貯絲間恒溫恒濕空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計

朱盈盈　李捍東

摘 要：貯絲間恒溫恒濕空調(diào)控制系統(tǒng)是煙草行業(yè)為貯絲間的煙絲提供恒溫恒濕環(huán)境的設(shè)備，該設(shè)備的目的是實現(xiàn)貯絲間溫濕度自動調(diào)節(jié)，將貯絲間溫度恒定在工藝指標(biāo)內(nèi)，通過實時監(jiān)測制冷機和蒸汽機的狀態(tài)，輸出信號到相應(yīng)的電動閥來調(diào)節(jié)開度大小，從而實現(xiàn)溫濕度自動調(diào)節(jié)。由于反饋信號存在延時，故采用PID算法來進(jìn)行精確的反饋調(diào)節(jié)。且該設(shè)備可利用WinCC組態(tài)軟件展示監(jiān)測畫面，利用計算機做上位機實現(xiàn)人機交互，從而可實現(xiàn)手動和自動雙重調(diào)節(jié)。

關(guān)鍵詞：貯絲間；PLC；PID；自動控制；恒溫恒濕

中圖分類號：TM925.12 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）08-00-02

0 引 言

貯絲間恒溫恒濕空調(diào)控制系統(tǒng)是煙草行業(yè)保證煙絲質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備，是卷煙廠制絲工藝中的一個重要環(huán)節(jié)。隨著環(huán)境溫濕度以及時間的變化，煙絲的含水率在貯存過程中會發(fā)生變化，影響煙絲的物理性能。保證貯絲間的恒溫恒濕對煙絲質(zhì)量的提升具有重要意義。傳統(tǒng)設(shè)備多采用手動形式實現(xiàn)恒溫恒濕，人為性質(zhì)的現(xiàn)場操作很難保證完全的恒溫恒濕環(huán)境，從而影響煙絲質(zhì)量。隨著科技的進(jìn)步，利用貯絲間恒溫恒濕空調(diào)控制系統(tǒng)可使空調(diào)機組實現(xiàn)自動溫濕度調(diào)節(jié)，將貯絲間溫濕度恒定在工藝指標(biāo)內(nèi)。

1 控制系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)框圖

貯絲間恒溫恒濕空調(diào)控制系統(tǒng)主要包括檢測模塊、控制模塊、顯示模塊和執(zhí)行模塊等。具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

1.2 系統(tǒng)主要設(shè)計思路

實現(xiàn)恒溫恒濕的空調(diào)控制的主要執(zhí)行模塊是四個電動閥門，分別是加熱閥、表冷閥、加濕閥和新風(fēng)閥。空調(diào)機組的表冷段、加熱段、加濕段裝有電動調(diào)節(jié)閥組（配相應(yīng)手動閥），便于實時采集貯絲間的溫濕度，實現(xiàn)相應(yīng)的冷熱介質(zhì)自動調(diào)節(jié)控制的目的；空調(diào)機組的新風(fēng)口加裝電動調(diào)節(jié)閥，便于實時采集新風(fēng)的溫濕度，實現(xiàn)新風(fēng)量自動調(diào)節(jié)控制；貯絲房內(nèi)加裝2只帶本體顯示功能的高精度一體式溫濕度傳感器，便于系統(tǒng)實時檢測溫濕度并進(jìn)行調(diào)整。

本系統(tǒng)選用德國西門子公司S7-300系列。S7-300 PLC是德國西門子公司通用型可編程控制器，包含CPU模塊、接口模塊、信號處理模塊、通信網(wǎng)卡、功能模塊和操作屏等部分。本系統(tǒng)的內(nèi)部接線圖如圖2所示。

2 恒溫恒濕空調(diào)控制的流程

保證貯絲間的恒溫恒濕，使貯絲間的溫濕度恒定在工藝指標(biāo)內(nèi)。主要包含制冷過程、制熱過程、加濕過程。

2.1 制冷過程

夏天時PLC通過實時采集貯絲間的溫濕度信號，經(jīng)PID算法處理后，輸出信號到表冷段電動調(diào)節(jié)閥，通過控制閥門的開度實時監(jiān)控貯絲間的溫濕度，使貯絲間溫濕度恒定在工藝指標(biāo)內(nèi)。

2.2 制熱過程

冬天時PLC通過實時采集貯絲間的溫濕度信號，經(jīng)PID算法處理后，輸出信號到加熱段電動調(diào)節(jié)閥，通過控制閥門的開度實時監(jiān)控貯絲間的溫濕度，使貯絲間溫濕度恒定在工藝指標(biāo)內(nèi)。

2.3 加濕過程

PLC通過實時采集貯絲間的溫濕度信號，經(jīng)PID算法處理后，輸出信號到加濕段電動調(diào)節(jié)閥，通過控制閥門的開度實時監(jiān)控貯絲間的溫濕度，使貯絲間溫濕度恒定在工藝指標(biāo)內(nèi)。

3 軟件設(shè)計

3.1 主程序流程圖

本設(shè)計程序的主題思想均為先定義，然后進(jìn)入無限循環(huán)，在無限循環(huán)內(nèi)，溫度和濕度的調(diào)節(jié)同時進(jìn)行，本編程方法的好處是主程序執(zhí)行完一次后可以重新采集溫濕度信息，及時對溫濕度變化做出響應(yīng)。因為溫濕度有一定的延遲性，為了能夠達(dá)到實時監(jiān)控溫濕度的效果，我們采用PID算法來控制溫濕度，保證實時檢測，實時調(diào)整。主程序流程圖如圖3所示。

3.2 控制系統(tǒng)人機交互界面設(shè)計

3.2.1 控制系統(tǒng)過程界面設(shè)計

控制系統(tǒng)的過程界面主要對工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行模擬，利用WinCC組態(tài)軟件實現(xiàn)模擬，并以此畫面作為主界面，操作人員可實時觀看整個貯絲間恒溫恒濕電氣控制系統(tǒng)的組成，運行流程和數(shù)據(jù)。系統(tǒng)主界面如圖4所示。

3.2.2 控制系統(tǒng)主操作界面設(shè)計

控制系統(tǒng)主操作界面是對整個恒溫恒濕電氣控制系統(tǒng)運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和實時操作的界面。主操作界面主要包括手自轉(zhuǎn)換操作面板區(qū)、系統(tǒng)運行狀態(tài)顯示區(qū)。主操作界面也可完成啟動和停止的操作。在系統(tǒng)運行狀態(tài)顯示區(qū)，可以顯示車間溫濕度，新風(fēng)、送風(fēng)溫濕度，冷凍水及蒸汽介質(zhì)溫度，空氣過濾器壓差信號，新風(fēng)閥、表冷閥、加熱閥、加濕閥開度，送風(fēng)機、冷凍水泵運行狀態(tài)（運行/停止）、故障狀態(tài)、檢修狀態(tài)，送風(fēng)機、冷凍水泵的手/自動狀態(tài)等。方便操作人員隨時觀察運行狀態(tài)并調(diào)整。

4 結(jié) 語

本文主要完成了控制系統(tǒng)和軟件兩部分設(shè)計，其核心是控制系統(tǒng)設(shè)計和PID算法調(diào)節(jié)以及人機交互界面的設(shè)計。實驗結(jié)果表明，本文設(shè)計的貯絲間恒溫恒濕電氣控制系統(tǒng)可自動將貯絲間的溫濕度調(diào)節(jié)到工藝指標(biāo)內(nèi)，且能用于工業(yè)生產(chǎn)。

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