卷烟厂卷接包车间空调自控系统

卷烟厂卷接包车间空调自控系统
湖南省南华大学三力公司　贺艳松
[摘　要]根据卷烟厂卷接包车间工艺的特点,对其空调系统采用上、下位机实施自动控制,在应用中,系统稳定可靠,数据传送快,节能效果好。

[关键词]空调自控　可靠性　节能
1.概述
根据某厂卷接包车间空调自控系统要求,制定如下自控方案:空调控制系统采用集—散结构:上、下位机及下位机之间则由PRO F I BU S总线连接。

此种结构具有扩充方便、系统开放、组态灵活等特点。

卷接包车间及储丝房空调、制冷站等共配置七台空调箱(J1—J7),每台空调箱由一个下位机(控制器)完成检测、控制、计算等任务。

下位机控制器采用西门子公司的S7—200可编程序控制器,现场所有参数均由控制器进行监控,S7—200可编程序控制器具有控制精度高、系统稳定可靠、实时性好、数据传输快速的特点。

上位机采用市场主流机型(PC机)完成对数据显示、管理、存储、报表处理、打印、报警、运行参数设定及修改等任务。

对操作人员来说由上位机对现场各参数点的监控完全透明,因而本系统具有操作方便、界面友好,维护简单等特点。

2.被控设备及监测控制点
2.1被控设备为空调机组一台,由一个控制器控制
2.1.1数字量输入点(D I)
包括过滤段检测,风机状态检测防火阀报警,自动 手动状态检测,系统启 停,喷淋泵运行检测。

2.1.2数字量输出(DO)
面板指示灯,风机启 停,报警,喷淋泵运行控制
2.1.3模拟量输入(A I)
新风温湿度,送风温湿度房间温湿度,冷水阀及加热、加湿阀位置,风门位置。

2.1.4模拟量输出点(AO)。

加热阀及表冷阀、加湿阀控制,风门控制。

2.2制冷站相关设备,由一个控制器控制(J7)
2.2.1数字量输入点(D I)
冷冻水泵状态,冷却水泵状态,冷却塔风机状态,喷淋水泵状态,水流开关状态监测,制冷机状态。

2.2.2数字量输出(DO)
报警,冷冻水泵控制,冷却水泵控制,喷淋水泵控制,冷却塔风机控制,制冷机启停控制。

2.2.3模拟量输入(A I)
冷冻泵送回水温度,冷冻泵送回水压力,冷却泵送回水温度,蒸气温度监测,蒸气压力监测,冷冻水流量监测,冷冻泵送回水压差监测,压差旁通电动阀位置。

2.2.4模拟量输出点(AO)
压差旁通电动阀控制
3.控制器选择
3.1控制器的选择:
选用西门子S7-200、S7-200可编程控制器,M P I PRO F I BU S现场总线方式。

3.2S7-200可编程控制器为通用控制器,其在各行业自控系统中有广泛应用。

应用于空调自控是可编程控制器的主要用途之一,它既具有其他专用空调DDC控制器运行稳定可靠的特点,同时又具有价格较低,组合灵活、控制方便、系统对用户开放的优点。

4.空调系统控制方案
4.1温、湿度检测
在空调系统中,车间内分成三个控制区域,即二楼卷接包车间、三楼试制车间、三楼储丝房、及制冷站监控区域。

二楼卷接包车间设置9个温、湿度监控点;三楼卷接包车间设置4个温、湿度监控点;三楼储丝房设置6个温、湿度监控点;整个车间共设置19个温、湿度检测点,控制时分区域以温、湿度点检测值的加权平均值作为相应区域的被控量,这样能更真实地反映每个空调区域温、湿度的情况。

制冷站监控区域设置制冷机冷冻水泵、冷却水泵、喷淋水泵、冷却塔风机、压差旁通、水流开关等的控制及监测点,大约52个数字量I O点;24个模拟量I O点。

在空调器送风口、新风口处各设一个温、湿度传感器。

传感器是系统的关键元件,故所有温、速度传感器选用西门子产品。

4.2执行机构
控制温、湿度的执行机构为电动调节阀,分别起加热、制冷、减湿的作用,其中制冷阀同时起降温和减湿的作用。

执行机构与传感器一样也是关键部件,同样选用西门子公司SKx系列产品。

该系列液力驱动器,采用液力驱动,转矩大、性能稳定。

5.空调系统控制原理与方法
5.1温、湿度的多工况控制
卷烟厂各车间的生产工艺对温湿度环境提出严格的精度要求,空调系统为满足车间全年的温湿度精度指标,配备了众多的热湿处理手段,常见的有表冷器(降温除湿)、加热(升温)、加湿器、新风 回风 排风阀、风机变频、喷淋(降温加湿)等。

然而,自控系统在某一时刻,温度P I D控制回路的输出只能对应一个执行机构,同样,相对湿度P I D控制回路的输出也只能对应一个执行机构。

因此,在全年某一特定时刻的室外气象条件和车间热湿负荷条件下,能否选择最合理、最节能的热湿处理执行机构,是烟厂空调自控系统能否保证温湿度精度的前提条件。

根据被控车间的热湿负荷特性和当地室外气象条件,自动将全年分成若干个工况区域,每个工况区域内制订出一个最合理、最节能的温湿度控制模型,找准各区温湿度控制回路的执行机构,保证全年各时刻的温湿度控制精度,寻求空调系统的最佳节能运行方案。

