浅谈厂房环境控制三阀分程控制

毛险峰，胡鹏飞，许 伟

(华北计算机系统工程研究所，北京 100083)

浅谈厂房环境控制三阀分程控制

毛险峰，胡鹏飞，许 伟

(华北计算机系统工程研究所，北京 100083)

从厂房环境智能控制实际出发，介绍了空调系统的工作原理及空调控制系统的要求。对表冷阀、加热阀、加湿阀采用PID(Proportion Integration Differentiation)分程控制的方法，解决了PID计算结果由哪个阀来执行的问题；文章还介绍了当实际温度高于设定温度时，如何控制表冷阀和加热阀；同时表冷阀也关系到湿度的调节，介绍了当湿度低时，如何控制表冷阀和加湿阀。温度与湿度控制各采用一套PID算法进行计算控制，为厂房环境温湿度控制提供了参考和思路。

PID；分程控制；表冷阀；加热阀；加湿阀

0 引言

越来越多的行业对车间的环境要求越来越高。控制车间环境的温、湿度，不仅仅是为了保证工作人员工作环境舒适，更重要的是满足生产工艺要求，提高产品质量。一套智能环境控制系统可以以最低能耗满足环境要求，大大降低企业的能源成本与管理成本。

1 空调系统

现在的空调系统主要使用一次回风型全空气系统，一起处理完空气后，再送到各车间。如图1所示，空调房间的空气被回风机抽出，排出一部分后，与新风混合进入空调箱处理。根据空调房间安装的温湿度传感器实际测量值与温湿度设定值比较，经过计算，按照需求进行降温或者加热、除湿或加湿处理后，由送风机送回空调房间。

空调箱降温由表冷器完成，冷源由吸收式冷机提供冷水，用表冷阀控制冷水流量。同时，表冷器也具有除湿功能。需要除湿时，将增大表冷阀开度。空调箱加热功能由加热器完成，热源由蒸汽锅炉提供蒸汽。用加热阀控制进入加热器的蒸汽量。蒸汽不仅为加热器提供热源，也供加湿器为空气加湿。用加湿阀控制加湿的蒸汽量。温湿度控制简单地说主要是控制表冷阀、加热阀和加湿阀这三阀。空调控制系统除了保证空调房间的空气温湿度指标符合要求外，还要将空调能耗降至最低。从节能的角度考虑，空调控制系统还有新风阀、排风阀和混风阀三个风阀需要进行控制。

图1 一次回风空调系统示意图

2 控制系统

2.1自控系统总体要求

(1) 采用分散控制、集中管理、综合监控的模式，实现车间恒温恒湿、制冷站优化控制及能源管理自动化、合理化[1]。

(2)自控系统无论在硬件选择还是软件编程上，保证系统的可靠性[1]。

(3)自控系统应具备可扩展性和开放性，保证系统投资的长期效应以及系统功能不断扩展的需要，并提供开放式数据通讯，资源共享[1]。

(4)自控系统的人机界面应友好，易学易用，具有良好的中文信息处理能力，能适应不同水平的操作维护人员。

(5)自控系统应具有遥控、本控、手动功能。遥控状态是在中央监控微机上对设备进行远程控制，本控是通过自控系统完成设备或系统的自动控制，手动是通过设备低压启动柜对设备(如风机、阀门)进行操作，以方便设备维护和调试。

2.2网络结构

上、下位机全部接入厂区光纤工业以太环网。下位机到远程终端模块采用DP总线。网络结构如图2。

图2 网络结构图

2.3控制界面

组态控制界面除了显示所需测量数值，还具备防错功能。如当不具备开机条件时，应显示具体哪个部位哪个条件不具备，并以告警信息覆盖启动按键，使之无法进行启动操作。例如发生火情时，防火阀机械操控机构会因为高温脱扣，关闭防火阀防止火情扩大。如图3所示，当送风管路或回风管路的防火阀关闭时，在对应故障点显示火焰图案，并显示告警信息“不具备开机条件”。在故障清除前，不能再次启动空调系统。

