0  引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)過程中對(duì)空氣環(huán)境的要求越來越高。為了滿足人體舒適和工藝流程的需要，生產(chǎn)中應(yīng)能在某一空間內(nèi)對(duì)空氣的溫度、濕度、潔凈度和流速進(jìn)行調(diào)節(jié)。在化纖廠中，把為工藝流程提供空氣調(diào)節(jié)的系統(tǒng)稱之為工藝性空調(diào)。目前，國內(nèi)絕大多數(shù)紡織廠采用帶噴淋表冷的空氣熱、濕處理方式，空氣處理設(shè)備多采用大型組合式空調(diào)器，空調(diào)系統(tǒng)采用全年定風(fēng)量的雙風(fēng)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)。該方式由于車間內(nèi)工藝設(shè)備發(fā)熱量大，加之工藝流程對(duì)空調(diào)送風(fēng)參數(shù)有比較嚴(yán)格的溫、濕度精度要求，生產(chǎn)線中所需要的空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)能提供非常大的送、回風(fēng)量。而這會(huì)引起風(fēng)機(jī)的能耗較大f約占空調(diào)制冷能耗的25％)。因此，減少風(fēng)機(jī)的能量消耗對(duì)整個(gè)化纖廠的節(jié)能工作具有重要意義。

1化纖組合式空調(diào)結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1化纖組合式空調(diào)結(jié)構(gòu)

化纖組合式空調(diào)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。本系統(tǒng)由風(fēng)閥執(zhí)行器、溫濕度傳感器、壓差開關(guān)、差壓變送器、三通冷水閥及執(zhí)行器、蒸汽二通閥、變頻器和PLC組成。

其中空調(diào)系統(tǒng)的基本任務(wù)是使車間內(nèi)的空氣保持一定的溫濕度，使多余的熱量和濕量排出車間，并在熱量和濕量不足時(shí)及時(shí)加以補(bǔ)充。為完成這一任務(wù)，以使被調(diào)溫濕度能按等溫加濕、絕熱加濕、降溫加濕等曲線逼近設(shè)定溫濕度值，本文給出了由空氣系統(tǒng)、水系統(tǒng)和蒸汽系統(tǒng)組成的空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

1.2化纖組合式空調(diào)的工作原理

新風(fēng)窗主要用于引進(jìn)室外新鮮空氣。為節(jié)約能源，有時(shí)也利用回風(fēng)窗引進(jìn)一部分車間回風(fēng)。新風(fēng)窗和回風(fēng)窗一般都設(shè)有調(diào)節(jié)風(fēng)門以控制進(jìn)風(fēng)量及新／回風(fēng)比，新／回風(fēng)通常由送風(fēng)機(jī)混合送人噴水室。噴水室有順噴、逆噴和多排噴嘴。深井水、循環(huán)水通過噴嘴噴出細(xì)小的水漓，再將空氣經(jīng)過循環(huán)水逆噴以完成絕熱加濕過程，經(jīng)過深水井水順噴可完成降溫加濕過程。空氣被水處理后，即可控制調(diào)節(jié)閥，并用蒸汽對(duì)空氣進(jìn)行等溫加濕，或利用加熱器對(duì)空氣進(jìn)行等濕加熱。利用噴水室處理空氣，可使空氣的相對(duì)濕度比較穩(wěn)定，有利于對(duì)車間空氣相對(duì)濕度的調(diào)節(jié)和控制，從而滿足紡織工藝對(duì)空氣相對(duì)濕度的較高要求。同時(shí)，用水處理空氣也可起到清潔空氣的作用，有利于降低車間空氣的含塵濃度。另外，利用加熱器能實(shí)現(xiàn)冬季快速升溫。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)和電機(jī)系統(tǒng)兩大部分。其中控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

2.1  控制方案

本設(shè)計(jì)方案采用DDC直接式數(shù)字式控制，可采集現(xiàn)場(chǎng)各點(diǎn)溫度、濕度、壓力等模擬量及其參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示，也可修改各種設(shè)定值和各種參數(shù)。同時(shí)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開、關(guān)機(jī)和自動(dòng)調(diào)節(jié)相關(guān)閥及變頻器，以達(dá)到控制恒溫、恒濕、恒壓的目的，并具有手動(dòng)與自動(dòng)切換功能。

此外，在自控回路即使出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)也可以切換到手動(dòng)狀態(tài)繼續(xù)正常調(diào)節(jié)各參數(shù)。

2.2執(zhí)行裝置

執(zhí)行裝置是完成所有動(dòng)作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。可完成化纖空調(diào)所有動(dòng)作，包括風(fēng)機(jī)的啟停、水泵的啟停、風(fēng)閥控制等。在化纖組合式空調(diào)的控制過程中，控制器可發(fā)出信號(hào)給提風(fēng)機(jī)和水泵，當(dāng)風(fēng)閥接收到信號(hào)后，便可對(duì)氣室進(jìn)行控制。在控制過程中，化纖空調(diào)將根據(jù)控制器發(fā)出的指令自動(dòng)或手動(dòng)對(duì)車間溫度和濕度進(jìn)行控制，執(zhí)行控制可根據(jù)控制器或觸摸屏進(jìn)行，本系統(tǒng)設(shè)有觸摸屏人機(jī)操作界面。

2.3傳感器

(1)溫度傳感器

本設(shè)計(jì)采用的是JCJ100F溫度變送器。JCJ100F溫度變送器內(nèi)含高精度線性放大電路，并選用高精度的元器件，因而具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。

