系统集成控制技术在车间空调机组中的应用

曲广庆，王新伟，祝小斐

（青州卷烟厂，山东 青州 262500）

青州卷烟厂设置了14台空调及新风机组（见表1），并对其设置了“空调自控系统”，目的是为了完成所有设备的集中管理和环境控制，以实现下列三个目标： （1） 通过对设备的有效管理和控制，可以使这些设备均工作在最佳状态，既有利于提高设备的运行寿命，又有利于节约能源。（2） 通过对所有设备运行状态的实时监控，可减轻操作、维修人员对设备巡视的劳动强度，又可避免一些人为因素可能对设备造成的不良影响。 （3） 控制车间内温度、湿度、压差、空气洁净度，达到工艺要求。

选用Metasys系统对空调进行自控设计。自控系统包括中央操作站、数字控制器 (DDC)。网络是以集散理论为基础的成熟的空调自动化系统。它具有结构灵活、适应性强、扩展方便、软件优化设备运行、操作简单等特点。系统共分三级，第一级为中央站，设于能源中控室；第二级为直接数字控制器（DDC），对现场设备进行就地控制；第三级为采集现场信号的传感器和执行机构。每个现场控制器DDC采用分散控制的原则，分布在被控设备的附近，现场工作人员可以通过DDC上的显示面板和操作面板就近操作或监测被控设备。

针对卷烟厂各车间面积大、设备运行发热量大、空气中悬浮超细烟尘多、温湿度要求精度高等特点，选择全空气中央空调系统对空气进行混合、加热、冷却、加湿、除湿、过滤等处理，并在保证车间温湿度参数的前提下做到节能运行。

一、空调机组自控控制思路

依据多年的调试经验提出了一种多模多段的模糊PID控制方法，依据在不同时段的不同的空气处理过程和处理方案，分为5个工况，如表2所示。然后按照表2确定控制器输出，实现恒温恒湿的变风量调节。1通常代表夏季工况，5通常代表冬季工况，2、3、4同代表过渡季节三种可能出现的工况。

模糊PID算法可以根据不同的条件和要求用不同的模态进行控制，即当误差大于某一阀值时，用比例控制，以提高系统的响应速度，加快响应过程；当误差小于某一阀值时，切换转入模糊控制，以提高系统的阻尼特性，减小响应过程的超调；当误差达到平衡点附近时，采用PI控制，利用其积分作用的特点最终消除误差。由此可以兼顾传统的和模糊控制PID的优点，实现精度高、适应性好、抗干扰能力强、鲁棒性好等特点。控制框图如图1所示。

表1 空调和新风机组设置

表2 边界判断条件及控制策略表

二、空调机组自动控制方案(以卷接包车间空调为例)

图1 模糊控制PID图

图2 空调机组控制程序图

1.现状分析

卷接包车间占地7 000余m2，共配置了3台空调，分布于空调一室、二室和五室。由于送回风管道的布置，在物理上形成了三个南、中、北分区，分别由K-12空调、K-10空调及K-11空调负责。

2.专业对策

空调自控专业除采用传统的控制模式，还需要如下设置： （1） 卷接包车间东西方向共4排立柱，每排19个。在每排立柱上间隔安装温湿度传感器，安装高度为1.7m，每排安装9只，共36只。每排立柱错对安装温湿度传感器，形成互相交错状。 （2） 由于每排立柱的位置恰好在各空调分区的交界处，立柱上的传感器测得的温湿度信号也为交界处参数，因此在各分区的吊顶上安装4只温湿度传感器，呈“S”形布置，共12只。 （3） 在各分区吊顶上安装3只压差传感器，检测室内外空气压差，作为空调机组的变频依据，共9只。 （4） 对上述温湿度传感器测得的信号根据安装位置，作加权算法，取平均值作为空调机组K-10、K-11、K-12的送风设定参数之一；同时实时检测由于传感器故障测出的假信号（过高或过低），并在计算中将该数据剔除。

3.控制程序框图（图2）

4.变频程序

通过风机变频调速，一方面改变送风量来保持室内外压差恒定，同时节约了电能。此次改造的空调机组均为双风机系统，即一台机组内配置有送风机和回风机，而且个别机组内的两风机功率不同。采用风机变频既要保证车间内换气次数的要求 （一般为8～10次/h），同时保证车间内对外的正压差。本方案采用如下控制方式：由车间的有效容积、换气次数及空调送风主管道的截面积计算出送风的大致风速设定值，同时以车间实际温度和送风温度的差值修订该风速设定值，在送风主管道上安装风速传感器测量实际风速，并作为控制器进行PID计算的输入参数。PID计算输出控制送风机的转速，使送风风速达到设定值。

通过车间内的压差传感器的测量值与压差设定值比较、PID计算，控制回风机转速，进而保持车间内压差恒定。

5.DDC控制柜的网络拓朴结构的优化

针对受控点多、受控区域大、数据传输量大等特点优化了网络拓朴结构，把温湿度信号分6路上传，加装34个光端机，主线路、DDC控制柜之间用光纤连接，6路之间相互独立，互不影响，增强了系统稳定性和可靠性，保证了数据传输的稳定性。

三、结论

从DDC之间的信号传输以及上位机的联网类型、变频器谐波干扰、动力电源线干扰、供电电源、控制柜的位置、线槽的走向、接地等各个方面入手，成功解决了由于信号干扰带来的不良影响，增强系统的稳定性，保证信号传输的准确性、及时性，保证了空调自控项目的实施。

空调自控系统自2009年10月运行以来，能够在能源控制中心，自动、手动控制风阀、蒸汽加温加湿阀、高压微雾加湿器、变频器的启停及运行频率，精确控制车间的温湿度到达工艺技术指标。