恒温恒湿空调机PLC控制程序优化.pdf

＼ 业自 化 DOh 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 9 - 9 4 9 2 ． 2 0 1 4 ． 1 0 ． 0 0 3 1 亘 温1 亘湿空调机P L C控制程序优化 戴 建国 广州卷烟厂 ， 广 东广州 5 1 0 3 8 5 摘要 优化 了广州卷烟厂生产 区域空调恒温恒湿空调机 的P L C控制程序 ，采取的措施包括调节送风 15 1 的空气 中的含湿量从而调 节环境的空气相对湿度，在温度及湿度的P I D 算法上采用串级P I D 双环调节，在各台空调机增加工况识别及修正逻辑，构建智 能空调控制模块实现温湿度自动偏移等，取得了显著的节能效果。 关键词 空凋环境 ；温湿度 ；P L C程序 ；优化 ；节能 中图分类号 T P 2 7 3 文献标 识码A 文章编号 1 0 0 99 4 9 2f 2 0 1 41 0 0 0 1 00 3 Op t i mi z a t i o n o f t h e P LC Co n t r o l Pr o g r a m o f Co n s t a n t Te mp e r a t u r e a n d Hum i d i t y Ai r Co ndi t i o ne r s DAI J i a n ． g u o G u a n g z h o u C i g a r e t t e F a c t o r y ，G u a n g z h o u 5 1 0 3 8 5 ，C h i n a Abs t r a c t o p t i mi z e d t he PL C c o n t r o l p r o g r a m o f c o n s t a n t t e mp e r a t u r e a n d h u mi d i t y a i r c o n d i t i o n e r s i n t h e p r o d u c t i o n a r e a s o f Gu a n g z ho u C i g a r e t t e F a c t o r y ． Us i n g t h e me t h o d s o f a d j u s t i n g a i r mo i s t u r e c o n t e n t o f t h e a i r s u p p l y o u t l e t t o a d j u s t r e l a t i v e a i r h u mi d i t y ， a d o p t i n g c a s c a d e P I D d o u b l e l o o p a d j u s t me n t i n t h e P I D a l g o r i t h m o f t e mp e r a t u r e a n d h u m i d i t y ， i n c r e a s i n g t h e w o r k i n g c o n d i t i o n r e c o g n i t i o n a n d c o r r e c t i o n o f l o g i c i n e a c h a i r c o n d i t i o n e r a n d c o n s t r u c t i n g i n t e l l i g e n t a i r c o n d i t i o n i n g c o n t r o l mo d u l e t o r e a l i z e a u t o ma t i c t e mp e r a t u r e a n d h u mi d i t y a d j u s t me n t ，r e n mr k a b l e e n e r g y - s a v i n g e f f e c t h a s b e e n a c h i e v e d ． Ke y wo r d s a i r -c o n d i t i o n e r e n v i r o n me n t ； t e mp e r a t ur e a n d h u mi d i t y； PL C p r o a m ；o p t i mi z a t i o n； e n e r g y s a v i n g 0 前言 广州卷烟厂生产区域共有 6 1 台恒温恒湿空调 机 ，其分布如表 1 ，均采用 P L C 控制 ，分别用于各 个生产区域的温湿度控制 。