毛險(xiǎn)峰，胡鵬飛，許 偉

(華北計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程研究所，北京 100083)

淺談廠房環(huán)境控制三閥分程控制

毛險(xiǎn)峰，胡鵬飛，許 偉

(華北計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程研究所，北京 100083)

從廠房環(huán)境智能控制實(shí)際出發(fā)，介紹了空調(diào)系統(tǒng)的工作原理及空調(diào)控制系統(tǒng)的要求。對(duì)表冷閥、加熱閥、加濕閥采用PID(Proportion Integration Differentiation)分程控制的方法，解決了PID計(jì)算結(jié)果由哪個(gè)閥來(lái)執(zhí)行的問(wèn)題；文章還介紹了當(dāng)實(shí)際溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，如何控制表冷閥和加熱閥；同時(shí)表冷閥也關(guān)系到濕度的調(diào)節(jié)，介紹了當(dāng)濕度低時(shí)，如何控制表冷閥和加濕閥。溫度與濕度控制各采用一套PID算法進(jìn)行計(jì)算控制，為廠房環(huán)境溫濕度控制提供了參考和思路。

PID；分程控制；表冷閥；加熱閥；加濕閥

0 引言

越來(lái)越多的行業(yè)對(duì)車間的環(huán)境要求越來(lái)越高?？刂栖囬g環(huán)境的溫、濕度，不僅僅是為了保證工作人員工作環(huán)境舒適，更重要的是滿足生產(chǎn)工藝要求，提高產(chǎn)品質(zhì)量。一套智能環(huán)境控制系統(tǒng)可以以最低能耗滿足環(huán)境要求，大大降低企業(yè)的能源成本與管理成本。

1 空調(diào)系統(tǒng)

現(xiàn)在的空調(diào)系統(tǒng)主要使用一次回風(fēng)型全空氣系統(tǒng)，一起處理完空氣后，再送到各車間。如圖1所示，空調(diào)房間的空氣被回風(fēng)機(jī)抽出，排出一部分后，與新風(fēng)混合進(jìn)入空調(diào)箱處理。根據(jù)空調(diào)房間安裝的溫濕度傳感器實(shí)際測(cè)量值與溫濕度設(shè)定值比較，經(jīng)過(guò)計(jì)算，按照需求進(jìn)行降溫或者加熱、除濕或加濕處理后，由送風(fēng)機(jī)送回空調(diào)房間。

空調(diào)箱降溫由表冷器完成，冷源由吸收式冷機(jī)提供冷水，用表冷閥控制冷水流量。同時(shí)，表冷器也具有除濕功能。需要除濕時(shí)，將增大表冷閥開(kāi)度?？照{(diào)箱加熱功能由加熱器完成，熱源由蒸汽鍋爐提供蒸汽。用加熱閥控制進(jìn)入加熱器的蒸汽量。蒸汽不僅為加熱器提供熱源，也供加濕器為空氣加濕。用加濕閥控制加濕的蒸汽量。溫濕度控制簡(jiǎn)單地說(shuō)主要是控制表冷閥、加熱閥和加濕閥這三閥?？照{(diào)控制系統(tǒng)除了保證空調(diào)房間的空氣溫濕度指標(biāo)符合要求外，還要將空調(diào)能耗降至最低。從節(jié)能的角度考慮，空調(diào)控制系統(tǒng)還有新風(fēng)閥、排風(fēng)閥和混風(fēng)閥三個(gè)風(fēng)閥需要進(jìn)行控制。

圖1 一次回風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)示意圖

2 控制系統(tǒng)

2.1自控系統(tǒng)總體要求

(1) 采用分散控制、集中管理、綜合監(jiān)控的模式，實(shí)現(xiàn)車間恒溫恒濕、制冷站優(yōu)化控制及能源管理自動(dòng)化、合理化[1]。

