空调恒温恒湿节能控制在储丝房的应用

朱子玉，卓永冰

河南中烟工业有限责任公司郑州卷烟厂，河南郑州 450000

0 引言

储丝房环境的温湿度直接影响到烟丝的含水量和质量。不同区域分别安装有4套温湿度传感器，检测各自区域温湿度原始值，经过加权平均干球温度和相对湿度的平均值，进行系统控制。这种控制模式，在特定情况下，会造成能源(冷冻水/干蒸汽)的浪费。因此，需要采取一种更为节能的控制方法，实现储丝房空调恒温恒湿节能控制。

1 系统硬件构成

储丝房空调送风机、回风机电机功率分别为75kW、37kW。控制器采用S7-300系列PLC作为主站，中控室配备有WINCC上位机监控，上位机通过PROFIBUS-DP读取PLC数据实现整个系统的动态监控。在PLC下面挂接一个IM153 DP从站，用于扩展一个8AI的模块。

Profibus协议包括3个部分：Profibus DP，主站和从站之间采用轮询的通讯方式；Profibus PA，电源和通信数据通过总线并行传输，主要用于面向过程自动化系统中单元级和现场级别的通讯；Profibus FMS，主要用于自动化系统中车间级别之间的数据交换。

该系统中用的是 Profibus-DP协议。Profibus网络的构成：1）Profibus (一类主站)，支持主站功能的通讯处理器，IE/PB链路模块；2）Profibus（从站），支持从站功能的通讯处理器，其他支持DP接口的输入输出；Profibus 网络部件，总线连接器、中继器、耦合器。

2 系统软件构成

2.1 上位机软件WINCC V6.0 SP3

运用西门子工业组态软件WINCC开发上位机监控程序。通过WINCC的组态实现上位机与PLC的链接、通讯、进行数据交换和数据处理，如图1所示。

图1 系统动态监控画面wincc

2.2 PLC控制原理

PLC(下位机)的软件在西门子STEP7 V5.4平台上开发。

2.2.1 变风量系统

通过变风量控制实现储丝房温度的调节。变风量系统的送风量不仅取决于风系统的沿程阻力，也与送风口处静压有关。风管系统沿程阻力恒定，送风口处静压增高，送风量将增大；风管系统沿程阻力增大，送风量随送风口处静压变化而变化。通过控制风机的转速，调节风机的出口静压，实现调节送风出口的静压，通过变风量控制实现储丝房温度的调节。静压与转速的关系如图2所示，风机性能曲线与系统阻力曲线的交点即为系统的工作点，该点对应纵轴为该转速下产生的静压，横轴即为与之相应的风量。

图2 风机转速与送风静压的关系

储丝房温湿度传感器实际温湿度值，与设定值比对、运算，当冷热湿负荷与设定值偏差过大，空调风量增加，反之，空调风量减少，实现变风量控制，根据储丝房内热湿负荷变化，自动调节风量，进而降低风机能耗

2.2.2 合理利用新风

图3 新风可以利用的区域

通常焓差的控制用于过渡季节。室外焓值较低，且室内需要降温时，不开启制冷机，引入新风进行降温，减少制冷机能耗。如图3所示，红线与图表边界所围成的区域即为室外新风可以利用的范围。

2.2.3 室内绝对含湿量为控制对象的湿度控制方式

一般情况下，系统以相对湿度为控制对象进行湿度控制。相对湿度和干球温度之间相互影响，绝对湿度不变，相对湿度随着干球温度的上升而下降，反之而上升。

储丝房湿度要求常年保持在65%左右，原有温湿度分开控制的方法，造成干蒸汽加湿的浪费和系统湿度波动。运用绝对含湿量为控制对象的湿度控制模式，可以克服温湿度分开控制诸多缺点。

图4 以相对湿度为控制对象

图4所示，以相对湿度为控制对象。13:58，储丝房温度为23℃，低于设定温度25℃，相对湿度约为70%，高于设定湿度65%，空调一直进行除湿加热，温度上升，绝对湿度下降，相对湿度下降接近60%。在这一过程中，先后经历了“除湿”和“加湿”两个阶段，造成不必要的能耗。

如图5所示，系统以绝对含湿量为控制对象进行湿度控制。13:58，储丝房温度为23℃（低于设定温度25℃），相对湿度约为70%（高于设定湿度65%，经过计算，该状态下绝对含湿量为12.46g/kg，而设定温、湿度状态下对应的绝对含湿量为13.05g/kg，不需要除湿操作。随着温度不断的上升，相对湿度会不断的下降，接近设定湿度65%，不“除湿”，相对湿度下降比较平滑，设定湿度65%。绝对含湿量为控制对象进行湿度控制：优点，节约干蒸汽热源和冷冻水冷源，缺点，控制精度下降。

图5 以绝对含湿量为控制对象

3 结论

该系统改造投入使用后，运行稳定可靠。1）运用了先进的PLC和总线网络技术实现了温湿度的自动化控制，自动化程度高，操作简便；2）节能效果明显，减少了电能、蒸汽和冷冻水的使用量。

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