王玉博

（中國昆侖工程有限公司遼寧分公司，遼寧 遼陽 111003）

在化纖工業(yè)的快速發(fā)展?fàn)顟B(tài)下，絲束冷卻作為一種核心生產(chǎn)技術(shù)被人們廣泛應(yīng)用在側(cè)吹風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。高速的長絲滌綸紡制過程中，需要空調(diào)側(cè)吹風(fēng)系統(tǒng)提供一定數(shù)量的絲位和相對溫濕度，用來保證卷繞絲生產(chǎn)的預(yù)備取向度和高質(zhì)量染色度等指標(biāo)。從20世紀(jì)70年代末期引進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)后，我國對滌綸長絲項(xiàng)目的研究和開發(fā)形成了三個(gè)不同發(fā)展階段，從最早的全套引進(jìn)到中期的仿制工藝，現(xiàn)階段在不斷優(yōu)化創(chuàng)新下冷卻絲束技術(shù)已經(jīng)逐漸走向成熟。在滌綸長絲生產(chǎn)過程中，長絲側(cè)吹風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以為操作環(huán)境和生產(chǎn)設(shè)備提供一定的溫度和濕度，在相對風(fēng)量的輸送下，為設(shè)備生產(chǎn)長絲條起到冷卻成型的作用，完成系統(tǒng)風(fēng)壓的平衡。一臺工藝完備的側(cè)吹風(fēng)空調(diào)含有兩個(gè)送風(fēng)路徑，可以平衡兩條生產(chǎn)線之間的設(shè)備操作。該送風(fēng)系統(tǒng)在對回流風(fēng)或者新進(jìn)風(fēng)加熱和冷卻后，通過送風(fēng)機(jī)將適宜的溫度和濕度以及風(fēng)量，重新保持相對平穩(wěn)風(fēng)壓,在相對緊張的空間環(huán)境下產(chǎn)生風(fēng)壓形成側(cè)吹風(fēng)風(fēng)幕，可以有效減少外界環(huán)境對長絲條形狀的影響。因此，在制作工藝上要考慮風(fēng)道中風(fēng)速控制和風(fēng)壓穩(wěn)定，避免因風(fēng)道面積過大產(chǎn)生的空間位置預(yù)留大等問題，在布置回風(fēng)道與回風(fēng)形式上，主要考慮風(fēng)道之間的相互關(guān)系，著重檢查風(fēng)道與溶體管路、熱媒管路的位置設(shè)定，最終保證產(chǎn)品質(zhì)量。

1 滌綸長絲車間紡絲機(jī)的側(cè)吹風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)壓差采集電路

考慮到送風(fēng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換溫度時(shí)會產(chǎn)生一定壓差，在吸入空氣時(shí)采集電路會產(chǎn)生熱量，為保證內(nèi)部運(yùn)轉(zhuǎn)裝備的安全運(yùn)行，需要對采集電路的溫度進(jìn)行降溫。利用對接傳感器，將280Ω的高電阻在微處理裝置下轉(zhuǎn)換成1.5～6.5V低壓模式，具體電路如圖1所示。

如圖1所示電路含有一個(gè)高壓電阻，為方便系統(tǒng)對風(fēng)機(jī)的溫度控制強(qiáng)度，電壓輸出相差值前后不超過4V。設(shè)置其電流輸出范圍在5～56mV，按照分辨率和精度均高于30uA的標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行壓差采集工作。

圖1 壓差采集電路圖

1.2 設(shè)計(jì)溫度傳感器電路

溫度是空調(diào)系統(tǒng)中最重要的參數(shù)之一，此次設(shè)計(jì)利用電阻式溫度傳感器，對換能器的進(jìn)水溫度和回水溫度進(jìn)行控制。傳感器的線路設(shè)置為雙線并行模式，選取西門子旗下的無線電源插入換能板，將溫度分辨率控制在0.2℃,具體電路圖如圖2所示。

