樓宇自控系統在工廠(chǎng)空調自控工程中的應用論文
摘要 西門(mén)子“S600頂峰”樓宇自控系統在工廠(chǎng)空調自控系統中的應用。通過(guò)實(shí)例介紹了系統的性能優(yōu)勢,以及在溫濕度控制精度和節能措施兩方面的經(jīng)驗。具體描述了系統方案、軟件設計要點(diǎn)、實(shí)現方法及運行效果。
關(guān)鍵詞 S600系統 系統方案 溫濕度 焓值 節能
1 引 言
計算機技術(shù)的飛速發(fā)展及其在工業(yè)與民用領(lǐng)域的廣泛應用,使得人們日益增長(cháng)的對高品質(zhì)工業(yè)與民用產(chǎn)品的需求有了可以依靠的技術(shù)基礎。計算機自動(dòng)控制技術(shù)使得工廠(chǎng)加工自動(dòng)化程度顯著(zhù)提高,以本文涉及的工廠(chǎng)空調自控系統為例,由于采用了計算機自動(dòng)控制,可以將車(chē)間的溫濕度控制在非常高的精度范圍內,為生產(chǎn)高精度的產(chǎn)品創(chuàng )造了良好的外部環(huán)境。隨著(zhù)人們環(huán)境保護意識的增強,使我們意識到好的空調自控系統不僅要達到高的控制精度,還應該在節約能源方面有所作為。本文就是希望通過(guò)兩個(gè)工程實(shí)例介紹在工廠(chǎng)空調自控工程中對精度和節能這兩個(gè)主題的理論與實(shí)踐經(jīng)驗。
2 系統概述
一套好的自控系統,首先要有非�？煽康挠布到y支持,應該在靈敏度、可靠性和使用壽命、系統采用技術(shù)的先進(jìn)程度以及操作維護的簡(jiǎn)易程度上作權衡考慮。在這里介紹西門(mén)子“S600頂峰”樓宇自控系統�！癝600頂峰”系統是西門(mén)子集團1998年新組建的“西門(mén)子樓宇科技”集團公司最新推出的樓宇自控系統。該集團公司是世界上樓宇自控產(chǎn)品的三大供應商之一,她的產(chǎn)品從傳感器到閥門(mén)、執行器以及現場(chǎng)控制器和集中監控軟件,形成了非常完備的規格型號系列,使得用戶(hù)可以選用同一品牌的產(chǎn)品構建自己的系統,保證了系統的完整統一。同時(shí)產(chǎn)品的設計采用國際規范,保證了與其他廠(chǎng)家產(chǎn)品的兼容�！癝600頂峰”樓宇自控系統在智能化建筑領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應用,而且在工廠(chǎng)自控工程中也有上乘的表現,這是由其技術(shù)上的先進(jìn)性保證的。
首先系統采用了“分散控制集中管理”的系統結構,控制任務(wù)由分散安裝在現場(chǎng)的控制器完成,中央圖形工作站通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò )將現場(chǎng)控制器數據采集上來(lái),實(shí)現集中管理,這種系統結構保證局部的故障不會(huì )影響全局;
第二,系統控制器采用先進(jìn)的模塊化結構,由CPU模塊、電源模塊、20～36個(gè)I/O模塊構成,每個(gè)I/O模塊上有2～4個(gè)I/O點(diǎn),模塊可帶電插拔,安裝無(wú)須工具;
第三,系統網(wǎng)絡(luò )擴展性好,網(wǎng)絡(luò )分三層,為乙太網(wǎng)、樓層網(wǎng)、局域網(wǎng),每條局域網(wǎng)可連接32臺單元控制器UC或DPU、TEC,樓層網(wǎng)最多連接64臺模塊化控制器MBC或MEC、RBC、FLNC等,每臺MBC可接3條局域網(wǎng),網(wǎng)絡(luò )通訊速率300bps～115.2kbps;
第四,全部的執行器均帶手動(dòng)開(kāi)啟裝置,更好保證了系統可靠性;
第五,抗干擾性能好,可以有效地隔離工廠(chǎng)環(huán)境各種設備的電氣干擾。
