空調(diào)恒溫恒濕節(jié)能控制在儲絲房的應(yīng)用

朱子玉，卓永冰

河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司鄭州卷煙廠，河南鄭州 450000

0 引言

儲絲房環(huán)境的溫濕度直接影響到煙絲的含水量和質(zhì)量。不同區(qū)域分別安裝有4套溫濕度傳感器，檢測各自區(qū)域溫濕度原始值，經(jīng)過加權(quán)平均干球溫度和相對濕度的平均值，進(jìn)行系統(tǒng)控制。這種控制模式，在特定情況下，會(huì)造成能源(冷凍水/干蒸汽)的浪費(fèi)。因此，需要采取一種更為節(jié)能的控制方法，實(shí)現(xiàn)儲絲房空調(diào)恒溫恒濕節(jié)能控制。

1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

儲絲房空調(diào)送風(fēng)機(jī)、回風(fēng)機(jī)電機(jī)功率分別為75kW、37kW。控制器采用S7-300系列PLC作為主站，中控室配備有WINCC上位機(jī)監(jiān)控，上位機(jī)通過PROFIBUS-DP讀取PLC數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控。在PLC下面掛接一個(gè)IM153 DP從站，用于擴(kuò)展一個(gè)8AI的模塊。

Profibus協(xié)議包括3個(gè)部分：Profibus DP，主站和從站之間采用輪詢的通訊方式；Profibus PA，電源和通信數(shù)據(jù)通過總線并行傳輸，主要用于面向過程自動(dòng)化系統(tǒng)中單元級和現(xiàn)場級別的通訊；Profibus FMS，主要用于自動(dòng)化系統(tǒng)中車間級別之間的數(shù)據(jù)交換。

該系統(tǒng)中用的是 Profibus-DP協(xié)議。Profibus網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成：1）Profibus (一類主站)，支持主站功能的通訊處理器，IE/PB鏈路模塊；2）Profibus（從站），支持從站功能的通訊處理器，其他支持DP接口的輸入輸出；Profibus 網(wǎng)絡(luò)部件，總線連接器、中繼器、耦合器。

2 系統(tǒng)軟件構(gòu)成

2.1 上位機(jī)軟件WINCC V6.0 SP3

運(yùn)用西門子工業(yè)組態(tài)軟件WINCC開發(fā)上位機(jī)監(jiān)控程序。通過WINCC的組態(tài)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與PLC的鏈接、通訊、進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)監(jiān)控畫面wincc

2.2 PLC控制原理

PLC(下位機(jī))的軟件在西門子STEP7 V5.4平臺上開發(fā)。

2.2.1 變風(fēng)量系統(tǒng)

通過變風(fēng)量控制實(shí)現(xiàn)儲絲房溫度的調(diào)節(jié)。變風(fēng)量系統(tǒng)的送風(fēng)量不僅取決于風(fēng)系統(tǒng)的沿程阻力，也與送風(fēng)口處靜壓有關(guān)。風(fēng)管系統(tǒng)沿程阻力恒定，送風(fēng)口處靜壓增高，送風(fēng)量將增大；風(fēng)管系統(tǒng)沿程阻力增大，送風(fēng)量隨送風(fēng)口處靜壓變化而變化。通過控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的出口靜壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)送風(fēng)出口的靜壓，通過變風(fēng)量控制實(shí)現(xiàn)儲絲房溫度的調(diào)節(jié)。靜壓與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如圖2所示，風(fēng)機(jī)性能曲線與系統(tǒng)阻力曲線的交點(diǎn)即為系統(tǒng)的工作點(diǎn)，該點(diǎn)對應(yīng)縱軸為該轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生的靜壓，橫軸即為與之相應(yīng)的風(fēng)量。

圖2 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與送風(fēng)靜壓的關(guān)系

儲絲房溫濕度傳感器實(shí)際溫濕度值，與設(shè)定值比對、運(yùn)算，當(dāng)冷熱濕負(fù)荷與設(shè)定值偏差過大，空調(diào)風(fēng)量增加，反之，空調(diào)風(fēng)量減少，實(shí)現(xiàn)變風(fēng)量控制，根據(jù)儲絲房內(nèi)熱濕負(fù)荷變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量，進(jìn)而降低風(fēng)機(jī)能耗

2.2.2 合理利用新風(fēng)

圖3 新風(fēng)可以利用的區(qū)域

通常焓差的控制用于過渡季節(jié)。室外焓值較低，且室內(nèi)需要降溫時(shí)，不開啟制冷機(jī)，引入新風(fēng)進(jìn)行降溫，減少制冷機(jī)能耗。如圖3所示，紅線與圖表邊界所圍成的區(qū)域即為室外新風(fēng)可以利用的范圍。

2.2.3 室內(nèi)絕對含濕量為控制對象的濕度控制方式

一般情況下，系統(tǒng)以相對濕度為控制對象進(jìn)行濕度控制。相對濕度和干球溫度之間相互影響，絕對濕度不變，相對濕度隨著干球溫度的上升而下降，反之而上升。

儲絲房濕度要求常年保持在65%左右，原有溫濕度分開控制的方法，造成干蒸汽加濕的浪費(fèi)和系統(tǒng)濕度波動(dòng)。運(yùn)用絕對含濕量為控制對象的濕度控制模式，可以克服溫濕度分開控制諸多缺點(diǎn)。

圖4 以相對濕度為控制對象

圖4所示，以相對濕度為控制對象。13:58，儲絲房溫度為23℃，低于設(shè)定溫度25℃，相對濕度約為70%，高于設(shè)定濕度65%，空調(diào)一直進(jìn)行除濕加熱，溫度上升，絕對濕度下降，相對濕度下降接近60%。在這一過程中，先后經(jīng)歷了“除濕”和“加濕”兩個(gè)階段，造成不必要的能耗。

如圖5所示，系統(tǒng)以絕對含濕量為控制對象進(jìn)行濕度控制。13:58，儲絲房溫度為23℃（低于設(shè)定溫度25℃），相對濕度約為70%（高于設(shè)定濕度65%，經(jīng)過計(jì)算，該狀態(tài)下絕對含濕量為12.46g/kg，而設(shè)定溫、濕度狀態(tài)下對應(yīng)的絕對含濕量為13.05g/kg，不需要除濕操作。隨著溫度不斷的上升，相對濕度會(huì)不斷的下降，接近設(shè)定濕度65%，不“除濕”，相對濕度下降比較平滑，設(shè)定濕度65%。絕對含濕量為控制對象進(jìn)行濕度控制：優(yōu)點(diǎn)，節(jié)約干蒸汽熱源和冷凍水冷源，缺點(diǎn)，控制精度下降。

圖5 以絕對含濕量為控制對象

3 結(jié)論

該系統(tǒng)改造投入使用后，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。1）運(yùn)用了先進(jìn)的PLC和總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了溫濕度的自動(dòng)化控制，自動(dòng)化程度高，操作簡便；2）節(jié)能效果明顯，減少了電能、蒸汽和冷凍水的使用量。

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