圖2 溫度傳感器電路

如圖2中所示，在電路中放置多個(gè)熱敏電阻，每個(gè)電阻采取分壓式，最大分壓電阻不超過6.5K，溫度的輸出電壓在2～12V。在負(fù)溫狀態(tài)下，能夠?qū)囟茸兓姆绒D(zhuǎn)化成電壓變化比值，溫度越高電阻產(chǎn)生的壓力就越小，由此控制傳感器溫度。

2 滌綸長絲車間紡絲機(jī)的側(cè)吹風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測冷熱負(fù)荷

側(cè)吹風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的組織形式主要是對空間內(nèi)溫度和濕度以及空氣的流動速度進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，在調(diào)節(jié)和控制過程中會產(chǎn)生機(jī)體和冷熱負(fù)荷。為了減少兩種負(fù)荷之間的誤差，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測溫度轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的冷熱負(fù)荷，在模型上設(shè)置三個(gè)以上的階層網(wǎng)絡(luò)，即輸入層、隱含層以及輸出層。在每個(gè)相鄰層級之間能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)神經(jīng)元的連接過程，在上一層級的神經(jīng)元傳送時(shí)保證下層神經(jīng)元的無差別連接。主要分為兩個(gè)階段：一是在模型中加入一個(gè)設(shè)定的期望輸出值范圍，對網(wǎng)絡(luò)輸入的實(shí)際學(xué)習(xí)模式進(jìn)行設(shè)定，并在輸入層收取數(shù)據(jù)后，按照期望值變化的大小排序，完成上層神經(jīng)元的轉(zhuǎn)換。二是在每個(gè)分層結(jié)構(gòu)中另外含有多個(gè)數(shù)據(jù)隱含節(jié)點(diǎn)，對輸入進(jìn)來的信號，需要向第一個(gè)輸入信號做函數(shù)比對，在反向傳播與正向傳播的選擇中，把隱含節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息逐層處理，其中每層的神經(jīng)元只能控制其相鄰狀態(tài)下的神經(jīng)元形態(tài)。在兩個(gè)階段的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和對比下，如果輸出層無法得到期望值，則表示在預(yù)測模型內(nèi)產(chǎn)生了誤差信號，需要將信號原路返回，通過各級神經(jīng)元的重新比對，最終將誤差控制在最小范圍內(nèi)，由此控制空調(diào)的側(cè)吹風(fēng)送風(fēng)量。

2.2 控制空調(diào)側(cè)吹風(fēng)送風(fēng)量

紡絲機(jī)的側(cè)吹風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目的，是在相對溫度下調(diào)控單位空間內(nèi)滌綸長絲車間的制冷效果。在循環(huán)空氣通過高溫高壓氣體時(shí)，送風(fēng)量的大小依據(jù)空間內(nèi)部的濕度負(fù)荷，在相同送風(fēng)狀態(tài)下確定送風(fēng)量，在滿足制冷前提下加大送風(fēng)溫差，將室內(nèi)外的新風(fēng)與回風(fēng)進(jìn)行混合，在不影響空氣濕度穩(wěn)定性的狀態(tài)下計(jì)算濕度負(fù)荷t：

式中，W表示制冷量，aε表示維持單位空間內(nèi)的空氣參數(shù)。

根據(jù)紡絲機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下表面產(chǎn)生熱量輻射，在單位空間內(nèi)的溫差過大時(shí)，其空氣參數(shù)對濕度負(fù)荷的影響成反比關(guān)系，濕度負(fù)荷越大需要產(chǎn)生的送風(fēng)量就越小。通過機(jī)組設(shè)備在外界環(huán)境與內(nèi)部構(gòu)造完成熱量交換過程中控制其送風(fēng)量的合理性，滿足熱量排放時(shí)其環(huán)境相對溫度控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍，即使在外部機(jī)器高效運(yùn)轉(zhuǎn)階段依舊能夠完成對空調(diào)側(cè)吹風(fēng)的風(fēng)量控制，保證滌綸長絲車間的正常生產(chǎn)。

