趙蘇唯
(蘇州科技大學(xué),江蘇 蘇州 215009)
介紹了無(wú)冷凝高精度溫度控制設(shè)備保障系統(tǒng)的工作原理和控制策略,并對(duì)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問(wèn)題加以預(yù)防,從而保證產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。無(wú)冷凝高精度溫度控制設(shè)備保障系統(tǒng)外形圖如圖1 所示:
本設(shè)備提供雙站射頻子系統(tǒng)溫度環(huán)境條件??商峁?25~60 ℃環(huán)境,設(shè)備采用溫度傳感器測(cè)定控溫平臺(tái)的出口液體溫度,通過(guò)調(diào)節(jié)電加熱和供液流量實(shí)現(xiàn)平臺(tái)溫度±0.5 ℃的高精度控制,設(shè)備具有干燥除濕裝置,防止出現(xiàn)凝露和結(jié)霜。
本項(xiàng)目要求試驗(yàn)箱內(nèi)電子負(fù)載上的溫度一致且可控,試驗(yàn)箱內(nèi)環(huán)境及電子負(fù)載無(wú)冷凝產(chǎn)生。通過(guò)多年項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)積累,我們把該項(xiàng)目分為冷板、冷卻系統(tǒng)、測(cè)試箱(含環(huán)控和干燥系統(tǒng))、氮?dú)庹龎合到y(tǒng)和電控系統(tǒng)。
3.1.1 冷板傳熱
測(cè)溫箱內(nèi)設(shè)備冷板,冷板上安裝電子負(fù)載,因冷板與電子負(fù)載之間為實(shí)心鋁(較厚,本項(xiàng)目采用40 mm),為傳導(dǎo)換熱,鋁傳熱系統(tǒng)較高,所以整個(gè)冷板表面溫度一致性較好[1-2]。在設(shè)計(jì)冷板時(shí),把冷板進(jìn)、出液溫差控制在0.35 ℃左右,增加冷卻液流量,進(jìn)一步減小冷板表面因冷卻液溫度不均勻帶來(lái)的溫差,通過(guò)上述手段,冷板表面溫度一致性達(dá)±0.5 ℃內(nèi)。
每個(gè)模塊試驗(yàn)時(shí),各使用一塊冷板,并分別放置于各自測(cè)試箱內(nèi)。
3.1.2 冷卻系統(tǒng)恒溫供液
為保證供液溫度快速溫度和可調(diào),冷卻系統(tǒng)的水泵吸入口分別設(shè)有電動(dòng)三通閥,通過(guò)設(shè)定溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)三通閥,使冷水箱和熱水箱進(jìn)行自動(dòng)混合,從而得到與設(shè)定溫度相同的冷卻液[3]。
測(cè)試箱1#與測(cè)試箱2#分別對(duì)應(yīng)一組恒溫供液。
3.1.3 測(cè)試箱的環(huán)控系統(tǒng)恒溫
電子負(fù)載放置于測(cè)試箱內(nèi),其殼祼露在測(cè)試箱的空氣內(nèi),為進(jìn)一步恒溫,測(cè)試箱內(nèi)自帶環(huán)控系統(tǒng),對(duì)測(cè)試箱的空氣進(jìn)行控制,并與冷板表面溫度相近。
3.2.1 氮?dú)庹龎海乐雇饨缈諝膺M(jìn)入
因設(shè)備與外界互聯(lián)電纜等較多,孔隙較難密封,設(shè)備高、低變化范圍較大,內(nèi)、外空氣交換很容易發(fā)生,我們通過(guò)向測(cè)試箱內(nèi)通入氮?dú)猓WC試驗(yàn)箱的空氣壓力大于大氣壓力(壓差約為10~15 Pa),防止外界大氣進(jìn)入測(cè)試箱內(nèi),形成局部冷凝。
3.2.2 吸濕板物理吸附,減少存量濕氣
測(cè)試箱的空氣循環(huán)吸風(fēng)口上設(shè)有吸濕板,通過(guò)吸濕板不斷吸入測(cè)試箱的空氣的濕氣,保證了測(cè)試箱內(nèi)的空氣干燥。
通過(guò)控溫原理和無(wú)冷凝控制原理說(shuō)明,可保證電子負(fù)載進(jìn)行溫度可控,無(wú)冷凝工作。系統(tǒng)原理如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)原理圖
