紡織廠傳感網(wǎng)空調(diào)系統(tǒng)的開發(fā)

范琥躍

(無錫一棉紡織集團有限公司，江蘇 無錫 214101)

紡織廠傳感網(wǎng)空調(diào)系統(tǒng)的開發(fā)

范琥躍

(無錫一棉紡織集團有限公司，江蘇 無錫 214101)

文章開發(fā)了基于傳感網(wǎng)的空調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可自動采集數(shù)據(jù)，減少用工；依靠溫濕度調(diào)節(jié)模型，提供調(diào)節(jié)指導(dǎo)，穩(wěn)定溫濕度控制；建立空調(diào)負(fù)荷模型，跟蹤評估空調(diào)用電，降低空調(diào)能耗，以減少投資和運維費用，獲得最佳的效果。

空調(diào)； 傳感網(wǎng)； 空調(diào)模型； 能耗

目前紡織廠生產(chǎn)車間的空調(diào)大多采用人工抄表與調(diào)節(jié)，存在用工多、溫濕度波動大等不足，而全自動空調(diào)系統(tǒng)存在投資多、運維費用高等缺點。我公司采用傳感網(wǎng)技術(shù)自動采集溫濕度數(shù)據(jù)，根據(jù)空調(diào)理論和經(jīng)驗建立調(diào)節(jié)模型和空調(diào)負(fù)荷模型，指導(dǎo)與評價空調(diào)作業(yè)，經(jīng)多年應(yīng)用實踐，該系統(tǒng)投資少，使用維護費用低，溫濕度穩(wěn)定性好。

1 自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

在每個工序及室外配置RS485溫濕度網(wǎng)絡(luò)型傳感器，定期采集現(xiàn)場溫濕度數(shù)據(jù)，通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳送到采集器，經(jīng)采集箱轉(zhuǎn)換后，變成標(biāo)準(zhǔn)RS-485通訊協(xié)議傳送到空調(diào)傳感網(wǎng)服務(wù)器,布置圖如圖1所示[1]。

圖1 室內(nèi)及室外傳感器布置圖

傳感網(wǎng)服務(wù)器采用基于微軟.NET環(huán)境下開發(fā)的控制軟件，數(shù)據(jù)庫采用SQL Server，通過輸出通訊端口接入企業(yè)局域網(wǎng)與ERP和電能傳感網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

在企業(yè)局域網(wǎng)上的工作站安裝客戶端，運行客戶端可訪問智能空調(diào)服務(wù)器，當(dāng)室內(nèi)溫濕度異常需要調(diào)節(jié)時，通過空調(diào)傳感網(wǎng)服務(wù)器配置的GSM模塊發(fā)送調(diào)節(jié)指令到指定手機。傳感網(wǎng)空調(diào)系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

圖2 傳感網(wǎng)空調(diào)系統(tǒng)示意圖

采集溫濕度數(shù)據(jù)的周期可選5 min～60 min，每采集一次數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)指導(dǎo)系統(tǒng)就判斷一次，周期偏短掌握則可以實現(xiàn)“小幅多調(diào)”，溫濕度變動范圍小，但過短則工作量過大，而且容易造成誤判誤調(diào)，經(jīng)過實踐取30 min比較合適。

2 調(diào)節(jié)指導(dǎo)

當(dāng)設(shè)備開臺、品種調(diào)整和室外條件變化時，室內(nèi)溫濕度會偏離設(shè)定范圍，需要進行調(diào)節(jié)，本系統(tǒng)采用的是浮動露點方式[2]，重點保證相對濕度的穩(wěn)定和較低的能耗。本例調(diào)節(jié)模型根據(jù)華東地區(qū)氣候條件制訂，無地下水，有制冷設(shè)備和預(yù)熱器。

2.1 工況

將室內(nèi)與室外的含熱量進行比較可分成三種工況。一般工況：I露上≥I外≥I露下，不用冷源或熱源；用冷工況：I外>I露上，啟用冷源(冷凍水)；用熱工況：I外

每個工況設(shè)置不同的溫濕度控制范圍，用冷源時溫度控制范圍適當(dāng)上移，用熱源時溫度控制范圍適當(dāng)下移，以減少能耗，每種工況采取不同的調(diào)節(jié)模型，見表1、圖3。

表1 各工序溫濕度范圍設(shè)定

圖3 生產(chǎn)車間溫濕度控制

t上—本工序溫度上限(℃)；

t下—本工序溫度下限(℃)；

φ上—本工序相對濕度上限(%)；

φ下—本工序相對濕度下限(%)；

I外—室外含熱量(Kcal/kg),根據(jù)室外溫度和相對濕度，到I-D表中取I值；

I露上—機器露點含熱量(Kcal/kg)上限，根據(jù)t上和φ上在I-D表中取得該點的絕對含濕量d值，再根據(jù)這個d值和φ=95%，在I-D表中取得I值；

