一任务，以使被调温湿度能按等温加湿、绝热加湿、降温加湿等曲线逼近设定温湿度值，本文给出了由空气系统、水系统和蒸汽系统组成的空调控制系统设计方案。

1.2化纤组合式空调的工作原理

新风窗主要用于引进室外新鲜空气。为节约能源，有时也利用回风窗引进一部分车间回风。新风窗和回风窗一般都设有调节风门以控制进风量及新／回风比，新／回风通常由送风机混合送人喷水室。喷水室有顺喷、逆喷和多排喷嘴。深井水、循环水通过喷嘴喷出细小的水漓，再将空气经过循环水逆喷以完成绝热加湿过程，经过深水井水顺喷可完成降温加湿过程。空气被水处理后，即可控制调节阀，并用蒸汽对空气进行等温加湿，或利用加热器对空气进行等湿加热。利用喷水室处理空气，可使空气的相对湿度比较稳定，有利于对车间空气相对湿度的调节和控制，从而满足纺织工艺对空气相对湿度的较高要求。同时，用水处理空气也可起到清洁空气的作用，有利于降低车间空气的含尘浓度。另外，利用加热器能实现冬季快速升温。

2系统硬件设计

本系统的硬件设计主要是设计控制系统和电机系统两大部分。其中控制系统硬件结构框图如图2所示。

2.1  控制方案

本设计方案采用DDC直接式数字式控制，可采集现场各点温度、湿度、压力等模拟量及其参数的实时显示，也可修改各种设定值和各种参数。同时可实现自动开、关机和自动调节相关阀及变频器，以达到控制恒温、恒湿、恒压的目的，并具有手动与自动切换功能。

此外，在自控回路即使出现故障时，系统也可以切换到手动状态继续正常调节各参数。

2.2执行装置

执行装置是完成所有动作的执行机构。可完成化纤空调所有动作，包括风机的启停、水泵的启停、风阀控制等。在化纤组合式空调的控制过程中，控制器可发出信号给提风机和水泵，当风阀接收到信号后，便可对气室进行控制。在控制过程中，化纤空调将根据控制器发出的指令自动或手动对车间温度和湿度进行控制，执行控制可根据控制器或触摸屏进行，本系统设有触摸屏人机操作界面。

2.3传感器

(1)温度传感器

本设计采用的是JCJ100F温度变送器。JCJ100F温度变送器内含高精度线性放大电路，并选用高精度的元器件，因而具有灵敏度高、稳定性好、准确度高和使用寿命长等优点。

在温度测控系统中，可用热电偶或热敏电阻器采集温度，然后由前置放大电路将检测到的微小信号转变为ADC可转换的信号，同时经过冷端温度补偿后进行A／D转换，这样即可把模拟温度信号数字化。

在把数字信号交给CPU处理后，CPU即可根据温度传感器的数据来控制回风阀、排风阀、新风阀、送风阀和进回水阀，从而完成自动调节空气温度的功能。

(2)湿度传感器

IH3605湿度传感器是一种电容式集成湿度传感器，它可把电容式湿度传感器与调理电路一起制作在陶瓷基片上。空气中的水蒸气可通过保护性聚酯层，再经过多孔铂层进入介质层，以改变介质介的电常数，从而使电容量发生变化。这样，通过电容／频率和频率／电压转换电路，可将电容量变化转换为直流电压输出。

由于IH3605的输出电压较高且线性较好，因此，无需放大和非线性校正就可直接接到A／D转换器，以完成模拟量到数字量的转换。此外，它也可直接用作电子触发开关的信号源，来启动压缩机工作。

2.4控制器

本化纤组合式空调控制系统采用西门子可编程控制器PLCS7-200作控制器，S7-200系列可编程控制器可以满足多种多样的自动化控制需要。由于本设计需要扩展模块，而CPU222只能带两个扩展接口，CPU222以上的型号可以带7个扩展模块，由于选择CPU226的输入点太多，因此，综合之后选择的CPU型号是CPU224。同时选择EM222作为扩展输出模块。现场的模拟量输入检测模块选用EM231-RTD，同时选择Pt100做温度传感器。

可编程控制器的对外功能主要是通过各类接口模块的外接线来实现对工业设备或生产过程的检测与控制。因此，通过各种输入／输出接口模块，可编程控制器即可检测到所需的过程信息，并将处理结果传送给外部过程，从而驱动各种执行机构，实现对工业生产过程的控制。由于实际生产中的信号电平多种多样，而外部执行机构所需的电平也是多种多样，但可编程控制器的CPU所处理的只能是标准电平，故应通过I／O接口实现这种信号电平的转换。为了适应各种各样的过程信号，因此，设计中应有相应的多种I／O接口模块。

2.5控制电路的设计

本系统的整个电路由三部分组成，即回风系统、环境风系统和侧吹风系统。根据当前温度和湿度的不同，上述三部分各有不同的运行方式。由于篇幅有限，下面主要介绍回风系统的电路部分。

本系统中的回风系统的控制电路如图3所示。图中，断路器QF1闭合时，变频器得电，变频器常开触点闭合，回风机得电；而当断路器QF04闭合时，照明灯亮；短路器QF01闭合时，电源指示灯亮，风机运行，同时风机运行的指示灯亮。


3系统软件设计

本系统的软件流程图如图4所示。由图可见，系统运行时，应先对程序进行初始化，接着输入设定的参数值(风压、新风、回风、环境、侧吹风、混风、温度和湿度)，然后对所在车间进行采样。采样结束后，再把采样所得值和设定的参数值进行比较，然后利用比较之后系统得到的新值，来自动执行所对应的功能，从而完成一次工作，之后，系统将按照采样开始循环运作。必要时，也可以通过手动控制与人工干预控制对其进行控制。



4结束语

本文给出了对化纤厂车间温度和湿度进行控制的设计方法，该方法有手动和自动两种控制方式。且其电气原理和控制线路接线设计，整齐美观，人机对话界面友好，功能齐全，操作简便。另外，经实际使用，本系统软件运行正常，无缺陷，它可以将车间的室内温度控制在25℃±2℃，相对湿度在50％～70％之间，因而充分满足了人体舒适和工艺流程的需要，也提高了产品的产量和质量。