基于PLC控制的恒溫恒濕空調系統(tǒng)

1、基于PLC控制的節(jié)能型恒溫恒濕控制系統(tǒng)設計王兆明，張萃，王治剛（吉林大學應用技術學院 ，吉林 長春 130022）摘要：隨著世界資源的不斷減少，節(jié)能越來越顯示出其重要性。中國北方大部分地區(qū)冬、春、秋季室外溫度較低，可以達到對通信、銀行等大型控制機房進行降溫的標準。本文研究的節(jié)能型恒溫恒濕控制系統(tǒng)采用歐姆龍CP1H型PLC具有良好的控制性能和穩(wěn)定性，利用14以下時的環(huán)境低溫降低室內溫度的方法，在吉林省白山市網(wǎng)通經過一年的運行，與同功率空調比較節(jié)能達到55%。關鍵詞：PLC控制恒溫恒濕控制室外空氣節(jié)能The study on Energy-Save Constant Humidity and Te

2、mperature Control System Based on PLC WANG Zhao-ming , ZHANG Cui, WANG Zhi-gang （School of application technology, Jilin University, Changchun, 130022）Abstract：Considering the importance of high performance and stability of humidity and temprature control system in large center control room, especia

3、lly for comunication system and bank system, an energy-save constant humidity and temprature control system was designed. In that system the PLC was used to ensure high control performance and stability；SCM to finish long-range digital transmisstion of humidity and temprature values；The control way

4、of taking in cool air to lower the indoor temprature when it was lower than 14 outside to save energy effectively.Key words：PLC control；constant humidity and temprature；energy save ；digital transmission0 引言通信系統(tǒng)、銀行等聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在國民經濟發(fā)展中起著至關重要的作用，對其工作穩(wěn)定性要求極高，一旦發(fā)生故障，經濟損失巨大。這些系統(tǒng)的核心機房中有大量的電子設備，室溫過高或濕度過小都會導致系統(tǒng)發(fā)生電路

5、故障。恒溫恒濕空調在機房中起到至關重要的作用，每個系統(tǒng)均有多套空調同時二十四小時運行，消耗大量的電能。一般機房要求溫度控制范圍在2224之間，有東北地區(qū)，一年中室外溫度低于14的時間大約有75%，完全可以用來對機房內的溫度進行調節(jié)。本系統(tǒng)正是在這樣的前提下開發(fā)的，與傳統(tǒng)的空調相比不但節(jié)約了大量的能源，而且壓縮機年平均工作時間出大大的減少，提高了設備的使用壽命。本系統(tǒng)采用PLC作為核心控制單元，工作穩(wěn)定性好，抗干擾性強。本系統(tǒng)采用的溫濕度采用的溫濕度變送器為數(shù)字量傳送，傳送距離遠，不受到過程干擾，控制精度高。1 系統(tǒng)硬件組成本系統(tǒng)以歐姆龍CP1H型PLC為核心，以觸摸屏為人機界面。溫度和濕度經過

6、傳感器轉換后，由單片機處理成數(shù)字信號，再經RS485總線傳送給PLC，在PLC中將數(shù)據(jù)處理后，應用PID控制方式進行控制。通過控制壓縮機、加濕閥、風機及風閥達到恒溫恒濕的目的。其結構框圖如圖1所示。圖1節(jié)能恒溫恒濕空調系統(tǒng)結構圖1.1 溫濕度傳感器設計2.1濕度采集濕敏傳感器是將濕度和電容相關聯(lián)。在某一短時間內，時間t1/RC；同時t1/f，所以可知，頻率和電容成正比【1】。圖2所示為濕敏傳感器的電容濕度變化曲線。圖2 濕敏傳感器的電容濕度變化曲線 取線性比較平穩(wěn)的中間段，得出一條簡單的濕度和電容之間的變化公式： RH=2.254*Hz-263.7在下位機處理過程中，由AT89C2051的計數(shù)