軟件是自控系統的靈魂,“S600頂峰”系統中的控制器正是由于安裝了優(yōu)化開(kāi)發(fā)的系統軟件,才成為智能化的控制器。系統軟件是固化在控制器EPROM芯片中的程序,它完成控制器開(kāi)機自檢、A/D數據采集、與上下級網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)通訊、與外圍設備通訊以及解釋執行EEPROM應用程序并進(jìn)行D/A輸出控制。應用軟件是用戶(hù)針對具體的工程項目用PPCL語(yǔ)言(一種專(zhuān)用BASIC語(yǔ)言)編制的程序,編寫(xiě)工作可在圖形工作站或筆記本電腦上完成,下載到控制器的EEPROM中由系統軟件解釋執行,編程具有很大的靈活性。圖形工作站上運行的是一套專(zhuān)為S600系統開(kāi)發(fā)的圖形化工業(yè)控制組態(tài)軟件包,運行環(huán)境為Windows98、Win-dowsNT,提供了一系列組態(tài)工具用于系統二次開(kāi)發(fā),包括有控制點(diǎn)數據庫編輯、背景圖形繪制、動(dòng)態(tài)圖形繪制、PPCL語(yǔ)言編輯、操作員管理、各種報表生成及乙太網(wǎng)通訊等。軟件具有良好的開(kāi)放性,可以與多種Windows應用軟件,如Excel、Acad、3Dmax等協(xié)同工作。
3 工程實(shí)例
銀燕電腦公司在國內外數十項大小工程中使用了“S600頂峰”系統及其前身S600系統,取得了良好的經(jīng)濟和社會(huì )效益,在印刷行業(yè)、紡織行業(yè)、制藥行業(yè)、航空航天領(lǐng)域和民用領(lǐng)域都有成功的應用,其中不少是國家重點(diǎn)工程、重點(diǎn)企業(yè)、有國際影響的工程。這里介紹一個(gè)典型工程項目——西安西羅航空部件有限公司空調自控工程,就其中的技術(shù)實(shí)施細節作一些總結,特別是在控制精度和節省能源方面的經(jīng)驗。
3.1 工程概述
西安西羅航空部件有限公司是英國勞斯萊斯(Rolls-Royce)公司同西安飛機發(fā)動(dòng)機集團公司合資生產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機葉片的企業(yè)。它采用的水基涂料模殼成型技術(shù)是目前國際上非常先進(jìn)的生產(chǎn)工藝,國內同類(lèi)型企業(yè)采用的是胺氣干燥法模殼成型技術(shù),使用的涂料中的揮發(fā)性有機化合物和胺氣對工人和環(huán)境都有毒害和污染。我國在這方面已經(jīng)有了嚴格的法律法規并且簽定了孟特利爾國際環(huán)保公約,將在未來(lái)3到5年禁止使用這種工藝,所以西羅公司的水基涂料模殼成型技術(shù)將得到廣泛應用。這種技術(shù)的關(guān)鍵在于涂料在蠟模表面的干燥速度,這決定了最后成型的模殼的強度,要求空調系統在生產(chǎn)的全過(guò)程保證車(chē)間的相對濕度穩定在設定值±2%(設定值可在40%～60%之間任意設定),為保證蠟模不變形,溫度控制精度為±1℃。車(chē)間總面積620m2,高7m,如此大面積高精度的空調控制工程在國內還很少見(jiàn)。
3.2 系統方案
該項目的空調系統設計方案由英國Drytech工程公司提供,銀燕電腦公司提供自控系統的設計方案,并負責工程施工、調試。下圖為項目的核心部分制殼車(chē)間空調系統圖�？照{機組K2—1、K2—2為兩臺風(fēng)量為35,000m3/Hr的YORK機組,負責制殼車(chē)間的空調控制,保證15次/小時(shí)的換氣次數,新風(fēng)機組的設置是考慮到西安地區的氣候條件(早晚溫差大,冬夏季節差異大)而采取的予處理措施,對保證高精度的控制效果起到了重要作用。新風(fēng)機組設預熱段、制冷和加熱段,預熱段為防霜凍措施,根據新風(fēng)溫濕度傳感器數值進(jìn)行調整,確保冬季防凍。制冷和加熱段保證送風(fēng)溫度控制在設定值±3℃。壓差開(kāi)關(guān)用于檢測過(guò)濾段的堵塞情況�？照{機組設制冷、加熱和加濕段,其中加濕段沒(méi)有采用常用的蒸汽加濕方法,主要考慮蒸汽壓力不穩對濕度控制不利,選用的是美國進(jìn)口的VLD可控硅電熱蒸汽加濕器,蒸汽量平穩且易于控制。送風(fēng)風(fēng)速傳感器的設置是為了確保送風(fēng)的連續可靠即穩定的換氣次數,如果風(fēng)速降低,就意味著(zhù)風(fēng)機故障、過(guò)濾器堵塞、風(fēng)門(mén)失控等原因,應及時(shí)處理。針對控制對象連續高精度的要求,為空調系統配備了充足穩定的能源供給。在輔助廠(chǎng)房除3臺常規大容量YORK冷凍機組外,為高精度空調機組配備了1臺意大利克萊門(mén)特風(fēng)冷冷凍機組(用于冬季供冷)和4臺英國HE—200型燃氣熱水鍋爐(用于常年供熱)。系統圖形工作站選用臺灣ADVANTECH研華工業(yè)控制PC機,PENTIUM166主板,32M RAM,32X光驅,20英寸顯示器,操作系統為Windows98,運行IN-SIGHT2.7軟件。配備UPS不間斷電源和寬行報表打印機。選用了4種現場(chǎng)控制器:
FLNC樓層網(wǎng)絡(luò )控制器不帶輸入/輸出點(diǎn),主要用于將LAN網(wǎng)設備連接至PMD樓層網(wǎng),可編程。
MBC模塊化樓宇控制器帶多種輸入/輸出模塊,可以連接LAN網(wǎng)設備,可編程。
UC單元控制器板式結構,可插1或2塊I/O板,每塊板點(diǎn)數為:3DI,4AI,3AO,2DO�？蓭э@示屏、鍵盤(pán),可編程。
DPU數字點(diǎn)單元控制器帶12DI,12DO,用作MBC的數字點(diǎn)擴充,不可編程。
3.3 控制方案
制殼車(chē)間的運行特點(diǎn)是模殼在生產(chǎn)過(guò)程和干燥過(guò)程中散發(fā)大量的水分,空調系統要將這部分濕度除掉,由制冷段的表冷器將水分凝結出來(lái),再由加熱段升溫,即可保證溫度和相對濕度,這就是為什么要常年保證冷熱源的.供給。同時(shí)還不能讓濕度偏低,以便控制干燥速度,保證模殼強度。由于生產(chǎn)的不同階段散濕量亦不相同,對于空調機組來(lái)講是一種變化的負荷,不能采用常用的定露點(diǎn)控制方案。Drytech公司的方案是以回風(fēng)溫濕度的變化對冷、熱閥和加濕器做PID調節,中方技術(shù)人員分析這種方案有兩點(diǎn)問(wèn)題:
�、倮溟y的調整對溫度和相對濕度都產(chǎn)生影響,以回風(fēng)溫濕度為參照控冷閥會(huì )有“一仆二主”的矛盾,難免顧此失彼;
�、诒M管系統換氣次數較高,但回風(fēng)溫濕度還是會(huì )有一定的滯后,對PID參數的調整不利。經(jīng)過(guò)與英方技術(shù)人員充分交流探討,確定了“露點(diǎn)動(dòng)態(tài)調節”的軟件控制方案,即由溫濕度設定值計算出理論露點(diǎn)溫度,根據回風(fēng)濕度的高或低在理論露點(diǎn)的基礎上向上或向下浮動(dòng)計算出實(shí)際露點(diǎn)值,作為冷水閥的控制依據。這樣還克服了露點(diǎn)溫度傳感器誤差影響。經(jīng)過(guò)表冷器的空氣的絕對含濕量得到了控制,然后經(jīng)加熱段將空氣溫度提升至設定值,則相對濕度也不會(huì )超出精度范圍。在車(chē)間濕度偏低時(shí)則由加濕器補充水分�？照{機組控制程序的重點(diǎn)是控制精度,輔助廠(chǎng)房能源供給部分的程序設計則突出了節能的要求,當然節能的前提是保證生產(chǎn)。在夏季使用3臺大冷凍機組,滿(mǎn)足全廠(chǎng)制冷需求,冬季和過(guò)渡季節冷水供應由風(fēng)冷機組負擔,主要滿(mǎn)足高精度車(chē)間的使用,體現了節能的思想。季節交替時(shí)由操作員發(fā)出指令,程序控制水泵和蝶閥進(jìn)行機組切換。夏季3臺大機組的工作也由程序進(jìn)行控制,按實(shí)際負荷的狀況決定機組工作臺數,計算的依據有二,一是總進(jìn)水和總出水溫差,二是空調機組冷水閥的開(kāi)度。若冷水閥開(kāi)度大于80%,表明冷量不足,程序自動(dòng)按順序啟動(dòng)冷卻塔、冷卻泵、機組進(jìn)水蝶閥、冷凍泵、冷凍機組;當冷水閥開(kāi)度低于10%,則按相反順序關(guān)閉機組序列。程序按機組累計工作時(shí)間確定下一次開(kāi)啟哪個(gè)機組序列,保證勞逸結合。另外每臺機組自己也能根據負載大小調整出力,三方面結合起來(lái),使系統達到了最佳節能效果。
3.4 系統特色
軟件的設計充分發(fā)揮了INSIGHT軟件包的開(kāi)放性,將3D圖形設計技術(shù)融入系統界面,給用戶(hù)提供了接近實(shí)景的操作環(huán)境,大大提高了系統的易用性,這充分表明了S600系統的技術(shù)先進(jìn)性。系
統于1999年8月和12月通過(guò)了夏季和冬季驗收,驗收時(shí)控制精度超過(guò)設計指標,達到溫度±0.5℃、濕度±1%。英方對工程的評價(jià)是:“該系統優(yōu)于勞斯萊斯公司目前所有同類(lèi)型系統,給人以深刻的印象”。
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