温湿度控制系统的研究

2010-09-13魏纪君汤继保

制冷 2010年3期

关键词：电加热冷器调节阀

魏纪君,崔哲,汤继保

(合肥通用机械研究院,安徽合肥230031)

1 引言

随着物质生产和人们生活水平的不断提高,合适的温湿度环境已成为人们生活和工作所必需,而电子设备对环境温湿度提出了更加具体的要求。为了保证电子设备能够拥有良好的工作环境,因此对环境温湿度需要更加精确的控制。

在本文中,我们把串级控制与分程控制的理论原理与高压风柜的温湿度控制实际特点融合在一起,在原有温湿度控制系统的基础上,进行改善。

2 高压风柜的组成与工作原理

该高压风柜主要包括:过滤器、电动三通调节阀、表冷器、挡水板、送风机、电加热等组成。

工作原理:高温高湿的空气通过高效过滤器进行净化,然后通过表冷器和挡水板析出冷凝水,达到降温除湿 (绝对湿度)的目的,由送风机送至电加热进行加热除湿,反复循环,从而达到电子设备要求的送风温湿度。

3 控制系统的设计

3.1 温度与湿度控制特点

空气的减湿方法很多,可以将室内空气温度升高,则空气的相对湿度便能降低,可见单纯的加热空气也可以起到降低相对湿度的作用,然而这种方法并不能减少空气的含湿量,并不是一种根本的减湿方法。结合高压风柜的组成特点,我们采取了冷却减湿法,用表冷器处理空气,当表冷器的表面温度低于空气的露点温度,空气中的水蒸气将凝结为水,从而降低空气中的绝对湿度,使空气减湿。

图1 高压风柜系统流程图

当空气经过表冷器后,尽管达到了除湿的目的,但是送风温度也相应的降低,需要经过电加热加热后,才能够达到要求的送风温湿度。可以看出,温度和湿度的控制采取的是两种相对立的控制方式。因此需要针对不同的温湿度环境,采取不同的空气处理方式。

主要的空气处理过程如表1。

3.2 送风温湿度控制

主要有以下三种控制方式:

(1)通过电动三通调节阀控制表冷器冷却水的进回水比例,从而对送风温湿度的粗调。

(2)通过I组电加热和II组电加热的控制,进行送风温度的粗调

(3)通过可调电加热的控制,进行送风温度的细调。

表1 空气处理过程

控制系统基本原理图如图2。

3.3 常规的控制流程和存在的问题

在高压风柜的送风温湿度的控制中,经常采取的控制思路是:为了解决除湿问题,首先采取湿度优先的方法,通过温湿度传感器检测送风湿度,当湿度过高时,控制电动三通调节阀的开度,增大进入表冷器的冷却水,此时送风温湿度都会同时降低,然后通过固定电加热进行加热,使温湿度能够达到所要求的值。

图2 控制系统基本原理图

图3 温湿度控制流程

温湿度控制流程如图3。

这样的做法虽然能够满足设计的要求,但是在相当多的时候电动三通调节阀与固定电加热会使产生的能量相互抵消,造成能源的浪费。

3.4 控制系统的实现

高压风柜的温湿度控制是一个多变量的控制对象,温度控制与湿度控制相互影响,且受外界干扰影响较大,温度与湿度的关联性比较强,要想达到稳定的温湿度精度难度比较高。我们采用了串级控制与分程控制相结合的方法,尽量让温湿度达到比较满意的精度,同时避免能源的浪费。

串级控制系统的引入能够给整个控制系统带来5个方面的改善:

(1)迅速克服进入副回路的扰动。

(2)改善了主控制器的广义对象的特性。

(3)容许副回路内各环节的特性在一定范围内变动而不影响整个系统的控制品质,也可以减少控制阀流量特性不合适带来的效应。

(4)得以更精确的控制操作变量的流量。

(5)得以实现更灵活的控制方式,主控制器在必要时可以切除。

串级控制系统的流程图如图4。

图4 串级控制系统流程图

与简单控制系统相比,串级控制系统增加了一个检测元件、一个变送器和一个控制器,对于高压风柜而言,在原来系统的基础上增加了一个回风温度检测点、一个温度传感器、一个PID控制器,从而构成了以送风温度和回风温度为控制对象的温度串级控制系统,其控制流程如图5。

图5 串级控制系统流程图

当电子设备的发热量发生变化时,回风温度传感器可比送风温湿度传感器更快的觉察到这一变化,结果是使送风温湿度能减少进入副回路的扰动的影响。进入副回路的2次扰动,会使回风温度的输出有所变化,它推动了副PID控制器动作,这样可以减少回风温度输出的波动,也就可以使送风温度的输出更加的平稳,副回路起迅速的 “粗调”作用,主回路起进一步的 “细调”作用。对高压风柜的串级控制方案显出了优越性,控制作用比简单控制系统更为及时,输出更为平稳。

考虑到节能的需求,避免电动三通调节阀的制冷与电加热的加热过程同时进行,造成能源的浪费,因此对三通阀与电加热的控制采用分程控制的方法。

分程控制系统的引入使控制手段更加的丰富,针对不同的工况可以采取不同的控制手段,并且扩大控制阀的可调范围,使得在小流量时有更精确的控制。

基本的原理图如图6。

我们把高压风柜的温湿度控制的特点与分程控制系统的原理相结合,形成了高压风柜的温湿度分程控制系统,其具体的流程如图7。