基于PLC的溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、#128# 暖通空調(diào)HV&AC 2010年第40卷第8期工程實(shí)例基于PLC 的溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院 張如萍 唐育正摘要 針對(duì)工藝性空調(diào)溫濕度控制的特殊性, 提出了先進(jìn)行含濕量控制、再進(jìn)行溫度控制的溫濕度控制方案; 介紹了實(shí)施此方案的空調(diào)系統(tǒng)組成和S7 200PLC 的控制過(guò)程, 并給出了控制程序。關(guān)鍵詞 PLC 溫濕度控制 PID 調(diào)節(jié) 空調(diào)系統(tǒng)Design and implementation of temperature andhumidity control system based on PLCB y Zhang R upin g and T an g Y

2、uzhengAbstract Based o n the specific char acter istics o f temper ature and humidity contr o l of industr ia l airconditioning sy stem , puts fo rw ar d a co ntr ol me thod of f ir st co ntr olling the mo istur e content and then contr olling the tempera tur e o f the w or kshop. Pr esents the comp

3、o nents o f the air conditio ning system and the contr o lling pr oce ss using S7 200PL C, and g iv es the co ntr ol pr o gr am.Keywords pr og ra mmable log ic contr o ller, temper atur e and hum idit y c ontr ol, pro por tional integ r al der ivative r eg ulation, air co nditio ning syste mWuxi Pro

4、fess ional College of S cience and Technolog y, Wuxi, J iangs u Province, China實(shí)驗(yàn)室的溫濕度環(huán)境(以下稱(chēng)工況 一般是由工藝性空調(diào)加以控制的, 特殊的工況對(duì)空調(diào)設(shè)備及其控制有特殊的要求。由于溫度和相對(duì)濕度是兩個(gè)相關(guān)聯(lián)的空氣參數(shù), 在調(diào)節(jié)溫度的同時(shí), 相對(duì)濕度會(huì)隨之變化。以往的儀表和DDC 控制器往往根據(jù)需要選擇溫度優(yōu)先或是濕度優(yōu)先進(jìn)行控制, 使得溫濕度控制的調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng), 控制精度低, 難以實(shí)現(xiàn)溫濕度同時(shí)控制。本文結(jié)合南通某紡織研究所的特種纖維實(shí)驗(yàn)室(以下簡(jiǎn)稱(chēng)特控室 的溫濕度控制, 介紹利用PLC 強(qiáng)大的數(shù)字邏輯運(yùn)算功

5、能實(shí)現(xiàn)對(duì)特殊工藝用空調(diào)的溫濕度控制, 通過(guò)對(duì)空氣含濕量的控制實(shí)現(xiàn)溫濕度的最佳控制, 此方案溫濕度控制系統(tǒng)響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好, 也可用于其他工藝性空調(diào)的溫濕度控制中。1 系統(tǒng)概述1. 1 系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)由組合式空調(diào)機(jī)組、低溫冷水機(jī)組和PLC 控制系統(tǒng)三大部分組成, 如圖1所示。組合 圖1 空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成次表冷段、電加熱段、電加濕段和送風(fēng)段組成。低溫機(jī)組提供給二次表冷段13的乙二醇和水的混合制冷劑。PLC 控制系統(tǒng)由主模塊、擴(kuò)展模擬量模塊、人機(jī)界面(H M I 和低壓電器等組成。由!張如萍, 女, 1961年7月生, 大學(xué), 高級(jí)工程師214028 無(wú)錫市新區(qū)新錫路8號(hào)無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院中德機(jī)電學(xué)院D