(2)自控系統(tǒng)無(wú)論在硬件選擇還是軟件編程上，保證系統(tǒng)的可靠性[1]。

(3)自控系統(tǒng)應(yīng)具備可擴(kuò)展性和開(kāi)放性，保證系統(tǒng)投資的長(zhǎng)期效應(yīng)以及系統(tǒng)功能不斷擴(kuò)展的需要，并提供開(kāi)放式數(shù)據(jù)通訊，資源共享[1]。

(4)自控系統(tǒng)的人機(jī)界面應(yīng)友好，易學(xué)易用，具有良好的中文信息處理能力，能適應(yīng)不同水平的操作維護(hù)人員。

(5)自控系統(tǒng)應(yīng)具有遙控、本控、手動(dòng)功能。遙控狀態(tài)是在中央監(jiān)控微機(jī)上對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，本控是通過(guò)自控系統(tǒng)完成設(shè)備或系統(tǒng)的自動(dòng)控制，手動(dòng)是通過(guò)設(shè)備低壓?jiǎn)?dòng)柜對(duì)設(shè)備(如風(fēng)機(jī)、閥門(mén))進(jìn)行操作，以方便設(shè)備維護(hù)和調(diào)試。

2.2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

上、下位機(jī)全部接入廠區(qū)光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)。下位機(jī)到遠(yuǎn)程終端模塊采用DP總線。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.3控制界面

組態(tài)控制界面除了顯示所需測(cè)量數(shù)值，還具備防錯(cuò)功能。如當(dāng)不具備開(kāi)機(jī)條件時(shí)，應(yīng)顯示具體哪個(gè)部位哪個(gè)條件不具備，并以告警信息覆蓋啟動(dòng)按鍵，使之無(wú)法進(jìn)行啟動(dòng)操作。例如發(fā)生火情時(shí)，防火閥機(jī)械操控機(jī)構(gòu)會(huì)因?yàn)楦邷孛摽?，關(guān)閉防火閥防止火情擴(kuò)大。如圖3所示，當(dāng)送風(fēng)管路或回風(fēng)管路的防火閥關(guān)閉時(shí)，在對(duì)應(yīng)故障點(diǎn)顯示火焰圖案，并顯示告警信息“不具備開(kāi)機(jī)條件”。在故障清除前，不能再次啟動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)。

軟件既要考慮可靠性，也要考慮可測(cè)試性。軟件的可測(cè)試性包含軟件發(fā)現(xiàn)故障并隔離，定位其故障的能力特性。如一個(gè)空調(diào)房間有8個(gè)溫度傳感器，控制房間溫度的過(guò)程，是以8個(gè)傳感器的平均測(cè)量值作為實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行控制計(jì)算。如果有一個(gè)傳感器發(fā)生故障，與其他傳感器測(cè)量值偏差超過(guò)設(shè)定偏差量，系統(tǒng)將自動(dòng)以其他7個(gè)傳感器的平均測(cè)量值進(jìn)行控制計(jì)算，做到發(fā)現(xiàn)故障并隔離，同時(shí)顯示告警信息。軟件實(shí)現(xiàn)可測(cè)試性必然界面要做到可觀性。如圖4所示，可在人機(jī)界面調(diào)看必要的輸入、輸出與中間變量參數(shù)數(shù)值，這有利于使用人員與維修人員進(jìn)行故障定位與故障分析。

圖3 空調(diào)機(jī)組主畫(huà)面

圖4 空調(diào)機(jī)組參數(shù)

3 三閥控制

對(duì)于三閥控制，目前控制思路多種多樣，常見(jiàn)的有模糊控制、自適應(yīng)控制、PID控制，以及多種方法組合控制[2]。本文討論采用PID分程控制法。

PID分程控制法溫度與濕度控制各采用一套PID算法進(jìn)行計(jì)算控制。但是PID計(jì)算結(jié)果由哪個(gè)閥來(lái)執(zhí)行？對(duì)于溫度調(diào)節(jié)來(lái)說(shuō)，表冷閥和加熱閥的動(dòng)作，都會(huì)影響空調(diào)房間的溫度變化，那么當(dāng)實(shí)際溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，是開(kāi)大表冷閥降溫還是關(guān)小加熱閥減熱？同時(shí)表冷閥也關(guān)系到濕度的調(diào)節(jié)，當(dāng)濕度低時(shí)，是減小表冷閥降低除濕功效，還是加大加濕閥增加加濕量呢？