部分控制区域需 同时 使用多台恒温恒湿空调机分别控制其局部空间的 温湿度。 原恒温恒湿空调机控制系统采用各 自独立的 区域的温度 、湿 度的P I D控制方式 ，虽然各个控 制 区域 的温湿度均能满足工艺参数的要求 ，但存 在局部空间的温湿度的差异及温湿度的波动 ，同 时在原控制方式下使在 同一控制 区域 的不同恒温 恒湿空调机处于不同的工作点 ，原控制方式忽略 了邻近区域的工况，存在系统内耗现象，甚至形 成多台恒温恒湿空调机之间的能源对 冲现象 ，造 成能源浪费 。同时原恒温恒湿空调机控制方式对 P I D的参数 的准确性要求较高 、依赖性较强 ，单 一 P I D参数不 能适应气候的变化并保持其 响应稳 定 的特性 ，在气候变化或特定气候时 ，原控制系 统 会出现温湿度不断周期波动 ，甚至 出现周期性 加热 、制冷或除湿 、加湿 的工况 ，这也造成能源 浪费。 为节 约能 源并提 高控 制环境 温 湿度 的平稳 性 ，优化控制 、采用新的控制方式势在必行 。 1 第一阶段程序优化策略及实施 第一阶段 采用新的控制方式 ，提高控制系 统适应 气候 的变化 能力并 提高 系统控 制 的稳 定 性 ，以达到节能效果[ 1 - 4 1 。 1 通过调节送风口的空气中的含湿量 ，来 调节环境 的空气相对湿度空气 中的含湿量 ，也就 是空气中的绝对湿度。在湿空气 中，与 1 k g 干空 收稿 日期 2 0 1 40 40 2 r _ T r ] l I 1 0 l l I ． ．． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 。 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 【 ． ， ．． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． J ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 。 ． ． ． ． ． ． ． ． ．． ． ． ． ． ． 。 ． ． ． ． ． ． 戴建 国恒温恒湿空调机 P L C控制程序优化 工业 自 表 1 广 州卷烟厂 温恒 湿空调机分布表 气 同时并存 的水蒸汽量称为含湿量 ，用符号 d表 示 ，单位为 g ／ k g 干空气 。即 d l 0 0 0 m q ／ m ，式 中m 为水蒸 汽的质量 ，m 为干空气的质量 。 按理想气体状态方程， m ／mg P q I ， ／ Rg， g T P q R ，g T 即 m z P d Pq R ，g ，q 可 见 在 同样压 力 下温 度变 化与 空气 中的 含湿量无关 。 空 气 的折 合 气体 常 数 R ， g R ／ m 2 8 7 ． 0 J ／ k g K 。 水蒸汽的折合气体常 数 R ， q R ／ m 4 6 1 ． 7 J ／ k g K 。 由于 空气 中 的含湿 量 有 异 于 空 气 相 对 湿 有 度 ，同一空气 在同样压力下温度变化与空气中的 含湿量无关 ；而空气 中的相对湿度 ，在一定的温 度 范围内随温度的变化而改变 ，同一空气在同样 压力下温度升高，其相对湿度降低 ；反之温度降 低 ，其相对湿度上 升 。故此 ，按标 准大气压下 ， 用控制环境的温湿度设定值可计算出控制环境的 空气中的含湿量设定值 ，通过调节送风 口的空气 中的含湿量 ，来调节环境 的空气相对湿度 ，从本 质上解决了原来通过控制送风 口的空气的相对湿 度来调节环境相对湿度而造成 的相对湿度不稳定 问题 。 2 在温度及湿度的P I D算法上采用 串级 P I D 双环调节，并根据控制对象的实际值修正1 级P I D 的输 出限幅值 ，这样 既保证 系统的快速响应性 ， 又保证系统的稳定性 。 由于生产 区域 的空间较 大 ，其温度及湿度 的 变化较为缓慢 ，在控制上是典型的滞后系统，如 采用单一的P I D算法，往往存在其温度及湿度波 动 的问题 ，以湿度控制为例 ，新 的串级 P I D双环 调节流程如图 1 。 