6、210暖通空調(diào)HV&AC 2010年第40卷第8期 工程實(shí)例#129#3 軟件設(shè)計(jì)3. 1 控制方案本控制系統(tǒng)主要包括含濕量控制和溫度調(diào)節(jié)兩個(gè)環(huán)節(jié)。先對(duì)空氣的含濕量進(jìn)行控制, 再進(jìn)行等濕的溫度調(diào)節(jié)。從焓濕圖可知, 當(dāng)含濕量控制到所需值后, 再沿等含濕量線(xiàn)進(jìn)行溫度控制, 當(dāng)溫度達(dá)到所需值時(shí), 相對(duì)濕度便自然達(dá)到所需的值。含濕量的調(diào)節(jié)控制分加濕與除濕, 加濕由電加濕器實(shí)現(xiàn), 除濕由轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)實(shí)現(xiàn)。從焓濕圖可知, 4種工況均為低濕工況, 故系統(tǒng)多數(shù)情況下處于除濕控制狀態(tài)。除濕量的控制采用控制轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)再生溫度的方式實(shí)現(xiàn), 再生溫度的設(shè)定值取決于工況和含濕量的采樣值與目標(biāo)值的差值。設(shè)定好再生溫

7、度后, 再進(jìn)行再生溫度的PID 自動(dòng)調(diào)節(jié)?？諝獾暮瑵窳空{(diào)控好后再進(jìn)行溫度控制。當(dāng)需要升溫時(shí)啟動(dòng)電加熱器, 并調(diào)節(jié)加熱控制信號(hào); 當(dāng)需要降溫時(shí), 啟動(dòng)制冷設(shè)備, 調(diào)節(jié)冷水閥的開(kāi)度, 使室內(nèi)溫度控制到設(shè)置值附近。溫度調(diào)節(jié)為等濕調(diào)溫過(guò)程, 電加熱顯然是等濕加熱, 而表冷降溫是否為等濕過(guò)程取決于二次表冷溫度是否低于露點(diǎn)溫度。從焓濕圖可知4種工況的露點(diǎn)溫度都在0. 55以下, 所以用13的制冷劑降溫為等濕降溫。其控制流程圖如圖3所示。3. 2 部分控制程序主程序:網(wǎng)絡(luò)1L D SM 0. 1 初始掃描CAL L 初始化調(diào)用初始化子程序, 復(fù)位內(nèi)存M O VB 200, SM B34A T CH 中斷0,

8、 10EN I 網(wǎng)絡(luò)2L D SM 0. 0CAL L 界面指示變量, 設(shè)定初始參數(shù)內(nèi)部定時(shí)0設(shè)定時(shí)間常數(shù)將PID 運(yùn)算中斷0程序和中斷10關(guān)聯(lián), 并開(kāi)中斷全局開(kāi)中斷允許除濕機(jī)和電加濕段實(shí)現(xiàn)特控室的濕度控制; 一次表冷段實(shí)現(xiàn)混風(fēng)后的預(yù)處理, 以提高除濕效果; 二次表冷段和電加熱段實(shí)現(xiàn)特控室的溫度控制。1. 2 控制要求特控室對(duì)溫濕度的要求有如下4種工況。工況1:室內(nèi)溫度10, 相對(duì)濕度50%; 工況2:室內(nèi)溫度15, 相對(duì)濕度30%; 工況3:室內(nèi)溫度20, 相對(duì)濕度20%; 工況4:室內(nèi)溫度30, 相對(duì)濕度15%?？刂凭纫?室內(nèi)溫度為1, 室內(nèi)相對(duì)濕度為5%。設(shè)備運(yùn)行工況包括制冷、制熱、

9、加濕和除濕等, 各運(yùn)行工況由人機(jī)界面實(shí)時(shí)監(jiān)控。人機(jī)界面可以顯示設(shè)備的狀態(tài)參數(shù), 并可方便設(shè)置與調(diào)整各工況的溫濕度、啟動(dòng)與轉(zhuǎn)換延遲時(shí)間、制冷壓縮機(jī)的最短開(kāi)(停 機(jī)時(shí)間和傳感器采樣信號(hào)校準(zhǔn)等控制參數(shù)。聲光指示各種報(bào)警, 并記錄報(bào)警發(fā)生時(shí)間, 以供歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)。報(bào)警信號(hào)包括過(guò)濾器堵塞、排氣壓力過(guò)高、吸氣壓力過(guò)低、水流量不足和溫濕度過(guò)高過(guò)低等。各設(shè)定參數(shù)需輸入密碼方可更改。2 控制硬件設(shè)計(jì)電氣控制原理結(jié)構(gòu)如圖2所示。PLC 控制器選用S7 200系列的主模塊CPU224及擴(kuò)展模塊EM 235和EM232, 人機(jī)界面采用M T510T 。CPU224用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)算和邏輯控制, 如PID 運(yùn)算、含濕量運(yùn)算以