無(wú)冷凝高精度溫度控制設(shè)備共有1 套冷卻模塊、2 套測(cè)試箱(每套測(cè)試箱模塊均可兼顧單機(jī)一和單機(jī)二)模塊、1 套電控模塊組成,機(jī)組采用集中控制的模式,電控模塊是整個(gè)無(wú)冷凝高精度溫度控制設(shè)備的控制核心,負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)中各設(shè)備提供配電、控制和保護(hù),并將整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)信息實(shí)時(shí)上報(bào)給上位機(jī)。電控模塊采用西門子S7-1200 系列PLC 為控制核心,配合觸摸屏操作和顯示,通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度、流量、壓力等信號(hào)實(shí)時(shí)采集和對(duì)外部控制信號(hào)快速、準(zhǔn)確地響應(yīng),在PLC 內(nèi)部進(jìn)行運(yùn)算處理和邏輯控制,使得整個(gè)冷卻機(jī)組實(shí)時(shí)工作數(shù)據(jù)一目了然報(bào)警信息清晰明了,運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)把控,大大降低了使用、維護(hù)和檢修的難度。冷卻機(jī)組控制架構(gòu)如圖3 所示。
4.2.1 冷卻模塊控制邏輯
機(jī)組開機(jī)后,控制系統(tǒng)根據(jù)供液溫度判斷機(jī)組進(jìn)入制冷還是制熱工作模式,當(dāng)供液溫度低于0 ℃(可調(diào))時(shí),機(jī)組進(jìn)入制熱工作模式,當(dāng)供液溫度高于5 ℃(可調(diào))時(shí),機(jī)組進(jìn)入制冷工作模式[4-5]。
1)制熱工作模式。制熱工作模式下,冷卻模塊根據(jù)供液溫度的設(shè)定值,通過(guò)電壓調(diào)整器對(duì)電加熱進(jìn)行PID 調(diào)節(jié),當(dāng)供液溫度顯示值低于供液溫度設(shè)定值-0.3 ℃(可調(diào))時(shí),冷卻模塊PLC 對(duì)控制電加熱的電壓調(diào)整器的輸出值加大,此時(shí)電加熱的功率加大,供液溫度就會(huì)升高,當(dāng)供液溫度顯示值高于供液溫度設(shè)定值+0.3 ℃(可調(diào))時(shí),冷卻模塊PLC 對(duì)控制電加熱的電壓調(diào)整器的輸出值減小,此時(shí)電加熱的功率減小,供液溫度就會(huì)降低,如此循環(huán),通過(guò)冷卻模塊電加熱的PID 調(diào)節(jié),從而確保供液溫度在供液溫度設(shè)定值±0.5 ℃的范圍內(nèi)。
2)制冷工作模式。制冷工作模式下,首先根據(jù)供液溫度的設(shè)定值,控制壓縮機(jī)的啟停,然后再根據(jù)供液溫度的設(shè)定值,控制壓縮機(jī)能調(diào),當(dāng)供液溫度≥供液溫度設(shè)定值+壓縮機(jī)啟動(dòng)回差(默認(rèn)2 ℃(可調(diào)))時(shí),壓縮機(jī)啟動(dòng),當(dāng)供液溫度≤(供液溫度設(shè)定值-壓縮機(jī)停止回差(默認(rèn)2 ℃(可調(diào)))時(shí),壓縮機(jī)停止,當(dāng)供液溫度≤(供液溫度設(shè)定值-能調(diào)啟動(dòng)回差(默認(rèn)0.1℃(可調(diào)))時(shí),能調(diào)啟動(dòng),當(dāng)內(nèi)循環(huán)供液溫度≥(供液溫度設(shè)定值+能調(diào)停止回差(默認(rèn)0.1 ℃(可調(diào)))時(shí),能調(diào)停止,同時(shí)冷卻模塊設(shè)有1 個(gè)低溫水箱和2 個(gè)高溫水箱,分別通知兩個(gè)三通調(diào)節(jié)閥將冷、熱水進(jìn)行混合,對(duì)1#測(cè)試箱和2#測(cè)試箱的冷板供液,當(dāng)供液溫度≤供液溫度設(shè)定值,三通閥關(guān),增加熱水,減少冷水;當(dāng)內(nèi)循環(huán)供液溫度≥供液溫度設(shè)定值,三通閥開,減少熱水,增加冷水,三通閥的開啟度通過(guò)PID控制,通過(guò)壓縮機(jī)能調(diào)和三通閥調(diào)節(jié),可將供液溫度控制在供液溫度設(shè)定值±0.5 ℃的范圍內(nèi)。