3 针对 同一控制区域 的不 同恒温恒湿空调 机处 于不 同的工作点 ，甚至形成多台恒温恒湿空 调机之 间的能源对冲的问题 ，在控制程序 中增加 了相关联空调机间的P L C 通信程序 ，并在各台空 调机增加工况识 别及修正逻辑 ，避免多 台恒温恒 湿空调机之间的能源对冲现象。空调机增加工况 识别及修正逻辑程序流程示意图如图2 。 图1 湿度控制串级P I D双环调节流程 匦 ]l 工业自 动化 A 机含 湿 量 1 级 P I D 输出 B机含 湿量 1 级 P I D 输出 c 机含 湿量1 级 P I D 输出 D 机含 湿量 1 级 P I D 输出 平均值计数 否 否 不修正本机 含湿量l 级 P I D 输出 本区域含 湿量 1 级P I D 输出平均值 ／本区域含湿量l 级P I D ＼ 输出平均值与本机含湿量I 级 P I D 输出的偏差值是否大于I O z 是 本机控制范围的湿度 是否在工艺要求的范围内 是 本机含湿量l 级P I D 输出每l 0 分 钟向本区域含湿量l 级P I D 输如平均值逼近1 0 ％ 图2 工况识别及修正逻辑程序流程示意图 通过第一 阶段新 的控制方式的实施 ，取得 良 好 的控制效果 。以同一台恒温恒湿空调机 南储 丝房 2 6 空调机 在相近的工况为例 ，如图3 和图 且 阀门波动 幅度较 小 ，平 均值 较低。 经 过 几 个 月 的 测 试 及 对 比 ，第 一 阶段 的控 制模式初见 成 效 ，实 现 温 湿 度 的 平 稳 控 制 ，解 决 了原 系统所 存在 的问 题 。 通 过能源管 理系统 的数据 显示 ，可达约 8 ％的节能效果。 2第二 阶段程 序优化 策 略及 实施 在第一 阶段 的基础上 ，构 建 智能空调 控制模块 实现温湿 度 自动偏移 ，提高节能效果。 根据 广州卷 烟 厂 关 于温 湿 度 控 制 的 场 所 温 湿 度 指 标 及 要求 见表 2 ，温度 均 有 2℃、湿度均有 5％的允差 范 围 。只要 受控环境 温湿度在 允差 范 围 内 ，就满 足生产 要求 。 因此 ，构 建智 能 空调控 制模 块系统 在保 留温度 和湿 度 中心点 ． 枷 ．“ 广． 一 I ，、 兰 ，j ⋯ ～ ， f、 ● l，， 二 。 V u州} V V V V W V ’ 3 一一 ． 一 图3 7 月4 日南储丝房2 6 } } 恒温恒湿空调机原系统的运行趋势 4 所示 图3 为 7 月4日南储丝房 2 甜恒温恒湿空调 机运行原程序的趋势曲线 ，图4 为 7 月 5日南储 丝 房 2 6 恒温恒湿空调 机运行新 程 序的趋势曲线，两天的室外温湿 度 的平均值接近相同。从趋势 曲 线看 ，受控制 区域的相对湿度 曲 线 1 较原 控制 模式 的具有 更 好 的响应性及稳定性 。新程序的 制冷 阀开度 3 和加 热 阀开度 2 。较 快 达 到 温湿 度设 定 值 ， 进行控 制 的功 能外 ，并 能根据 室 内外 温 湿 度工 况 自动 控 制 ， 实 现 以 温 度 设 定 值 为 中 心 点 的 1 ． 0℃、以相对湿度设定值为 中心点 的 2 ． 0 ％的智能调节模式 因温湿度调节过程存在 波动或 超调现 象 ，为确保 受控 范围 的 温湿度保 证符 合工 艺要求 ，温 度 预 留 1 q C的偏 差 、湿 度 预 留 3 ％的偏差 。从 而减少恒温恒湿 空调机系统的冷冻水和蒸 汽的消耗 ，以获得更好 的节能效果 。 ‘ ／l 、 ， 、人， ’一’ ⋯ 一 一 图4 7 月5日 南储丝房2 6 叵温恒湿空调机使用新程序的运行趋势 下转第 4 3页 彭玉 年变速箱上盖拔叉孔加工夹具设计 垫 给量可 比钻孔 时高 3 ～ 4 倍 ，一般 可达 0 ． 5 ～ 1 ． 5 mm ／ r。为了散热以及冲排屑末 、减小摩擦、抑制振动 和降低表面粗糙度值 ，铰削时应选用合适 的切削 液。铰削钢件常用乳化液，铰削铸铁件可用煤油。 6 各模板组装好后各位置精 度指标 的校验 根据 图 样 技 术 要 求 ， 各 组 孔 的 同 轴 度 咖 0 ． 0 4 0 和相邻孔的孔距允差 3 2 0 ． 0 5 必须得到保 证 ，所以，应对此两项指标严格进行校验与检测。 1 按孔 的最小极 限尺 寸制作 四根校 验棒 ， 在各钻模板安装钻套后并调正 ，使校验棒能在各 钻套孔内顺利插入并能轴 向流利滑移。 