王秀琳，蒋根才²，  胡国文（1盐城工学院电气工程学院，江苏盐城224003，2盐城贝思特电气有限公司，江苏盐城224005）

    摘要：纺织空调可编程逻辑控制器( PLC)自控系统以PLC为控制中心，利用温、湿度传感器检测室内、外的温、湿度信号，与没定值进行比较，根据比较结果，采用P1控制，自动调节新回风比、送风量、喷水量、加热量和制冷量，使车间的温度和相对湿度维持在生产工艺要求的范围内，不仅提高r产品的产量和质量，同时节约了大景能量，具有较好的应用前景。

  关键词：温度；相对湿度i变频控制

  中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：16736540(2009) 12-0034-05

   

O  引 言  

   纺织车间的温度和相对湿度严重影响产品的产量和质量，因此空调系统是棉纺织生产过程中不可缺少的设施之一。目前，纺织空调大都采用人工调节，但由于是手动控制，忽略了温度和湿度的相关性，对环境温、湿度的控制不尽如人意，特别是梅雨季节，难以达到理想的工作环境，且能耗大，效率低，节能潜力得不到充分发挥。采用自控系统，对纺织空调进行温、湿度自动调节，不仅提高了温、湿度的控制精度，同时降低了能量损耗，纺织空调自动调节系统在纺织行业的应用已成为一种趋势。

    空气调节系统主要由进风窗、喷水室、风道、加热器、回风窗、通风机等部分组成，见图1,进风窗：室外空气由此进入空调室，进风窗设有固定百叶窗和调节风门，以供调节室外空气量之用。喷水室：空调室送风系统的主要部分，在喷水室中有喷嘴、水池和挡水板。风道：供输送和分配窒气用。加热器：作为冬天加热空气之用。空气加热有两种方式：一种是空气被水处理前进行加热，通常称第一次加热或预热，一般在气侯比较寒冷的地方为提高室外空气的温度以增加喷水室的加湿能力而采用的；另一种是空气被水处理后进行的加热，称二次加热，主要是补偿车间热量的不足。回风窗：在夏天，如车间内空气的含热量低于室外空气的含热量时，为了节约冷源，应该利用一部分回风；在冬天，室外气温较低，一般应该考虑使用回风以节约热量消耗，因此在空调室送风系统内，常设有回风窗，其上装有调节回风量的风门和过滤灰尘用的金属滤网。通风机：室外空气之所以能流经空调室送风系统而送入车间，主要是依靠风机工作时给空气一定的压力。

   1进风窗；2进风阀；3回风过滤网；4同风渊节风门；5一次加热器；6喷水排管；7循环水泵；8冷却水泵；9挡水板；10补充水管；11网状滤水器；12二次加热器；13离心风机；l4电动机；15主风道；16支风道

    为了减小室外气侯变化对室内空气状态的影响，保持车间一定的温、湿度，在空气调节系统中，空气在送人车间以前，一般根据室外的气候条件和室内的要求先在空调室中进行处理。如夏天室外空气温度高而潮湿，冬天室外温度低而干燥，如将室外空气不经适当处理而送入车间，必然会造成夏天车间空气温度偏高或湿度偏大，冬天车间空气温度偏低或湿度偏小。采用空调室送风系缆后，夏天在将室外空气送人车间之前，先在空调室内进行冷却和去湿处理，冬天则先在空调内进行加热和加湿处理，然后送入车间，这样就能使车间保持合乎要求的空气状态。自控系统就是根据车间温、湿度情况，对上述过程进行自动调节，达到****控制状态。

    现以盐城众想集团细纱车间为例介绍控制系统的设计过程。

    控制系统依据温、湿度传感器检测室内、外温度和相对湿度信号，经A/D模块转换成对应的数字信号，供可编程逻辑控制器( PLC)采集，采样值与设定值相比较，比较结果通过D/A模块、PI调节器去控制变频器调节风机、水泵的转速以及一次加热量和新回风量，以维持室内温、湿度的稳定性。其主要组成有温湿度变送器、控制器、变频器、风机、水泵及各种执行器，如图2所示。