在溫度測(cè)控系統(tǒng)中，可用熱電偶或熱敏電阻器采集溫度，然后由前置放大電路將檢測(cè)到的微小信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)锳DC可轉(zhuǎn)換的信號(hào)，同時(shí)經(jīng)過冷端溫度補(bǔ)償后進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，這樣即可把模擬溫度信號(hào)數(shù)字化。

在把數(shù)字信號(hào)交給CPU處理后，CPU即可根據(jù)溫度傳感器的數(shù)據(jù)來控制回風(fēng)閥、排風(fēng)閥、新風(fēng)閥、送風(fēng)閥和進(jìn)回水閥，從而完成自動(dòng)調(diào)節(jié)空氣溫度的功能。

(2)濕度傳感器

IH3605濕度傳感器是一種電容式集成濕度傳感器，它可把電容式濕度傳感器與調(diào)理電路一起制作在陶瓷基片上。空氣中的水蒸氣可通過保護(hù)性聚酯層，再經(jīng)過多孔鉑層進(jìn)入介質(zhì)層，以改變介質(zhì)介的電常數(shù)，從而使電容量發(fā)生變化。這樣，通過電容／頻率和頻率／電壓轉(zhuǎn)換電路，可將電容量變化轉(zhuǎn)換為直流電壓輸出。

由于IH3605的輸出電壓較高且線性較好，因此，無需放大和非線性校正就可直接接到A／D轉(zhuǎn)換器，以完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。此外，它也可直接用作電子觸發(fā)開關(guān)的信號(hào)源，來啟動(dòng)壓縮機(jī)工作。

2.4控制器

本化纖組合式空調(diào)控制系統(tǒng)采用西門子可編程控制器PLCS7-200作控制器，S7-200系列可編程控制器可以滿足多種多樣的自動(dòng)化控制需要。由于本設(shè)計(jì)需要擴(kuò)展模塊，而CPU222只能帶兩個(gè)擴(kuò)展接口，CPU222以上的型號(hào)可以帶7個(gè)擴(kuò)展模塊，由于選擇CPU226的輸入點(diǎn)太多，因此，綜合之后選擇的CPU型號(hào)是CPU224。同時(shí)選擇EM222作為擴(kuò)展輸出模塊?，F(xiàn)場(chǎng)的模擬量輸入檢測(cè)模塊選用EM231-RTD，同時(shí)選擇Pt100做溫度傳感器。

可編程控制器的對(duì)外功能主要是通過各類接口模塊的外接線來實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)設(shè)備或生產(chǎn)過程的檢測(cè)與控制。因此，通過各種輸入／輸出接口模塊，可編程控制器即可檢測(cè)到所需的過程信息，并將處理結(jié)果傳送給外部過程，從而驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程的控制。由于實(shí)際生產(chǎn)中的信號(hào)電平多種多樣，而外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的電平也是多種多樣，但可編程控制器的CPU所處理的只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，故應(yīng)通過I／O接口實(shí)現(xiàn)這種信號(hào)電平的轉(zhuǎn)換。為了適應(yīng)各種各樣的過程信號(hào)，因此，設(shè)計(jì)中應(yīng)有相應(yīng)的多種I／O接口模塊。

2.5控制電路的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的整個(gè)電路由三部分組成，即回風(fēng)系統(tǒng)、環(huán)境風(fēng)系統(tǒng)和側(cè)吹風(fēng)系統(tǒng)。根據(jù)當(dāng)前溫度和濕度的不同，上述三部分各有不同的運(yùn)行方式。由于篇幅有限，下面主要介紹回風(fēng)系統(tǒng)的電路部分。

本系統(tǒng)中的回風(fēng)系統(tǒng)的控制電路如圖3所示。圖中，斷路器QF1閉合時(shí)，變頻器得電，變頻器常開觸點(diǎn)閉合，回風(fēng)機(jī)得電；而當(dāng)斷路器QF04閉合時(shí)，照明燈亮；短路器QF01閉合時(shí)，電源指示燈亮，風(fēng)機(jī)運(yùn)行，同時(shí)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的指示燈亮。


3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件流程圖如圖4所示。由圖可見，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)先對(duì)程序進(jìn)行初始化，接著輸入設(shè)定的參數(shù)值(風(fēng)壓、新風(fēng)、回風(fēng)、環(huán)境、側(cè)吹風(fēng)、混風(fēng)、溫度和濕度)，然后對(duì)所在車間進(jìn)行采樣。采樣結(jié)束后，再把采樣所得值和設(shè)定的參數(shù)值進(jìn)行比較，然后利用比較之后系統(tǒng)得到的新值，來自動(dòng)執(zhí)行所對(duì)應(yīng)的功能，從而完成一次工作，之后，系統(tǒng)將按照采樣開始循環(huán)運(yùn)作。必要時(shí)，也可以通過手動(dòng)控制與人工干預(yù)控制對(duì)其進(jìn)行控制。



4結(jié)束語

本文給出了對(duì)化纖廠車間溫度和濕度進(jìn)行控制的設(shè)計(jì)方法，該方法有手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式。且其電氣原理和控制線路接線設(shè)計(jì)，整齊美觀，人機(jī)對(duì)話界面友好，功能齊全，操作簡(jiǎn)便。另外，經(jīng)實(shí)際使用，本系統(tǒng)軟件運(yùn)行正常，無缺陷，它可以將車間的室內(nèi)溫度控制在25℃±2℃，相對(duì)濕度在50％～70％之間，因而充分滿足了人體舒適和工藝流程的需要，也提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。