樓宇自控系統(tǒng)在工廠空調(diào)自控工程中的應(yīng)用論文
摘要 西門子“S600頂峰”樓宇自控系統(tǒng)在工廠空調(diào)自控系統(tǒng)中的應(yīng)用。通過實(shí)例介紹了系統(tǒng)的性能優(yōu)勢(shì),以及在溫濕度控制精度和節(jié)能措施兩方面的經(jīng)驗(yàn)。具體描述了系統(tǒng)方案、軟件設(shè)計(jì)要點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)方法及運(yùn)行效果。
關(guān)鍵詞 S600系統(tǒng) 系統(tǒng)方案 溫濕度 焓值 節(jié)能
1 引 言
計(jì)算機(jī)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(yīng)用,使得人們?nèi)找嬖鲩L的對(duì)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(chǔ)。計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)使得工廠加工自動(dòng)化程度顯著提高,以本文涉及的工廠空調(diào)自控系統(tǒng)為例,由于采用了計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制,可以將車間的溫濕度控制在非常高的精度范圍內(nèi),為生產(chǎn)高精度的產(chǎn)品創(chuàng)造了良好的外部環(huán)境。隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng),使我們意識(shí)到好的空調(diào)自控系統(tǒng)不僅要達(dá)到高的控制精度,還應(yīng)該在節(jié)約能源方面有所作為。本文就是希望通過兩個(gè)工程實(shí)例介紹在工廠空調(diào)自控工程中對(duì)精度和節(jié)能這兩個(gè)主題的理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
2 系統(tǒng)概述
一套好的自控系統(tǒng),首先要有非�？煽康挠布到y(tǒng)支持,應(yīng)該在靈敏度、可靠性和使用壽命、系統(tǒng)采用技術(shù)的先進(jìn)程度以及操作維護(hù)的簡易程度上作權(quán)衡考慮。在這里介紹西門子“S600頂峰”樓宇自控系統(tǒng)�！癝600頂峰”系統(tǒng)是西門子集團(tuán)1998年新組建的“西門子樓宇科技”集團(tuán)公司最新推出的樓宇自控系統(tǒng)。該集團(tuán)公司是世界上樓宇自控產(chǎn)品的三大供應(yīng)商之一,她的產(chǎn)品從傳感器到閥門、執(zhí)行器以及現(xiàn)場控制器和集中監(jiān)控軟件,形成了非常完備的規(guī)格型號(hào)系列,使得用戶可以選用同一品牌的產(chǎn)品構(gòu)建自己的系統(tǒng),保證了系統(tǒng)的完整統(tǒng)一。同時(shí)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)采用國際規(guī)范,保證了與其他廠家產(chǎn)品的兼容。“S600頂峰”樓宇自控系統(tǒng)在智能化建筑領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,而且在工廠自控工程中也有上乘的表現(xiàn),這是由其技術(shù)上的先進(jìn)性保證的。
首先系統(tǒng)采用了“分散控制集中管理”的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),控制任務(wù)由分散安裝在現(xiàn)場的控制器完成,中央圖形工作站通過通信網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場控制器數(shù)據(jù)采集上來,實(shí)現(xiàn)集中管理,這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)保證局部的故障不會(huì)影響全局;
第二,系統(tǒng)控制器采用先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu),由CPU模塊、電源模塊、20～36個(gè)I/O模塊構(gòu)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,安裝無須工具;
第三,系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)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(tái)單元控制器UC或DPU、TEC,樓層網(wǎng)最多連接64臺(tái)模塊化控制器MBC或MEC、RBC、FLNC等,每臺(tái)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(zhí)行器均帶手動(dòng)開啟裝置,更好保證了系統(tǒng)可靠性;
第五,抗干擾性能好,可以有效地隔離工廠環(huán)境各種設(shè)備的電氣干擾。