 

    温湿度传感器：选用芬兰维萨拉公司的HMW40Y型号，墙面式安装，输出4-20 mA电流信号，具有稳定性好、精度高、易于安装、运行可靠等优点；控制器是控制系统的核心，经初步估算，PLC主控单元共需21个输入点，24个输出点，本着经济、可靠、实用的原则，选用三菱公司FX2N-48M【2】型的PLC，并利用其四通道A/D和四通道D/A模块完成模一数和数一模转换；变频器采用日本三垦公司产品，风机变频器采用37 kW，两台水泵共用一台11 kW变频器。

    空气调节系统通常有两种控制方案，一种是定露点控制，另一种为变风量变露点控制车间的相对湿度和温度。定露点控制是用改变喷水温度或新回风？昆合比控制送风露点，改变两次加热量控制车间温度；此种方法应用在相对湿度控制精度要求不太高的场合，因为相对湿度的控制精度受温度的影响，车间温度发生变化时，露点温度发生变化；同时，夏天，喷水室一方面要用冷水将空气冷却，但冷却后空气在送入车间前义要用加热器加热，这种冷热对消，对节约能源是不利的。

    变风量变露点控制由相对湿度控制和温度控制两个闭环组成。

    (1)相对湿度的控制。通过调节送风量、喷水量和冷水量等措施使相对湿度维持在规定范围内。冬季，空气干燥，相对湿度较低时，首先PLC将采样值与设定值相比较，根据偏差大小，通过PI调节器控制变频器，增大水泵转速，增大喷水量来提高空气的相对湿度，如图3所示；当频率达到****，喷水量****时，相对湿度若仍偏低，此时需增大饱和湿空气的送风量，进一步提高车间的相对湿度，控制框图如图4所示。

   

    反之，当车间相对湿度较高时，首先减小饱和湿空气的送风量，若湿空气送风量达到最小，但相对湿度仍然偏高时，减小喷水量来降低相对湿度；特别在夏季或梅雨季节，空气相对湿度很高，此时需向车间送冷冻水进行去湿，使车间相对湿度降

至要求的范围内，如图5所示。

   

(2)温度控制。温度调节是通过调节新回风比、一次加热和冷冻水等措施使温度控制在规定的范围内。冬季，室外温度较低时，为了充分利用车间能源，首先PLC根据采样值与设定值的偏差值的大小，通过PI调节器控制变频器调节新回风阀门开度，调节新回风比，增大回风量，调节车问温度，如图6所示；当回风量达到百分之九十（室内工作人员需要保证不少于百分之十的新风量）时，此时车间温度若仍然较低时，开起一次加热，调节蒸汽量，使车间温度升高，如图7所示。

 

    春、秋两季，主要是PLC通过PI调节器，调节新回风比，达到调节车间温度的稳定；夏季，温度较高时，需比较室、内外焓值大小，如室外焓值大于室内焓值，说明室外含热量高于室内值，此时关闭新风，开起冷冻水降温；如室外焓值小于室内焓值，说明室外含热量低于室内值，此时调节新回风比，增大新风量，利用室外风冷却，如新风量调至****，而温度仍降不到要求，此时需采用冷冻水降温，以达到****限度的节能，如图8所示。上述各方框图中．厂为变频器的输出频率，“为反馈系数。

    (3)含湿量和焓值计算。在温度控制时，需比较室内、外焓值的大小，以确定控制方案。

  含湿量：

  

式中：西——相对湿度；B-大气压；

对应于一定温度下饱和空气水蒸汽分压力。不同温度下的对应值，以表格形式存贮在数据寄存器中，计算时根据测量的温度值，利用寻址的方式到对应昀数据寄存器中读取，如果温度不是整数，利用插入法确定对应的Pq.b的值。

    焓：内含lkg干空气的湿空气所含的热量。即湿空气的含热量等于湿空气中干空气的含热量i_g与水蒸气的含热量i_q之和。

   