软件既要考虑可靠性，也要考虑可测试性。软件的可测试性包含软件发现故障并隔离，定位其故障的能力特性。如一个空调房间有8个温度传感器，控制房间温度的过程，是以8个传感器的平均测量值作为实际测量值进行控制计算。如果有一个传感器发生故障，与其他传感器测量值偏差超过设定偏差量，系统将自动以其他7个传感器的平均测量值进行控制计算，做到发现故障并隔离，同时显示告警信息。软件实现可测试性必然界面要做到可观性。如图4所示，可在人机界面调看必要的输入、输出与中间变量参数数值，这有利于使用人员与维修人员进行故障定位与故障分析。

图3 空调机组主画面

图4 空调机组参数

3 三阀控制

对于三阀控制，目前控制思路多种多样，常见的有模糊控制、自适应控制、PID控制，以及多种方法组合控制[2]。本文讨论采用PID分程控制法。

PID分程控制法温度与湿度控制各采用一套PID算法进行计算控制。但是PID计算结果由哪个阀来执行？对于温度调节来说，表冷阀和加热阀的动作，都会影响空调房间的温度变化，那么当实际温度高于设定温度时，是开大表冷阀降温还是关小加热阀减热？同时表冷阀也关系到湿度的调节，当湿度低时，是减小表冷阀降低除湿功效，还是加大加湿阀增加加湿量呢？

既然两个阀都影响同一指标，本文把PID计算输出数值0～100进行等分分程控制阀门。对于温度调节的PID计算结果的0～50用来控制表冷阀，对应表冷阀的开度为100%～0。PID计算结果的50～100用来控制加热阀，对应加热阀开度为0～100%。在空调刚启动时，温度PID预设初始值为50，加热阀与表冷阀的开度都是0。如果此时需要降温，那么PID计算结果将小于50，对应的表冷阀将按照比例关系打开，此时加热阀是关闭的。如果调节需要加热，随着PID计算结果从小于50逐渐增加到大于50的过程，表冷阀会逐步关小直至关闭，加热阀会根据计算结果按比例打开。

同理，湿度PID模块的计算结果也分程作用于表冷阀和加湿阀，前半程0～50对应表冷阀的100%～0开度，后半程50～100对应加湿阀的0～100%开度。PID初始值也是50，在空调机组不运行时，三阀开度都是0。带来的问题是温度PID和湿度PID的结果前半程都用于控制表冷阀，到底表冷阀按照谁的结果开阀门？本文给出的解决办法是：谁大就听谁的。只需加一条比较指令，将大的数值输出给表冷阀。

4 结论

由于每个空调系统的配置不同，使用环境不同，耦合效果也不同，所以要根据现场实际情况选择控制模式。PID分程三阀控制，在外界干扰因素不是突发变化很大的情况下，在温湿度合格的区间可以比较稳定地控制现场环境。

[1] 魏纪君，崔哲，汤继保.温湿度控制系统研究[J].制冷，2010,29(3): 4-8.

[2] 焦连渤，沈东凯.模糊PID控制在温湿度控制系统中的应用[J].南京航空航天大学学报,1998,30(4): 437-442.

Discussion on the three valves split control in plant environment control

Mao Xianfeng, Hu Pengfei, Xu Wei

(National Computer System Engineering Research Institute of China, Beijing 100083, China)

This paper is based on the intelligent control of plant environment, introduces the working principle of air conditioning system and the requirements of air conditioning control system. Using the method of Proportion Integration Differentiation(PID) split control to control cooling coil valve, heater valve and heating valve, and to solve the problem of which valve to carry out the PID calculation results. When the actual temperature is higher than the set temperature, how to control the cooling coil valve and heater valve. At the same time, the cooling coil valve is also related to humidity regulation, when the humidity is low, how to control the cooling coil valve and heating valve. The above problems are also discussed in this paper. Temperature and humidity control are respectively using a set of PID algorithm for calculation and control, which provides a reference and ideas for the factory environment temperature and humidity control.

PID; split control; cooling coil valve; heater valve; heating valve

TP273

：A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2017.17.025

毛险峰，胡鹏飞，许伟.浅谈厂房环境控制三阀分程控制[J].微型机与应用，2017,36(17)：86-87，91.

2017-04-12)

毛险峰(1974-)，男，本科，工程师，主要研究方向：自动化。