軟件是自控系統(tǒng)的靈魂,“S600頂峰”系統(tǒng)中的控制器正是由于安裝了優(yōu)化開發(fā)的系統(tǒng)軟件,才成為智能化的控制器。系統(tǒng)軟件是固化在控制器EPROM芯片中的程序,它完成控制器開機(jī)自檢、A/D數(shù)據(jù)采集、與上下級(jí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通訊、與外圍設(shè)備通訊以及解釋執(zhí)行EEPROM應(yīng)用程序并進(jìn)行D/A輸出控制。應(yīng)用軟件是用戶針對(duì)具體的工程項(xiàng)目用PPCL語言(一種專用BASIC語言)編制的程序,編寫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(tǒng)軟件解釋執(zhí)行,編程具有很大的靈活性。圖形工作站上運(yùn)行的是一套專為S600系統(tǒng)開發(fā)的圖形化工業(yè)控制組態(tài)軟件包,運(yùn)行環(huán)境為Windows98、Win-dowsNT,提供了一系列組態(tài)工具用于系統(tǒng)二次開發(fā),包括有控制點(diǎn)數(shù)據(jù)庫編輯、背景圖形繪制、動(dòng)態(tài)圖形繪制、PPCL語言編輯、操作員管理、各種報(bào)表生成及乙太網(wǎng)通訊等。軟件具有良好的開放性,可以與多種Windows應(yīng)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(nèi)外數(shù)十項(xiàng)大小工程中使用了“S600頂峰”系統(tǒng)及其前身S600系統(tǒng),取得了良好的經(jīng)濟(jì)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(yīng)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(xiàng)目——西安西羅航空部件有限公司空調(diào)自控工程,就其中的技術(shù)實(shí)施細(xì)節(jié)作一些總結(jié),特別是在控制精度和節(jié)省能源方面的經(jīng)驗(yàn)。
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(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)公司合資生產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(nèi)同類型企業(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(jī)化合物和胺氣對(duì)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(yán)格的法律法規(guī)并且簽定了孟特利爾國際環(huán)保公約,將在未來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(yīng)用。這種技術(shù)的關(guān)鍵在于涂料在蠟?zāi)１砻娴母稍锼俣?這決定了最后成型的模殼的強(qiáng)度,要求空調(diào)系統(tǒng)在生產(chǎn)的全過程保證車間的相對(duì)濕度穩(wěn)定在設(shè)定值±2%(設(shè)定值可在40%～60%之間任意設(shè)定),為保證蠟?zāi)２蛔冃?溫度控制精度為±1℃。車間總面積620m2,高7m,如此大面積高精度的空調(diào)控制工程在國內(nèi)還很少見。
3.2 系統(tǒng)方案
該項(xiàng)目的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案由英國Drytech工程公司提供,銀燕電腦公司提供自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,并負(fù)責(zé)工程施工、調(diào)試。下圖為項(xiàng)目的核心部分制殼車間空調(diào)系統(tǒng)圖。空調(diào)機(jī)組K2—1、K2—2為兩臺(tái)風(fēng)量為35,000m3/Hr的YORK機(jī)組,負(fù)責(zé)制殼車間的空調(diào)控制,保證15次/小時(shí)的換氣次數(shù),新風(fēng)機(jī)組的設(shè)置是考慮到西安地區(qū)的氣候條件(早晚溫差大,冬夏季節(jié)差異大)而采取的予處理措施,對(duì)保證高精度的控制效果起到了重要作用。新風(fēng)機(jī)組設(shè)預(yù)熱段、制冷和加熱段,預(yù)熱段為防霜凍措施,根據(jù)新風(fēng)溫濕度傳感器數(shù)值進(jìn)行調(diào)整,確保冬季防凍。制冷和加熱段保證送風(fēng)溫度控制在設(shè)定值±3℃。壓差開關(guān)用于檢測(cè)過濾段的堵塞情況�？照{(diào)機(jī)組設(shè)制冷、加熱和加濕段,其中加濕段沒有采用常用的蒸汽加濕方法,主要考慮蒸汽壓力不穩(wěn)對(duì)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(wěn)且易于控制。送風(fēng)風(fēng)速傳感器的設(shè)置是為了確保送風(fēng)的連續(xù)可靠即穩(wěn)定的換氣次數(shù),如果風(fēng)速降低,就意味著風(fēng)機(jī)故障、過濾器堵塞、風(fēng)門失控等原因,應(yīng)及時(shí)處理。針對(duì)控制對(duì)象連續(xù)高精度的要求,為空調(diào)系統(tǒng)配備了充足穩(wěn)定的能源供給。在輔助廠房除3臺(tái)常規(guī)大容量YORK冷凍機(jī)組外,為高精度空調(diào)機(jī)組配備了1臺(tái)意大利克萊門特風(fēng)冷冷凍機(jī)組(用于冬季供冷)和4臺(tái)英國HE—200型燃?xì)鉄崴仩t(用于常年供熱)。系統(tǒng)圖形工作站選用臺(tái)灣ADVANTECH研華工業(yè)控制PC機(jī),PENTIUM166主板,32M RAM,32X光驅(qū),20英寸顯示器,操作系統(tǒng)為Windows98,運(yùn)行IN-SIGHT2.7軟件。配備UPS不間斷電源和寬行報(bào)表打印機(jī)。選用了4種現(xiàn)場控制器:
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(shè)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(shè)備,可編程。
UC單元控制器板式結(jié)構(gòu),可插1或2塊I/O板,每塊板點(diǎn)數(shù)為:3DI,4AI,3AO,2DO。可帶顯示屏、鍵盤,可編程。
DPU數(shù)字點(diǎn)單元控制器帶12DI,12DO,用作MBC的數(shù)字點(diǎn)擴(kuò)充,不可編程。
3.3 控制方案
制殼車間的運(yùn)行特點(diǎn)是模殼在生產(chǎn)過程和干燥過程中散發(fā)大量的水分,空調(diào)系統(tǒng)要將這部分濕度除掉,由制冷段的表冷器將水分凝結(jié)出來,再由加熱段升溫,即可保證溫度和相對(duì)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(qiáng)度。由于生產(chǎn)的不同階段散濕量亦不相同,對(duì)于空調(diào)機(jī)組來講是一種變化的負(fù)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(duì)冷、熱閥和加濕器做PID調(diào)節(jié),中方技術(shù)人員分析這種方案有兩點(diǎn)問題:
①冷閥的調(diào)整對(duì)溫度和相對(duì)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(tǒng)換氣次數(shù)較高,但回風(fēng)溫濕度還是會(huì)有一定的滯后,對(duì)PID參數(shù)的調(diào)整不利。經(jīng)過與英方技術(shù)人員充分交流探討,確定了“露點(diǎn)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)”的軟件控制方案,即由溫濕度設(shè)定值計(jì)算出理論露點(diǎn)溫度,根據(jù)回風(fēng)濕度的高或低在理論露點(diǎn)的基礎(chǔ)上向上或向下浮動(dòng)計(jì)算出實(shí)際露點(diǎn)值,作為冷水閥的控制依據(jù)。這樣還克服了露點(diǎn)溫度傳感器誤差影響。經(jīng)過表冷器的空氣的絕對(duì)含濕量得到了控制,然后經(jīng)加熱段將空氣溫度提升至設(shè)定值,則相對(duì)濕度也不會(huì)超出精度范圍。在車間濕度偏低時(shí)則由加濕器補(bǔ)充水分�？照{(diào)機(jī)組控制程序的重點(diǎn)是控制精度,輔助廠房能源供給部分的程序設(shè)計(jì)則突出了節(jié)能的要求,當(dāng)然節(jié)能的前提是保證生產(chǎn)。在夏季使用3臺(tái)大冷凍機(jī)組,滿足全廠制冷需求,冬季和過渡季節(jié)冷水供應(yīng)由風(fēng)冷機(jī)組負(fù)擔(dān),主要滿足高精度車間的使用,體現(xiàn)了節(jié)能的思想。季節(jié)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(jī)組切換。夏季3臺(tái)大機(jī)組的工作也由程序進(jìn)行控制,按實(shí)際負(fù)荷的狀況決定機(jī)組工作臺(tái)數(shù),計(jì)算的依據(jù)有二,一是總進(jìn)水和總出水溫差,二是空調(diào)機(jī)組冷水閥的開度。若冷水閥開度大于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(jī)組進(jìn)水蝶閥、冷凍泵、冷凍機(jī)組;當(dāng)冷水閥開度低于10%,則按相反順序關(guān)閉機(jī)組序列。程序按機(jī)組累計(jì)工作時(shí)間確定下一次開啟哪個(gè)機(jī)組序列,保證勞逸結(jié)合。另外每臺(tái)機(jī)組自己也能根據(jù)負(fù)載大小調(diào)整出力,三方面結(jié)合起來,使系統(tǒng)達(dá)到了最佳節(jié)能效果。
3.4 系統(tǒng)特色
軟件的設(shè)計(jì)充分發(fā)揮了INSIGHT軟件包的開放性,將3D圖形設(shè)計(jì)技術(shù)融入系統(tǒng)界面,給用戶提供了接近實(shí)景的操作環(huán)境,大大提高了系統(tǒng)的易用性,這充分表明了S600系統(tǒng)的技術(shù)先進(jìn)性。系
統(tǒng)于1999年8月和12月通過了夏季和冬季驗(yàn)收,驗(yàn)收時(shí)控制精度超過設(shè)計(jì)指標(biāo),達(dá)到溫度±0.5℃、濕度±1%。英方對(duì)工程的評(píng)價(jià)是:“該系統(tǒng)優(yōu)于勞斯萊斯公司目前所有同類型系統(tǒng),給人以深刻的印象”。
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