其中不同温度下Pq.b查询、含湿量和焓的计算分别编制三个子程序供多次调用。

   (4)参数设置：包括D/A模块和A/D模块参数设置。D/A模块参数设置包括：D/A模块的识别码没置为2010，H1111写入BFM#O建立四输入通道，预设范围设为4 -20 mA。VD模块参数设置包括：A/D模块的识别码设为3020，H0000写入BFM#0，建立四通道输出，I/O口调整禁止。

    (5) PID调节器的设计。包括一次加热、新回风量、冷水量和饱和湿空气送风量等PID参数设计。

   

式中：K_p——比例增益；K_I  —积分增益；K_D  —微分增益。

  其中比例项可以改善系统的动态响应速度，积分项的作用是消除静差，微分项有缓和输出值激烈变化的效果。本系统只使用比例加积分环节，即PI调节器。为了提高系统的响应速度，同时又减小系统的超调量，每个PI调节器分别设置两组参数；当设定量与反馈量偏差较大，即|e|>|e₀|时，为了提高响应速度，比例增益K_p较大，积分增益K1也较大；当设定量与反馈量偏差较小，即|e|<|e₀|时，此时为了减小系统超调量，K_p较小，K_I也较小。这样既能提高车间温、湿度的控制精度，又能提高系统的响应速度，得到较好的控制效果。软件流程图如图9所示。

 

 

    （6）故障检测与报警：系统能够检测风机故障、水泵故障、继电保护故障，并进行相应的保护和报警。

    由电动机原理可知，异步电动机的转速：

     

式中：n——电动机转速；  s——转差率；f——电动机供电频率。

    根据流体力学的基本定律【3】可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，即：

   T_L=K_Tn_L^{2      (4)}

轴功率与转速的三次方成正比，即：

 

    由式(3)可知，异步电动机的转速n与电泺频率成正比，改变电源频率，即可改变电动机的转速。脉宽调制( PWM)变频调速器可将50 Hz的交流电源进行整流处理，通过驱动电路，可在输出端得到频率在0 - 50 Hz之间变化的交流电源。当转速降低，由式(4)~(5)可知，风机、泵类的转矩和轴功率显著减小；同时电动机在低频运行时，为了保汪电动机具有足够的带负载能力，变频调速时保持U/f= const，可见，变频器的输出频率下降时，输出电压也下降，从而电机的输入功率减小，电动机的工作效率升高。因此，采用变频调速技术，PLC控制变频器根据车间需要的流量或风量自动调节电机的转速，实现无级平滑调速，可取得显著的节能效果。

5运行结果  

  2007年12月，盐城众想集团安装了一套空调自动控制系统，使用一年来取得了令人满意的效果。为了获得准确数据，在车间安装一台温、湿度自动绘图仪，其记录曲线表明：车间温度精度为±1摄氏度，相对湿度精度为百分之±3，车间温度和相对湿度可设定；使用自控系统后，车间人员还记录了从2007年12月8日至2008年l2月25日车间的用电量，如表1所示，从表中可知：风机节电率为百分之26. 78；水泵节电率为49 43百分之，合计节电率为百分之35，从记录的数据来看，无论是温、湿度控制精度，还是节能效率都取得了令人满意的效果。

    本文介绍了一种基于PLC变频控制的纺织空调系统，根据室内外温、湿度信号，自动调节送风量、喷水量、加热量和制冷量，维持车间温、湿度的稳定性，特别是梅雨时节，在高温高湿情况下，仍能保持车间较高的温、湿度稳定性，解决了纺织厂湿度大，温度高，断头多，工人难于工作的困难；同时利用对风机、水泵变频调速，达到节能降耗的目的。目前，该设备已投入市场使用，现场实际运行表明：其温、湿度控制精度较高，节能效果显著，自动化程度高，价格远低于同类进口设备。该系统币场潜力较大，经济效率显著，将有较好的应用前景。