既然兩個(gè)閥都影響同一指標(biāo)，本文把PID計(jì)算輸出數(shù)值0～100進(jìn)行等分分程控制閥門(mén)。對(duì)于溫度調(diào)節(jié)的PID計(jì)算結(jié)果的0～50用來(lái)控制表冷閥，對(duì)應(yīng)表冷閥的開(kāi)度為100%～0。PID計(jì)算結(jié)果的50～100用來(lái)控制加熱閥，對(duì)應(yīng)加熱閥開(kāi)度為0～100%。在空調(diào)剛啟動(dòng)時(shí)，溫度PID預(yù)設(shè)初始值為50，加熱閥與表冷閥的開(kāi)度都是0。如果此時(shí)需要降溫，那么PID計(jì)算結(jié)果將小于50，對(duì)應(yīng)的表冷閥將按照比例關(guān)系打開(kāi)，此時(shí)加熱閥是關(guān)閉的。如果調(diào)節(jié)需要加熱，隨著PID計(jì)算結(jié)果從小于50逐漸增加到大于50的過(guò)程，表冷閥會(huì)逐步關(guān)小直至關(guān)閉，加熱閥會(huì)根據(jù)計(jì)算結(jié)果按比例打開(kāi)。

同理，濕度PID模塊的計(jì)算結(jié)果也分程作用于表冷閥和加濕閥，前半程0～50對(duì)應(yīng)表冷閥的100%～0開(kāi)度，后半程50～100對(duì)應(yīng)加濕閥的0～100%開(kāi)度。PID初始值也是50，在空調(diào)機(jī)組不運(yùn)行時(shí)，三閥開(kāi)度都是0。帶來(lái)的問(wèn)題是溫度PID和濕度PID的結(jié)果前半程都用于控制表冷閥，到底表冷閥按照誰(shuí)的結(jié)果開(kāi)閥門(mén)？本文給出的解決辦法是：誰(shuí)大就聽(tīng)誰(shuí)的。只需加一條比較指令，將大的數(shù)值輸出給表冷閥。

4 結(jié)論

由于每個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的配置不同，使用環(huán)境不同，耦合效果也不同，所以要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇控制模式。PID分程三閥控制，在外界干擾因素不是突發(fā)變化很大的情況下，在溫濕度合格的區(qū)間可以比較穩(wěn)定地控制現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

[1] 魏紀(jì)君，崔哲，湯繼保.溫濕度控制系統(tǒng)研究[J].制冷，2010,29(3): 4-8.

[2] 焦連渤，沈東凱.模糊PID控制在溫濕度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào),1998,30(4): 437-442.

Discussion on the three valves split control in plant environment control

Mao Xianfeng, Hu Pengfei, Xu Wei

(National Computer System Engineering Research Institute of China, Beijing 100083, China)

This paper is based on the intelligent control of plant environment, introduces the working principle of air conditioning system and the requirements of air conditioning control system. Using the method of Proportion Integration Differentiation(PID) split control to control cooling coil valve, heater valve and heating valve, and to solve the problem of which valve to carry out the PID calculation results. When the actual temperature is higher than the set temperature, how to control the cooling coil valve and heater valve. At the same time, the cooling coil valve is also related to humidity regulation, when the humidity is low, how to control the cooling coil valve and heating valve. The above problems are also discussed in this paper. Temperature and humidity control are respectively using a set of PID algorithm for calculation and control, which provides a reference and ideas for the factory environment temperature and humidity control.

PID; split control; cooling coil valve; heater valve; heating valve

TP273

：A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2017.17.025

毛險(xiǎn)峰，胡鵬飛，許偉.淺談廠房環(huán)境控制三閥分程控制[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2017,36(17)：86-87，91.

2017-04-12)

毛險(xiǎn)峰(1974-)，男，本科，工程師，主要研究方向：自動(dòng)化。