10、及送風(fēng)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)關(guān)控制, 轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)、低溫冷水機(jī)組、電加濕器等的開(kāi)關(guān)控制與狀態(tài)指示。EM 235為四模擬量輸入、一模擬量輸出模塊; EM 232為兩模擬量輸出模塊。溫濕度變送器輸出的420mA 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送EM235的輸入接口, 模擬輸出信號(hào)送冷水閥、蒸汽閥、電加濕器和電加熱器模塊, 分別進(jìn)行閥門(mén)開(kāi)度、加濕量和加熱量的控制。調(diào)用界面指示子程序。該程序包含輸入采樣轉(zhuǎn)換指示, 輸出狀態(tài)指示和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)指示調(diào)用報(bào)警輸出子程序。該程序CAL L 報(bào)警輸出包含判斷各采樣點(diǎn)狀態(tài)是否超過(guò)極限狀態(tài), 如果超過(guò)則反映在界面上和用指示燈指示網(wǎng)絡(luò)3 調(diào)用含濕量計(jì)算子程序(帶參數(shù)子程序調(diào)用圖2 電氣控制原理結(jié)構(gòu)L D

11、 SM 0. 0, #130#工程實(shí)例 暖通空調(diào)HV&AC 2010年第40卷第8期含濕量計(jì)算子程序:圖3 控制流程VD1756, V D1760, V D1764CA L L 含濕量計(jì)算, V D1768, VD1772, V D1776, V D1780CA L L 含濕量計(jì)算, V D1784, VD1788, V D1792, V D1796室內(nèi)含濕量計(jì)算設(shè)定含濕量計(jì)算網(wǎng)絡(luò)1L D SM 0. 0XO RD A C0, AC0XO RD A C1, AC1XO RD A C2, AC2XO RD A C3, AC3 累加器清零M O VR #T , A C0/R 100. 0,

12、 A C0M O VR AC0, A C1*R A C0, AC1M O VR AC1, A C2*R A C0, AC2*R 7. 26515, A C0*R-3. 88187, A C1*R 72. 2108, A C2+R 0. 460871, A C3+R A C0, AC3+R A C1, AC3+R A C2, AC3M O VR AC3, #T t 網(wǎng)絡(luò)2L D SM 0. 0*R #H , A C3M O VR AC3, A C0/R -100. 0, AC3+R 100. 0, A C3M O VR 6. 2199, A C1*R A C0, AC1/R AC3, A C1M

13、 O VR AC1, #Ft h4 調(diào)試結(jié)果此機(jī)組在南通某公司紡織纖維研究所運(yùn)行3年多, 控制穩(wěn)定, 精度控制在溫度0. 5、相對(duì)濕度3%以?xún)?nèi), 得到了用戶(hù)好評(píng)。5 結(jié)語(yǔ)利用PLC 計(jì)算功能強(qiáng)大、工作方式靈活的特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的智能化。在上述的溫濕度控制中, 采用了先控制空氣的含濕量, 再控制空氣溫濕度的方案。含濕量是通過(guò)測(cè)得的溫度和相對(duì)濕度計(jì)算出來(lái)的, 而不是直接測(cè)得的; 轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)工作時(shí), 再生溫度的設(shè)定值根據(jù)設(shè)定工況和實(shí)際含濕量的差值通過(guò)查表的方式獲得。因此, 當(dāng)要求控制器具有計(jì)算和查表等功能時(shí), 常常用PLC 來(lái)實(shí)現(xiàn)控制儀表和DDC 控制器不能實(shí)現(xiàn)的智能控制。參考文獻(xiàn):1 徐國(guó)林. PL C 應(yīng)用技術(shù)M .北京:機(jī)械工業(yè)出版社,網(wǎng)絡(luò)4