高精度恒温恒湿检测实验室空调自动控制系统设计

周利民 沈阳计量测试院

计量检测基地新建实验楼内的空调机组全部是生产服务的工艺性空调机组，由于生产内容是检测高精密仪器、仪表、量块以及医疗等设备的性能，实验室内温度、湿度的精度及稳定性对测量结果有着重要的影响力，针对该检测基地的需求配备了高精度恒温恒湿空调自动控制系统。通过对环境品质的精度控制使检测环境达到稳定可靠的恒温恒湿要求。准确的检测结果为工业用表、医疗设备、量块、食品加工等提供了衡量标尺。

一、高精度恒温恒湿空调自控系统组成

本系统采用PLC200可编程序控制器进行自动化控制，保证系统可靠性更高、灵活性和可扩展性更好，温湿度控制精度更高，响应速度更快，更易于进行系统的维护和扩展，系统的性价比更高。

该空调自控系统采用SIEMENS公司的SIMATIC S7-200系列可编程控制器，每台恒温恒湿机组配置一个CPU模块和若干个输入/输出扩展模块、通讯模块、温湿度传感器以及执行器等相应设备。控制系统共有24台PLC控制器组成，采用PROFIBUS现场总线组成系统网络。系统中配置一台计算机工作站，安装WinCC系统管理软件，采用人机界面，对各空调机组进行远程控制操作，可实时监测每台空调机组的运行状态，对所有运行数据进行监控记录，同时可以采用数据表格或曲线的形式查看历史数据或实时数据，每台空调机组现场控制箱均配置了一个TD400C控制面板，面板上也能实时监控和设置空调运行的各类参数和控制空调机组的启停，实现与工作站远程控制同步。

二、高精度恒温恒湿机组控制

该高精度恒温恒湿空调系统空气处理分为几个阶段，新风初效过滤段、表冷段、加热段、电极式加湿段、风机段、风管二次加热段、送风口二次过滤段等组成。空调自控原理图如图所示。风冷式高精度恒温恒湿机组专门为工作区提供高精度环境要求的空气，其空气处理方式为：一定比例的新风与回风混合，然后经过初效过滤器，表冷段，电热蒸气加湿段，电加热段，然后由送风机送入工作区。该机组的冷源由本身的压缩机制冷系统提供。各个空气处理阶段运行操作如图1所示：

图1 空气处理阶段流程图

（1）送风温度处理：在送风管道处设置温度变速器，根据送风温度与设定值比较，连续调节送风管道上电加热器的功率输出，使送风温度稳定在设定值。

（2）湿度处理：回风湿度低时，通过调节电加湿器的开度使回风湿度稳定在设定值；回风湿度高时，关闭加湿器，同时在保证室内温度要求的情况下增加压缩机开启数量。

（3）连锁控制：电加热器与系统联锁启停。通过软件程序实现新风阀与送风机的连锁控制。压缩机、加湿器、电加热器都与风机联锁。电加热器超温断电保护。

（4）压缩机制冷系统：压缩机互为备份；压缩机冷凝风机顺序启停；配有高、低压保护及报警装置。

（5）操作控制：在计算机操作站上，每一台机组都将通过彩色三维图形显示，辅以图标的颜色变化和闪烁，直观显示不同机组的运行状态和报警信号，动态显示每台机组送、回风温度、湿度和电加热器开度，通过鼠标修改设定值或者末端设备开度、改变设备启停状态，以求达到最佳温、湿度控制。

（6）每个实验室配置了房间式温湿度传感器，对20±0.5℃高精度实验室配置了高精密度温度传感器，每个实验室配置了一个LED数码温湿度显示仪。

另外每一台机组报警信息均有历史记录，可列表输出历史故障记录信息。在报警发生时，将按照对象的时间特征，将报警信息显示于报警窗口，同时蜂鸣器发出连续警报声，直至该报警信号被确认。空调管理人员排除故障，空调机组重新复位确定后，报警解除。同时还附有温、湿度参数的记录、据存储功能。可显示、储存及打印有关温、湿度的报表、动态趋势图等。

三、结论

如上所述，空调自动化控制系统能够为实验室提供高品质高精度的检测环境，并在此基础上进行节能控制。用电量可比未采用空调自动化控制系统时的用电量减少30%以上。空调自控系统将通过软件以及硬件的完美结合，实现对恒温恒湿机组的最优化控制，保证设备在最优状态下运行，可大大提高设备的使用寿命，减少人力资本投入。经多个周期运行发现，该套空调自控系统运行可靠，参数设定简单、远程监控便捷。实现了实验室温度、湿度的高精度控制及环境稳定性。