7、器自動完成。原理圖中采用兩個555，來產生脈沖，打開單片機中斷，只要單片循環(huán)一次，在這很短的時間內，T0,T1分別對自己的計數(shù)器進行脈沖采集，T0-T1即為兩個計數(shù)器的差值。其中一路用來作為參照基值，用來消除由于溫度或電源波動形成的干擾。2.2 溫度采集溫度采集用DS18b20傳感器,該傳感器將溫度信號直接轉變?yōu)閿?shù)字信號，精度等級為0.0625度，該傳感器是單總線形式，信息經過單線接口送入DS1820或從送出，因此從CPU到DS1820僅需連接一條線。 圖3所示為溫濕度采集電路的原理圖。在電路中為了補償電源波動和溫度變化而產生的影響，采用了雙時基電路，然后用計數(shù)器0和計數(shù)器1進行差運算，這樣就

8、有效的消除了共模干擾。 圖3 溫濕采集控制系統(tǒng)1.2 串行通信【2，3】下位機于上位PLC之間的通信是由485總線來完成的，在該電路中，使用了一種RS-485接口芯片SN75LBC184，它采用單一電源Vcc，電壓在35.5 V范圍內都能正常工作。與普通的RS-485芯片相比，它不但能抗雷電的沖擊而且能承受高達8 kV的靜電放電沖擊，片內集成4個瞬時過壓保護管，可承受高達400 V的瞬態(tài)脈沖電壓。因此，它能顯著提高防止雷電損壞器件的可靠性。對一些環(huán)境比較惡劣的現(xiàn)場，可直接與傳輸線相接而不需要任何外加保護元件。該芯片還有一個獨特的設計，當輸入端開路時，其輸出為高電平，這樣可保證接收器輸入端電纜有

9、開路故障時，不影響系統(tǒng)的正常工作。另外，它的輸入阻抗為RS485標準輸入阻抗的2倍（24 k），故可以在總線上連接64個收發(fā)器。1.3 PLC電路恒溫恒濕系統(tǒng)的強電電路如圖4所示，分為控制機箱內部電路和壓縮機箱控制電路兩部分【4】，由PLC控制繼電器KAn來控制各風閥及兩個壓縮機的啟動和停止。本系統(tǒng)采用了雙壓縮機工作制，當使用環(huán)境發(fā)熱量較小時只啟動一臺壓縮機，當不能滿足降溫需求時，雙壓縮機共同工作。圖4 強電控制電路2恒溫恒濕控制流程PLC的控制主流程如圖5所示，控制狀態(tài)有五種，一種是監(jiān)視狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，系統(tǒng)只讀取環(huán)境的溫度和濕度，不做任何控制動作。第二種是手動控制狀態(tài)，當用戶需要強制壓縮

10、機工作或者強制加濕時可以使用這種方式，可以通過觸摸屏直接起動壓縮機1，壓縮機2及加水閥。第三種是加濕自動控制，當起動這種控制方式時，系統(tǒng)會根據(jù)設定的濕度上限和濕度下限與實時測得的環(huán)境濕度進行比較，按圖6所示的控制流程進行工作。第四種是降溫自動控制，當起動這種控制方式時，系統(tǒng)會根據(jù)設定的溫度上限和溫度下限與實時測得的環(huán)境溫度進行比較，同時監(jiān)測室外溫度是否小于14度，按圖6所示的控制流程進行工作。第五種工作方式是循環(huán)工作方式，是第三種和第四種工作方式的組合，先判斷溫度進行調節(jié)后再判斷濕度進行調節(jié)。2.1溫度控制過程2.2濕度控制過程2.3循環(huán)控制過程圖5 PLC工作主流程圖圖6 PLC控制流程圖3數(shù)據(jù)分析3.1白山市一年室外溫度曲線3.2普通空調控制曲線及耗能曲線3.3節(jié)能空調控制曲線及耗能曲線3.4節(jié)能效果分析4 總結本系統(tǒng)采用PLC控制以及數(shù)字化溫度和濕度的數(shù)據(jù)傳送，保證了溫濕控制系統(tǒng)的高控制性能和穩(wěn)定性，由于采用了室外溫度降溫方式，在中國北方地區(qū)有明顯的節(jié)能效果，在白山市網(wǎng)通公司、四平網(wǎng)通公司及公主嶺網(wǎng)通公司安裝了五臺，運行穩(wěn)定，效果好，與同功率只用壓縮機調節(jié)的系統(tǒng)相比年平均減少能耗30%左右。參考文獻：1呂泉.現(xiàn)代傳感器原理及應用M.北京：清華大學出版社，2006. 2