恒温恒湿空调机PLC控制程序优化

2014-02-10戴建国

机电工程技术 2014年10期

关键词：恒湿空调机含湿量

戴建国

（广州卷烟厂，广东广州 510385）

恒温恒湿空调机PLC控制程序优化

戴建国

（广州卷烟厂，广东广州 510385）

优化了广州卷烟厂生产区域空调恒温恒湿空调机的PLC控制程序，采取的措施包括调节送风口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PID算法上采用串级PID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。

空调环境；温湿度；PLC程序；优化；节能

0 前言

广州卷烟厂生产区域共有61台恒温恒湿空调机，其分布如表1，均采用PLC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PID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PID的参数的准确性要求较高、依赖性较强，单一PID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）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 kg干空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/kg（干空气）。即：

d=1 000 mq/mg，式中mq为水蒸汽的质量，mg为干空气的质量。

表1 广州卷烟厂温恒湿空调机分布表

按理想气体状态方程，有：

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 Rg， g=R/mg=287.0 J/（kg·K）。

水蒸汽的折合气体常数 Rg，q=R/mq=461.7 J/（kg·K）。

由于空气中的含湿量有异于空气相对湿度，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[5-6]。

（2）在温度及湿度的PID算法上采用串级PID双环调节，并根据控制对象的实际值修正1级PID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PID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PID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PLC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PID双环调节流程

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26#空调机）在相近的工况为例，如图3和图4所示：图3为7月4日南储丝房26#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26#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，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。

图3 7月4日南储丝房26#恒温恒湿空调机原系统的运行趋势

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℃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。

Optimization of the PLC Control Program of Constant Temperature and Humidity Air Conditioners

DAI Jian-guo
（Guangzhou Cigarette Factory，Guangzhou510385，China）

optimized the PLC control program of constant temperature and humidity air conditioners in the production areas of Guangzhou Cigarette Factory.Using the methods of adjusting air moisture content of the air supply outlet to adjust relative air humidity，adopting cascade PID double loop adjustment in the PID algorithm of temperature and humidity，increasing the working condition recognition and correction of logic in each air conditioner and constructing intelligent air conditioning control module to realize automatic temperature and humidity adjustment，remarkable energy-saving effect has been achieved.

air-conditioner environment；temperature and humidity；PLC program；optimization；energy-saving