2 用外径千分尺在每相邻两棒间 并在轴 向不同位置处测校验棒的中心距，经检测换算 后的中心距应完全满足图样对各孔距的要求 ，即 各孔距 3 2 0 ． 0 5 0的条件 。 7结束语 随着科学技术和社会 生产 的迅速发展 ，机械 产 品 日趋复杂 ，对机械新产品的质量和生产率 的 要求越来越高 ，而对零件要求精度高 ，生产效率 就底 ，质量也难以保证。通过采用这套夹具体和 钻模 ，不但保证了工件的形位要求 ，提高了该产 品的加工质量 ，同时也缩短了辅助加工时间 ，提 高了生产效率。生产效率由原来的5 3 m i n ／ 件，提 高到3 3 m i n ／ 件，取得了良好的经济效益。 参考文献 [ 1 ]李洪． 机械加工工艺手册 [ M]． 北京北京出版社 ， 1 99 0． [ 2 ]何洁． 机械工程师简明手册 [ M]． 郑州河南科学技 术出版社 ．1 9 8 9 ． [ 3 ]肖继德 ，陈宁平 ．机床 夹具设计 [ M]． 北京 机械 工 业 出版 社 ． 2 0 1 1 ． [ 4 ]韩丽华． 公差配合与技术测量基础 [ M]． 北京中国 电 力 出版 社 ，2 0 1 0 ． 作者简介 彭玉年 ，男 ，1 9 7 3 年生，江西宜春人，大学本 科，高级技师。研究领域 机械加工。 编辑 向飞 一 ● 一 一 一 一 一 - - 一- ’ 一一 - - ● 一 一 ’ 一- - ’ 一- ’ 一- ’ 一- ’ 一- ● 一 - ’ 一- - ’ 一- ● 一 卜- ● 一 - - 卜- -- 卜- -- 一- ● 一一 -卜- 卜- - 卜 一 - 卜 上接第 l 2页 表 2 空调环境的温湿度指标及要求 地点 求 贮丝房 膨后烟丝 2 4 2 8 2 6 0～ 6 5 5 生产时间 贮丝房 成品烟丝 2 4 2 8 2 6 0 6 5 5 生产时间 卷烟材料仓库 2 2 2 8 2 6 0 6 5 5 生产时间 卷接包 滤棒成型 2 4 2 8 2 6 0 5 生产时间 备注温湿度指标考虑到广东气候特点，对照工艺规范的要求， 对温湿度标准中心值作了调整，各卷烟厂 生产部 可根据本地区气候设 定内控标准。 控制模式上 由原来 的点控制模式更新为采用 温湿度范围控制模式 。智能空调控制模块在保 留 温度和湿度设定点进行控制的功能外 ，能根据温 湿度 P I D的计算 结果 ，自动实现围绕温度 和湿度 设定点 向减少阀门开度的方向作上或下偏移 ，从 而实现节能 即当加热阀打开后 ，温度偏移设定 值 自动降低 ；当加湿阀打开，湿度偏移设定值 自 动降低，反之亦然 。 经过半 年多 的 反复 测试及 气 候季 节变 更 的 考 验 ，第 二 阶段 的节能 效果显 著 。通过 能源管 理 系统 的数 据显 示 ，与原 系统 对 比可达 约 3 0 ％ 的节能效果 。 3结束语 为节省能源并提高控制环境温湿度 的快速响 应性和平稳性 ，通过调节送风口的空气中的含湿 量来调节环境 的空气相对湿度 ；并采用温湿度独 立 串级 P I D双环 调节 ；多机组联动可获得一定 的 节能效果 。进一步通过根据温湿度 P I D的计算结 果 ，在满足生产要求 的前提下 ， 自动实现 围绕温 度和湿度设定点 向减少阀门开度 的方向作上或下 偏移 ，能获得显著的节能效果 。 参考文献 [ 1 ]张立群． 热力系统 串级控制P I D参数优化研 究 [ J ]． 系统仿真学报 ，2 0 0 5 ，1 7 8 1 8 4 9 1 8 5 4 ． [ 2 ]刘克维． 基于模糊逻辑的微乳液搅拌釜温度 串级P I D 控制 [ D ]． 上海上海交通大学，2 0 0 9 ． [ 3 ]胡蕾，詹惠琴，刘子宽．串级P I D控制在风柜控制 中 的应用 [ J ]． 电子测试，2 0 1 1 1 0 8 3 8 8 ． [ 4 ]魏纪君，袁哲，杨敏玲 ，等． P L C对冷凝压力控制的 应用研究 [ J ]． 机电工程，2 0 1 3 1 0 1 2 3 3 1 2 3 6 ． [ 5 ]田德允，翁志刚． 湿空气含湿量的解析计算 [ J ]． 佳 木 斯 大 学 学 报 自然科 学 版 ，1 9 9 9 ，1 7 2 1 4 9-1 51 ． [ 6 ]马兆玉． 对湿空气焓值近似计算公式的研究 [ J ]． 铁 道车辆 ，1 9 9 6 ，3 4 1 2 2 9 3 2 ． 作者简介 戴建国，男 ，1 9 5 7 年生，广东人 ，大学专科 ， 工程师。研究领域 发变电技术设计 、电气技术。 编辑 阮毅