一种大空间恒温恒湿系统的应用.pdf

石油与化工设备
34-技术交流
2011年第14卷
一种大空间恒温恒湿系统的应用
章威
(浙江省博物馆,浙江杭州310014
摘要】大空间系统中应用传统柜式極温恒湿组有局限性。提出一种基于 NI Labview虚拟仪器测控平台、带闭环PID控
的湿热联合处理大空恒溫恒湿控制系统。该系统控制算法采用增量式PID算法,对大延时惯性对象有更好的适用性;采
用冷机步进投入、分工况控制可有效提高系统的品质并节约能源。使用效果表明该系统稳定、控制精度高,达到了设计要
求
[关键词]大空间恒温恒湿;増量PID; NI Labview
我国南方气候环境较复杂,夏天高温高湿
我单位根据实际使用需求,采用了1套基于NI
高温低湿,冬季低温低湿、低温高湿的气候条件 Labview虚拟仪器测控平台、带闭环PID控制的湿
均会出现,给精密仪器、特殊原材料、珍贵图书热联合处理大空间恒温恒湿系统。其基本工作原
等对温湿度敏感的物质保存带来不利影响。精密理为:待处理的湿热空气经表冷器换热,表冷器
空调、恒温恒湿柜机等设备在一定程度上可满足温度控制在湿热空气的露点温度以下,湿热空气
特殊场合对空气温湿度的要求,但存在着较多局迅速在表冷器表面冷却、凝结变为干燥冷空气,
限:在大空间内使用时要靠增加设备数量达到控再经电加热器升温、加湿器加湿为合格空气进行
制效果,对使用空间存在一定限制;只在一个参循环,即表冷器制冷除湿→湿热补偿,如图1所
数段内能达到较好的控制精度,若控制点不在该示
区间则效果不佳;空气流场不均匀。
到他柜去
从其他砭柜
庳序
质柜1主送风道
↑个
多叶节
主回
风馗
學叶国问声力热
图1系统图
表冷器冷源为7℃冷冻水,由10台制冷机生产1.1系统结构
并存储在恒温水箱中
1系统硬件设计
作者简介;章威(1981
男,江西上饶人,大学本科学
历,助理工程师,主要从事电气控制方面的工作。
第5期
章威一种大空间恒温恒湿系统的应用
恒温恒湿系统硬件结构如图2所示,加热、加启停、冷机等设备投运由PLC控制,系统中开关量
湿控制由PID调节器控制,其输出的4-20mA电流报警信号、各种状态量输入亦通过PLC输入端口接
作为电加热器(加湿器)周波控制器的输入,由入;表冷器冷冻水流量由自动调节阀控制:系统
周波控制器产生的脉冲电压信号控制固态继电器送风风机采用变频控制,保证系统风压在350KP。
的通断时间,实现系统加热(加湿)控制;系统
RS485
PID
PID
本节网
中电中
速継制剧」導老制」し制
4-20mA
疑采see
A B C
开关
美机开停控
485
PLC
冷机
器,升
加热糕,超输入
232
聚停机开关
RS485
计算战
485轮32
图2硬件连接结构图
1.2数据采集模式
制算法做了一定的改进,采用了增量式PID算法。
系统采用 Agilent34970A多通道数据采集仪PD控制器是一种线性控制器,它的控制规律为:
收集现场温度传感器、湿度传感器测量的温湿度
U(t)=KpXe(tり+Ki×J「e(t)dt+Kd×de(tdt
信号,并将所采集的各点数据上传至上位机,用
(1)
以监测现场各处温湿度参数,检验控制效果。
式中:Kp、Ki、Kd分别为比例系数,积分常
Agilent34970A多通道数据采集仪有120个模拟量
数、微分系数,e(t)为控制偏差。对(1)式进行
输入通道,测量和转換包括直流电流、直流电、离散化处理得到离散的PID表达式:
入信号,通过GPIB、RS-232、LAN接口或USB
()-kpxe(3)Kix e(k)+kdxle(k)
接口,方便地连接至PC,对本例中等规模系统来
e(k-1)
(2)
说,具有较高的性价比。
U(k)为第K次采样时控制器输出值
1.3加热、加湿控制算法
e(k)为第K次采样时刻的输入的偏差值;e
(k-1)为第K-1次采样时刻的输入的偏差值。根
本系统湿、热单独控制,实现温湿度准确控据递推原理可以得出U(k-1)的表达式:
制的核心为2台UT551温湿度PID调节器。温湿度
控制都属于大延时惯性对象,如使用常规的线性
U(k-1)=Kp×e(k-)+Ki×∑e()+KdX[e
控制理论较难达到满意的控制效果,本例对控
(k-1)-e(k-2)
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2011年第14卷
式(2)减去式(3),即可得到增量式的PID好的控制效果。用暂态响应法计算出Kp、Kd、Ki
算式
值,通过控制器的菜单设置相应控制算法与参数。
△U(k)=(Kp+Kd+Ki)×e(k)-Kp×e(k-1)+Kd1.4冷冻机组投入方式
xe(k-2)
为达到较高的能效比,系统冷冻机组的投运
增量式PID算法虽然只在算法上做了改进,但采用步进温度控制方式,计算杋根据恒温水箱中
由于控制器输出的只是增量,在误动作时对输出水温进行判断,发送控制指令至PLC,由PLC执行
影响较小,不需要对误差进行累加,可以取得比较冷冻机组的开停,控制规律如表1
表1冷机步进投入图
温度冷お札1冷机2冷机3」冷机4「冷机5冷机6「冷机7冷机8冷机9冷机10
8℃
8.5"C
⊙⊙
9C
9.5℃
10℃
⊙⊙⊙⊙9⊙⊙⊙
⊙999⊙⊙
x×99⊙⊙
xx×⊙⊙⊙
10.5C
11℃
11.5℃
×××⊙⊙⊙⊙⊙⊙
X×××⊙⊙⊙
X×××
x×X×××
⊙⊙
×X××⊙9⊙
12C
×××Xx⊙
>12C
注;⊙投入;×切除
1.5系统控制模式
环境参数达到门槛条件并持续40min时,计算机调
系统与环境存在湿、热交换是导致系统品用该模式下的程序段,通过启停设备、切换控制
质变化的最主要原因。根据环境情况的变化,采对象等动作完成切换。
用不同的控制策略可提升控制效率并有效节约能2软件及通讯
态参数与设定条件相比较,判断并切换至下列不2.L开发软件
同的控制模式运行:
监控系统上位机采用PC机,下位机为用西门
(1)高温高湿(夏季)工况:冷冻水调节阀子S7-200PLC、PID控制器、数据采集器等设备,
全开通,冷冻水流量最大,表冷器除湿、制冷能
监控软件在 Labview8.6平台上开发。 Labview是美
力最大,再由加热器、加湿器进行湿热补偿
国国家仪器公司开发的虚拟仪器开发平台软件
(2)高温低湿(秋季)工况:冷冻水调节阀它的功能强大灵活,可以广泛应用于自动测量系
统、工业过程自动化、实验室仿真等各个领域。
控制器以回风温度作为控制对象,控制冷冻水流
量使温度优先达到要求,加热器停止工作,加湿
abview使用图形化编程语言编程,简单直
器工作。
观,极大