3 實(shí)驗(yàn)論證分析

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的側(cè)吹風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)具有實(shí)際使用功能，通過實(shí)驗(yàn)測試的方法檢驗(yàn)該系統(tǒng)的實(shí)用性。此次實(shí)驗(yàn)選擇一組傳統(tǒng)側(cè)送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)作為對照，分兩個(gè)階段進(jìn)行：第一階段測試檢測兩組系統(tǒng)在相同設(shè)置的出口數(shù)量下，對出口溫度的控制能力，即是否能夠在相對溫度下完成側(cè)吹風(fēng)風(fēng)量輸送。第二階段在多次實(shí)驗(yàn)測試下，比較兩組空調(diào)系統(tǒng)的側(cè)吹風(fēng)的能耗值。以某滌綸長絲車間為實(shí)驗(yàn)對象，在平臺搭建仿真測試模型，設(shè)置6h內(nèi)該車間的溫度變化如圖3所示。

如圖3所示在選取的6h時(shí)間段內(nèi)，生產(chǎn)車間的最高溫度和最低溫度分別為45℃和32℃，均在正常滌綸長絲生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)溫度24～28℃，易影響滌綸長絲的生產(chǎn)質(zhì)量。

3.2 控風(fēng)效果測試

圖3 某滌綸長絲生產(chǎn)車間溫度變化樣本

圖4 出風(fēng)口溫度對比結(jié)果

利用兩組側(cè)吹空調(diào)系統(tǒng)，對上文樣本中的環(huán)境溫度進(jìn)行冷卻。以5m/s的入口速度設(shè)置出風(fēng)口回風(fēng)比例為60%，具體測試結(jié)果如圖4所示。

根據(jù)圖中各個(gè)出風(fēng)口的溫度輸出結(jié)果可知，傳統(tǒng)系統(tǒng)在出口數(shù)量大于6h才能將車間出口溫度控制在標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)溫度內(nèi)，而本文系統(tǒng)可在僅有一個(gè)出口數(shù)量時(shí)將溫度控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，具有實(shí)際使用效果。

3.3 能耗測試結(jié)果分析

為保證此次測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，對控風(fēng)測試階段的樣本進(jìn)行5組測試，比較兩組系統(tǒng)在控風(fēng)過程中的側(cè)吹風(fēng)耗冷量。在控制溫度滿足標(biāo)準(zhǔn)范圍的前提下，兩組系統(tǒng)的出口數(shù)量均為5個(gè)，具體測試結(jié)果如表1所示。

表1 耗冷量測試結(jié)果（kW）

根據(jù)測試結(jié)果可知，傳統(tǒng)系統(tǒng)的側(cè)吹風(fēng)耗冷量平均為366.12kW，本文系統(tǒng)平均為224.61kW，較之減少了141.51kW，能夠有效降低能耗。

4 結(jié)語

此次設(shè)計(jì)主要在壓差采集與溫度傳感器的電路上做了改進(jìn)，有效改善因外界環(huán)境變化所引起的系統(tǒng)回風(fēng)問題。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，本文設(shè)計(jì)的側(cè)吹風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，在回風(fēng)比例為60%時(shí)，耗冷量較傳統(tǒng)系統(tǒng)有所減少，能夠有效降低生產(chǎn)能耗。但本文在設(shè)計(jì)過程中仍存在不足之處，此次側(cè)吹風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更偏向于對長絲條的市場需求，只能滿足其生產(chǎn)數(shù)量。在硬件設(shè)計(jì)上并沒有針對機(jī)房內(nèi)高點(diǎn)對設(shè)備傳輸能力的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性進(jìn)行探討，后續(xù)研究時(shí)會考慮所有模塊在不停機(jī)狀態(tài)下冷熱壓差的采集與維護(hù)工作，方便滌綸長絲車間紡絲機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)。