I露下—機器露點含熱量(Kcal/kg)下限，根據(jù)t下和φ下在I-D表中取的該點的絕對含濕量d值，再根據(jù)這個d值和φ=90%，在I-D表中取得I值；

t—本工序?qū)嶋H溫度(℃)；

φ—本工序?qū)嶋H相對濕度(%)。

2.2 調(diào)節(jié)模型

將室內(nèi)實際溫濕度值與標(biāo)準(zhǔn)溫濕度值相比較有8種結(jié)果，根據(jù)空調(diào)理論與實踐經(jīng)驗對每種結(jié)果制訂一種調(diào)節(jié)模型，指導(dǎo)空調(diào)工對新回風(fēng)比、二次回風(fēng)、送風(fēng)量、水量、冷量(熱量)4個參數(shù)進行調(diào)節(jié)[3]，綜合考慮節(jié)能、溫濕度穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)工作量，每個參數(shù)設(shè)置優(yōu)先次序，首先調(diào)節(jié)第一次序，然后第二次序，以次類推[4]。調(diào)節(jié)以空調(diào)室為最小單位，當(dāng)1個空調(diào)室有2個及以上的溫濕度傳感器時取平均值。

2.2.1 一般工況調(diào)節(jié)模型

根據(jù)換氣次數(shù)、車間正壓和送風(fēng)溫差確定一個最低送風(fēng)量，當(dāng)小于最低送風(fēng)量時開啟二次回風(fēng)，見圖4、表2。

空氣流程示意：

圖4 一般工況溫濕度調(diào)節(jié)

2.2.2 用冷工況調(diào)節(jié)模型

新風(fēng)調(diào)節(jié)到最小20%，送風(fēng)量全年最大，關(guān)閉二次回風(fēng)。見圖5、表3。

空氣流程示意：

圖5 用冷工況溫濕度調(diào)節(jié)

表2 一般工況調(diào)節(jié)模型

編號對比結(jié)果新(回)風(fēng)比二次回風(fēng)送風(fēng)量水量冷量熱量1t≥t上1增加×2增加不變××2t≤t下2減少×1減少不變××3φ≥φ上3增加×1減少2減少××4φ≤φ下1減少×3增加2增加××5t≥t上andφ≥φ上2增加×1減少不變××6t≤t下andφ≤φ下1減少×不變2增加××7t≥t上andφ≤φ下1增加×3增加2增加××8t≤t下andφ≥φ上2減少1開啟1減少不變××

表3 用冷工況調(diào)節(jié)模型

表4 用熱工況調(diào)節(jié)模型

2.2.3 用熱工況調(diào)節(jié)模型

新風(fēng)調(diào)節(jié)到最小10%，送風(fēng)量全年最小，開啟二次回風(fēng)，噴淋采用循環(huán)水。見圖6、表4。

空氣流程示意：

圖6 用熱工況溫濕度調(diào)節(jié)

3 空調(diào)傳感網(wǎng)系統(tǒng)界面

3.1 主界面

顯示空調(diào)系統(tǒng)當(dāng)前工作狀態(tài)，室內(nèi)外溫度數(shù)據(jù)，評判結(jié)果以及調(diào)節(jié)指導(dǎo)，如圖7所示。

圖7 傳感網(wǎng)空調(diào)系統(tǒng)主界面

3.2 報警界面

當(dāng)溫濕度、吸放規(guī)律、能耗實際數(shù)值超過設(shè)定后，報警界面集中顯示報警內(nèi)容，見表5。同時發(fā)送手機短信，列如：

“5070# 20160813 9∶00部門5精并粗北 溫度【27-33】34∶1送風(fēng)增加；2水量增加；3冷量增加?！?/p>

3.3 歷史數(shù)據(jù)

輸入空調(diào)室或傳感器號可以查詢分析歷史數(shù)據(jù)，見表6。

3.4 吸放濕規(guī)律

從前到后各工序的相對濕度需要兼顧開松除雜和并合牽伸，符合一定的吸放濕規(guī)律，在系統(tǒng)中輸入報警閥值后即可進行監(jiān)控，見圖8、表7。

3.5 空調(diào)能耗

取室內(nèi)外實時溫度差(延遲時間按4 h計)和主機實時功耗2個主要變量，通過計算生產(chǎn)設(shè)備散熱量和圍護結(jié)構(gòu)熱傳遞，得到車間空調(diào)負(fù)荷模型。

表5 報警界面

表6 歷史數(shù)據(jù)

表7 吸放濕規(guī)律設(shè)定

圖8 各工序相對濕度曲線圖

Q=F1+F2

式(1)

