毛險峰，胡鵬飛，許 偉

(華北計算機系統(tǒng)工程研究所，北京 100083)

淺談廠房環(huán)境控制三閥分程控制

毛險峰，胡鵬飛，許 偉

(華北計算機系統(tǒng)工程研究所，北京 100083)

從廠房環(huán)境智能控制實際出發(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計算結(jié)果由哪個閥來執(zhí)行的問題；文章還介紹了當實際溫度高于設(shè)定溫度時，如何控制表冷閥和加熱閥；同時表冷閥也關(guān)系到濕度的調(diào)節(jié)，介紹了當濕度低時，如何控制表冷閥和加濕閥。溫度與濕度控制各采用一套PID算法進行計算控制，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

越來越多的行業(yè)對車間的環(huán)境要求越來越高?？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)房間的空氣被回風機抽出，排出一部分后，與新風混合進入空調(diào)箱處理。根據(jù)空調(diào)房間安裝的溫濕度傳感器實際測量值與溫濕度設(shè)定值比較，經(jīng)過計算，按照需求進行降溫或者加熱、除濕或加濕處理后，由送風機送回空調(diào)房間。

空調(diào)箱降溫由表冷器完成，冷源由吸收式冷機提供冷水，用表冷閥控制冷水流量。同時，表冷器也具有除濕功能。需要除濕時，將增大表冷閥開度?？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。溫濕度控制簡單地說主要是控制表冷閥、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)還有新風閥、排風閥和混風閥三個風閥需要進行控制。

圖1 一次回風空調(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，實現(xiàn)車間恒溫恒濕、制冷站優(yōu)化控制及能源管理自動化、合理化[1]。

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

(4)自控系統(tǒng)的人機界面應(yīng)友好，易學易用，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人員。

(5)自控系統(tǒng)應(yīng)具有遙控、本控、手動功能。遙控狀態(tài)是在中央監(jiān)控微機上對設(shè)備進行遠程控制，本控是通過自控系統(tǒng)完成設(shè)備或系統(tǒng)的自動控制，手動是通過設(shè)備低壓啟動柜對設(shè)備(如風機、閥門)進行操作，以方便設(shè)備維護和調(diào)試。

2.2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

上、下位機全部接入廠區(qū)光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)。下位機到遠程終端模塊采用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量數(shù)值，還具備防錯功能。如當不具備開機條件時，應(yīng)顯示具體哪個部位哪個條件不具備，并以告警信息覆蓋啟動按鍵，使之無法進行啟動操作。例如發(fā)生火情時，防火閥機械操控機構(gòu)會因為高溫脫扣，關(guān)閉防火閥防止火情擴大。如圖3所示，當送風管路或回風管路的防火閥關(guān)閉時，在對應(yīng)故障點顯示火焰圖案，并顯示告警信息“不具備開機條件”。在故障清除前，不能再次啟動空調(diào)系統(tǒng)。

軟件既要考慮可靠性，也要考慮可測試性。軟件的可測試性包含軟件發(fā)現(xiàn)故障并隔離，定位其故障的能力特性。如一個空調(diào)房間有8個溫度傳感器，控制房間溫度的過程，是以8個傳感器的平均測量值作為實際測量值進行控制計算。如果有一個傳感器發(fā)生故障，與其他傳感器測量值偏差超過設(shè)定偏差量，系統(tǒng)將自動以其他7個傳感器的平均測量值進行控制計算，做到發(fā)現(xiàn)故障并隔離，同時顯示告警信息。軟件實現(xiàn)可測試性必然界面要做到可觀性。如圖4所示，可在人機界面調(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行故障定位與故障分析。

圖3 空調(diào)機組主畫面

圖4 空調(diào)機組參數(shù)

3 三閥控制

對于三閥控制，目前控制思路多種多樣，常見的有模糊控制、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算法進行計算控制。但是PID計算結(jié)果由哪個閥來執(zhí)行？對于溫度調(diào)節(jié)來說，表冷閥和加熱閥的動作，都會影響空調(diào)房間的溫度變化，那么當實際溫度高于設(shè)定溫度時，是開大表冷閥降溫還是關(guān)小加熱閥減熱？同時表冷閥也關(guān)系到濕度的調(diào)節(jié)，當濕度低時，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？

既然兩個閥都影響同一指標，本文把PID計算輸出數(shù)值0～100進行等分分程控制閥門。對于溫度調(diào)節(jié)的PID計算結(jié)果的0～50用來控制表冷閥，對應(yīng)表冷閥的開度為100%～0。PID計算結(jié)果的50～100用來控制加熱閥，對應(yīng)加熱閥開度為0～100%。在空調(diào)剛啟動時，溫度PID預設(shè)初始值為50，加熱閥與表冷閥的開度都是0。如果此時需要降溫，那么PID計算結(jié)果將小于50，對應(yīng)的表冷閥將按照比例關(guān)系打開，此時加熱閥是關(guān)閉的。如果調(diào)節(jié)需要加熱，隨著PID計算結(jié)果從小于50逐漸增加到大于50的過程，表冷閥會逐步關(guān)小直至關(guān)閉，加熱閥會根據(jù)計算結(jié)果按比例打開。

同理，濕度PID模塊的計算結(jié)果也分程作用于表冷閥和加濕閥，前半程0～50對應(yīng)表冷閥的100%～0開度，后半程50～100對應(yīng)加濕閥的0～100%開度。PID初始值也是50，在空調(diào)機組不運行時，三閥開度都是0。帶來的問題是溫度PID和濕度PID的結(jié)果前半程都用于控制表冷閥，到底表冷閥按照誰的結(jié)果開閥門？本文給出的解決辦法是：誰大就聽誰的。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)場實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)場環(huán)境。

[1] 魏紀君，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].南京航空航天大學學報,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].微型機與應(yīng)用，2017,36(17)：86-87，91.

2017-04-12)

毛險峰(1974-)，男，本科，工程師，主要研究方向：自動化。