基于空调电动阀模拟量信号干扰的控制研究

杨玲

（安徽中烟工业有限责任公司阜阳卷烟厂，安徽 阜阳 236000）

基于空调电动阀模拟量信号干扰的控制研究

杨玲

（安徽中烟工业有限责任公司阜阳卷烟厂，安徽 阜阳 236000）

在精益能源管理的推动下，深度挖掘空调能源消耗为重点关注目标之一。空调能源消耗主要分为蒸汽加热、蒸汽加湿、表冷除湿、高压微雾加湿等。在实际运行过程中发现表冷阀、蒸汽加热阀、加湿阀等电动阀存在阀门开度不受控制的问题，通过查看电动阀阀门的画面、历史曲线发现其阀门的开度无规律波动，空调机组停机时表冷阀等也出现波动，模拟量信号的控制受到干扰。

空调；电动阀；模拟量信号；干扰

1 分析电动阀控制现状

工艺要求空调温度设定24～28℃。由于夏季高温高湿，在日常运行时，冷媒水温度设定为8～12℃，为空调机组提供冷源，起到降温除湿的效果，需要合理调控表冷阀的开度，除湿的同时可能会降低温度，此时需要开启蒸汽加热阀，合理调控阀门开度大小（图1）。

图1 阀门开度控制图

在实际运行过程中阀门开度不受控制问题不容忽视，比如在K9空调运行过程中，出现表冷阀和加热阀不受控制，例如表冷阀给定开度为5，反馈值为0，而此时不需要使用加热，加热阀给定开度值为0，实际反馈值为11，在K9空调停机状态下，上位机给定的表冷阀和加热阀阀门开度均为0，而K9现场表冷阀和加热阀的阀门有打开动作，上位机监控画面表冷阀和加热阀的阀门开度有反馈值，反馈的开度在0～20之间上下波动。但当处于春秋等过渡季节时，不需要开启表冷阀时，需要开启蒸汽加热阀和加湿阀，阀门开度也出现类似的不受控制问题。电气干扰问题较严重，对模块进行更换，线路重新敷设均不能解决阀门干扰问题（图2）。

图2 阀门历史曲线图

2 电气干扰的分析及问题解决方法

在存在干扰的工业控制环境中，电流信号的传输比电压信号传输稳定性好，使用电压信号进行传输的过程中容易受到干扰，失真从而影响信号的正常传输和控制，将电压信号经转换隔离器转换成电流信号进行传输，可以大大降低传输过程中的干扰问题。

空调系统表冷阀和加热阀不受控制问题的主要原因是电气干扰问题。而空调PLC控制电柜内既有微弱的毫伏级的小信号也有数十伏的大信号，既有直流低频信号也有高频或脉冲尖峰信号。这些信号要经过相互传递和输送过程，模拟量信号在传输过程中会受到外部信号的影响。

解决电气干扰问题可采用在过程环路使用信号隔离器。信号隔离器采用隔离技术，断开过程环路中的直接电路（直流通路）但又不影响过程信号的正常传输，从而彻底解决了上述问题。

信号隔离器一方面能解决接地环路和设备互联时产生的地线参考点不同的问题，另一方面能有效地去除线路在传输过程中可能受到的无限射频和电磁干扰问题。输入信号不管是0～10V，或是带有+10V干扰的10～20V的信号，经过隔离器后均变为0～10V的标准信号。

结合现场PLC配电柜内剩余空间不够大，现场空调阀门安装在箱体上方，确定可以将新增加的电柜箱安装在现场空调箱体上方，距离现场阀门很近，从PLC电柜引出的模拟量信号先转换为4～20mA的信号进行传输，进入新增加的电柜内进行电流变化电压信号的变化，将0～10V的电压信号作用与现场阀门，实现阀门开度的控制。

如图3所示，选用两款有源电压型和电流型信号转换隔离器，供电电压是24V，一进一出型，将信号进行两次转换后控制阀门开度。此外，选用两线制的电缆线60米，220V转24V变压器。

图3 信号隔离器的选用

3 解决方案的实施

3.1 现场的安装及布置

PLC控制柜内将模拟量信号里控制空调加热阀和表冷阀的线路区分开来，将原模拟量控制信号到端子排理清；两线制电缆线从K56789现场配电柜经桥架引到空调K7.8.9现场空调上。

在空调主机上方选择合适的位置安装新增电柜箱，距离加热阀和表冷阀位置不远处，柜内安装220V开关，新增AC220V转DC24V变压器，导轨上安装转换隔离器。

将现场表冷阀和加热阀的控制接线引入到转换隔离器的输出端，最终以0～10V的电压信号控制现场阀门，现场安装接线图，见图4。

图4 现场安装接线图

3.2 调试及试运行

利用停产对K9空调表冷阀、加热阀进行测试与验证，如K9空调表冷阀给50开度，加热阀没有动作。直观从阀门画面和曲线可以看出：没有发现在开启任何一个电动阀而影响另外电动阀的波动，即使空调不运行也没有发现电动阀的波动。

进行了检查和跟踪，通过图表可以看出电动阀干扰源已彻底消除。干扰源消除后，电动阀的波动不再出现，空调运行效率明显提高，也减轻操作工频繁操作的工作量。

4 结语

将PLC信号、变送器或仪表输出的电压信号，通过半导体进行隔离转换，然后再进行变换回隔离前的信号，保证变换后的信号、电源、地之间的独立，通过这样的方式解决工业控制现场模拟量信号在传输过程中受干扰的问题，解决了空调自控系统中0～10V电压信号的传输干扰问题，投入少，效果显著。整个控制系统中传输0～10V电压信号的模拟量控制问题都可以进行转换隔离。电动阀的干扰问题会大大缩短阀门的使用寿命，影响空调控制的稳定性。此干扰问题得到解决后降低了阀门件的消耗，提高了西门子PLC模块的稳定性，减轻了劳动强度，降低了设备维护成本，空调自动控制干扰问题得到有效改善，提高空调工艺温湿度控制稳定性，同时，大大降低了能源消耗。围绕厂部的“精益生产”，深挖设备存在的缺陷，进一步优化设备的参数和逻辑控制，促进了动力设备经济稳定运行。

[1]廖常初.大中型PLC应用教程[M].机械工业出版社.

[2]采暖通风与空气调节设计规范.GB50019-2003.

[3]谢克明，王柏林，李有善.自动控制原理[M].北京：电子工业出版社，2004.

[4]吴大正.信号与线性系统分析[M].北京：高等教育出版社，2004.

TU831.3

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1671-0711（2017）12（上）-0148-02