其中：Q—車間實時空調(diào)負(fù)荷(Kcal/h)；

F1—車間生產(chǎn)主機實時散熱量(Kcal/h)；

F2—室內(nèi)外溫差實時熱傳遞量(Kcal/h)。

取空調(diào)電耗作變量，建立空調(diào)能耗(系數(shù))Q′函數(shù)。

Q′=kF3+m

式(2)

其中：Q′—空調(diào)能耗(系數(shù))；

F3—空調(diào)能耗(kW/h)；

k—能耗修正系數(shù)；

m—能耗常數(shù)。

在空調(diào)系統(tǒng)理想的狀態(tài)下，反復(fù)調(diào)整k和m,使式(1)與式(2)有良好的相關(guān)關(guān)系。

本系統(tǒng)與電能傳感網(wǎng)的數(shù)據(jù)同步共享，得到每小時生產(chǎn)用電和空調(diào)用電，通過分析空調(diào)負(fù)荷曲線與空調(diào)能耗(系數(shù))曲線的相對關(guān)系(見圖9)，能夠發(fā)現(xiàn)主機開臺變動時空調(diào)是否及時跟進，室外條件是否充分用足，確保用最低的能耗獲得穩(wěn)定的溫濕度[5]。

3.6 工作評價

依據(jù)溫濕度合格率，吸放濕規(guī)律控制，節(jié)能成效，科學(xué)定量地評價工作質(zhì)量，實現(xiàn)精細(xì)管理，見表8。

圖9 負(fù)荷曲線圖

表8 工作評價表

時間段：XXXXXXXX-XXXXXXXX 班別： 姓名：日期時間溫度合格率(%)相對濕度合格率(%)吸放規(guī)律報警次數(shù)節(jié)能(%)得分………………………………合計…………………………

4 結(jié)論

傳感網(wǎng)空調(diào)系統(tǒng)采取全自動檢測，可減少空調(diào)工50%以上的工作量，提高工效，降低成本。在實際中，大部分情況下溫濕度是正常的，這時空調(diào)工可以兼帶其他工作，只有當(dāng)溫濕度異常需要處理時，系統(tǒng)才會發(fā)短信給空調(diào)工，并提示調(diào)節(jié)方法，降低了對空調(diào)工技術(shù)及經(jīng)驗的依賴，實現(xiàn)“傻瓜”式操作；該空調(diào)系統(tǒng)實施，徹底杜絕了“抄假表”，讀數(shù)誤差等常見問題，數(shù)據(jù)及時、準(zhǔn)確、透明，并且可追溯，便于排查問題，督促提高空調(diào)工責(zé)任性和技術(shù)水平；根據(jù)能耗大小確定調(diào)節(jié)手段的優(yōu)選級，科學(xué)客觀地評定空調(diào)能耗水平，對降低能耗具有明顯的促進作用；傳感網(wǎng)檢測技術(shù)，解決了干濕球溫度計需要經(jīng)常加水，不能在零度以下使用，冬季室外讀數(shù)不便等問題；傳感網(wǎng)空調(diào)系統(tǒng)的硬件投資3500元/萬錠，控制軟件自主開發(fā)，投資少，運維費用很低，硬件與軟件系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，壽命長。

[1] 王保云.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究綜述[J].電子測量與儀器學(xué)報，2009，23(12)：1—7.

[2] 周義德，梁永智，何大四.浮動露點恒濕控制法在紡織空調(diào)中的應(yīng)用[J].棉紡織技術(shù)，2012，40(6)：4—7.

[3] 周亞素，甘長德，趙敬德.紡織廠空氣調(diào)節(jié)[M].北京：中國紡織出版社，2009.

[4] 楊瑞梁.紡織車間空調(diào)系統(tǒng)最小新風(fēng)量的研究[J].棉紡織技術(shù)，2008，36(9)：19—21.

[5] 狄育慧，梁才航，黃翔，等.棉紡織廠空調(diào)節(jié)能分析[J].棉紡織技術(shù)，2003，31(11)：35—37.

Abstract: An air conditioning system based on sensor networks was developed. This was developed system can automatically collect data and reduce labor, provide guidance for adjustment and stabilize control of temperature and humidity through temperature and humidity adjusting model, establish air conditioning load model, track and evaluate electricity consumption of air conditioning, reduce energy consumption of air conditioning. The system can enhance effects, while it reduces investment and maintenance costs.

Key words: air conditioning; sensor networks; air conditioning model; energy consumption

Development on Sensor Networks Air Conditioning System Used in Textile Mill

FanHuyue

(Wuxi First Cotton Textile Group Co., Ltd., Wuxi 214101, China)

2017-02-08

范琥躍(1958—)，男，江蘇無錫人，高級工程師。

TS108.6+1

B

1009-3028(2017)02-0011-06