4.2.2 測(cè)試箱控制邏輯
機(jī)組開機(jī)后,測(cè)試箱控制系統(tǒng)根據(jù)箱內(nèi)溫度判斷機(jī)組進(jìn)入制冷還是制熱工作模式,當(dāng)箱內(nèi)溫度低于設(shè)定值-5 ℃(可調(diào))時(shí),機(jī)組進(jìn)入制熱工作模式,當(dāng)箱內(nèi)溫度高于設(shè)定值+5 ℃(可調(diào))時(shí),機(jī)組進(jìn)入制冷工作模式。
1)制熱工作模式。制熱工作模式下,測(cè)試箱控制系統(tǒng)根據(jù)箱內(nèi)溫度的設(shè)定值,通過(guò)電壓調(diào)整器對(duì)電加熱進(jìn)行PID 調(diào)節(jié),當(dāng)箱內(nèi)溫度顯示值低于箱內(nèi)溫度設(shè)定值-0.2 ℃(可調(diào))時(shí),測(cè)試箱PLC 對(duì)控制電加熱的電壓調(diào)整器的輸出值加大,此時(shí)電加熱的功率加大,箱內(nèi)溫度就會(huì)升高,當(dāng)箱內(nèi)溫度顯示值高于箱內(nèi)溫度設(shè)定值+0.2 ℃(可調(diào))時(shí),測(cè)試箱PLC 對(duì)控制電加熱的電壓調(diào)整器的輸出值減小,此時(shí)電加熱的功率減小,箱內(nèi)溫度就會(huì)降低,如此循環(huán),通過(guò)測(cè)試箱電加熱的PID 調(diào)節(jié),從而確保測(cè)試箱溫度在測(cè)試箱溫度設(shè)定值±0.5 ℃的范圍內(nèi)。
2)制冷工作模式。制冷工作模式下,首先根據(jù)測(cè)試箱溫度的設(shè)定值,控制壓縮機(jī)的啟停,然后再根據(jù)測(cè)試箱溫度的設(shè)定值,控制壓縮機(jī)能調(diào),當(dāng)測(cè)試箱溫度≥(測(cè)試箱溫度設(shè)定值+壓縮機(jī)啟動(dòng)回差(默認(rèn)1 ℃(可調(diào)))時(shí),壓縮機(jī)啟動(dòng),當(dāng)測(cè)試箱溫度≤(測(cè)試箱溫度設(shè)定值-壓縮機(jī)停止回差(默認(rèn)1 ℃(可調(diào)))時(shí),壓縮機(jī)停止,當(dāng)測(cè)試箱溫度≤(測(cè)試箱溫度設(shè)定值-能調(diào)啟動(dòng)回差(默認(rèn)0.1 ℃(可調(diào)))時(shí),能調(diào)啟動(dòng),當(dāng)測(cè)試箱溫度≥(測(cè)試箱溫度設(shè)定值+能調(diào)停止回差(默認(rèn)0.1 ℃(可調(diào)))時(shí),能調(diào)停止,通過(guò)壓縮機(jī)能調(diào),可將供液溫度控制在供液溫度設(shè)定值±0.5 ℃的范圍內(nèi)。
本文著重介紹了機(jī)組的組成、各分系統(tǒng)模塊的設(shè)計(jì)、工作及使用流程、主要關(guān)鍵技術(shù)及解決情況,并對(duì)設(shè)備技術(shù)指標(biāo)的滿足情況進(jìn)行了逐一分析,為了保障制冷設(shè)備正常運(yùn)行,并達(dá)到所要求的指標(biāo),需要把控制溫度、壓力、流量、濕度等許多熱工參數(shù)的一些控制電器和調(diào)節(jié)元件、各種儀表、傳感器及附屬設(shè)備組合起來(lái),形成一個(gè)控制系統(tǒng),這個(gè)系統(tǒng)就是制冷與空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)。