5.2温湿度控制
工况分区后,对每个工况区域的温湿度P I D控制回路采用自适应、串级及分程调节规律,以满足车间温湿度高精度控制。

P I D自适应控制　控制器用P I D控制回路分别控制温度及湿度,由于空调系统惯性大,温、湿度变化速度不快,故一般只使用P I调节,即比例积分调节,合理的P I参数整定,可使系统既有较快的响应速度,又可有效地消除系统静差,以提高控制系统的品质因素。

对于卷烟厂由于车间动态的热物理特性和变化的室外气象条件,温湿度控制回路的比例常数(P)和积分常数(I)也应随之动态适应,以防较大的超调现象和无限震荡现象发生。

因而采用P I D自适应技术,自动修正比例常数(P)和积分常数(I),保证车间快速到达温湿度高精度要求。

分程调节规律　多工况控制软件在部分季节工况区域采用分程调节规律。

比如,对于一次回风系统,带表冷、加热时,部分季工况温度控制回路采用如下分程调节规律:依次完成表冷阀关闭、新风阀关闭(或最小开度)、加热阀开启等过程;反则,依次
—
5
9
1
—
完成加热阀关闭、新风阀开启(或最大开度)、表冷阀开启等过程。

串级调节规律　在解决烟厂空调自控时,由于车间体积大,温湿度场在水平和垂直方向上均存在不均匀性,因此应在车间内部布置室内温湿度传感器。

然而,从执行机构(如表冷、加热、加湿阀)的动作发生变化,到车间温湿度传感器感应出来,存在较大的滞后,为防止因滞后时间导致的温湿度超调现象,以送风温湿度参数为中间变量进行串级控制。

其他　在出现既加热(升温)又制冷(减湿)的对立工况时,控制器会自动决定是采用湿度优先还是适度优先的原则进行调节。

系统通过判别表冷阀开度的方法,确定是使用干蒸汽加湿,还是使用喷淋加湿的方式,可有效避免空调器产生凝结水。

根据新风焓值进行分区控制方式,系统可调节新风门及回风门开度,以确定最优新回风比,实现最大限度的节能。

6.风机和泵类负载的工作原理与节能
由于工业企业生产设备的传动电动机大部分是交流异步电动机其耗电量约占企业全部电耗的65%左右尤其是风机和泵类负载其能源利用率和功率因数都比较低,严重制约着企业经济效益的提高。

下面我们就从风机和泵类负载的工作原理来进行分析以说明使用变频器后能够取得显著的经济效益及给企业带来新的经济增长点。

7.风机和水泵的节能
据统计全国工业总用电量的三分之一用于风机水泵和压缩机之类的电气传动装置这类机械的传统控制方法是采用恒速交流电动机驱动同时用闸阀挡板放空回流等办法实现流量的调节这样的系统存在许多问题:
例如
・设备易于老化使用寿命短
・为了留有裕量通常都采用过容设计使装备在低负荷下运转设备的利用率低
・大多数应用场合都使用挡板和闸流阀调整流量运行效率
低 ・维护工作量大
・管理不方便难于实现系统的集成和自动化
由于上述问题的存在造成电能损耗大等诸多问题,这是因为风机和泵类负载在满负荷情况下运行的时间较少,大部分时间运行在总负荷的60%～80%之间。

(如下图所示)因此采用电动机全速运行,同时调节阀门和挡板的方式来调节流量,就会造成很大的能源浪费,而采用改变电动机转速的方法来实现流量的调节,可以收到十分明显的节电效果。

8.变频器在中央空调控制上的应用
现代化的大型场馆和楼宇中都具有中央空调系统。

空调系统的作用是对室内空气进行处理,使空气的温度流动速度及新鲜度CO 2等指标符合环境舒适的需求。

在大型场馆和写字楼的电耗中,中央空调系统占据了很大的比例如何将电耗降下来,提高经济效益,已经越来越为企业的负责人所重视,作为中央空调系统的重要组成部分,风机和冷冻冷却水泵其传统的控制方法是设备长期在恒速下运行,同时利用闸阀、挡板、放空、回流等方法进行控制和调节,白白消耗了大量电能。

9.中央空调系统的构成
中央空调系统主要由以下几个部分构成,冷冻机组、冷却水塔、外部热交换系统和冷却风机。

・冷冻机组是中央空调的致冷源,通往场馆和楼宇各个房间的循环水由冷冻机组进行内部热交换降温为冷冻水。

・冷却水塔用于为冷冻机组提供冷却水,带走冷冻泵在制冷过程中产生的热量。

・外部热交换系统由两个循环水系统组成,即冷冻水和冷却水循环系统。

・冷却风机包括室内风机和冷却塔风机。

中央空调系统的这几部分不断地进行热交换过程,冷冻水循环系统和冷却水循环系统、冷却塔风机系统是能量的主要传递者。

10.
自控方案图
参考文献
[1]《自动控制设计规范》(采暖、通风和空气调节系统)
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