電廠通風(fēng)系統(tǒng)電動(dòng)閥控制的設(shè)計(jì)改造

臧小軍+秘雙虎+唐湘濤+吳海燕

摘 要：在工程實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制或調(diào)節(jié)。文章采用溫濕度傳感變送器把測(cè)量到的溫度和濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)西門子PLC S7-200溫度控制器，搭配模擬量輸入/輸出模塊，編制PLC程序，通過(guò)PID參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)冷水控制閥和熱水控制閥的分別控制。系統(tǒng)供電方式采用雙電源切換模式，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，即使其中一路電源失電，系統(tǒng)也能穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：工作原理；PID；設(shè)備維護(hù)

中圖分類號(hào)：TM62 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）07-0106-002

Abstract： In the practical application of engineering， the most widely used regulator control law is proportional， integral， differential control， which is referred to as PID control or regulation. In this paper， the temperature and humidity signals are converted into electrical signals by using the temperature and humidity sensor transmitter， and the analog input/output module is combined with the Siemens PLC S7-200 temperature controller. The PLC program is programmed to control the cold water control valve and the hot water control valve separately through the PID parameters. The power supply mode of the system adopts dual power supply switching mode， which increases the stability of the system， and even if the power supply of one of them is out of power， the system can still operate stably.

Keywords： working principle； PID； equipment maintenance

1 通風(fēng)系統(tǒng)電動(dòng)閥工作原理

就地溫濕度傳感變送器把測(cè)量到的溫度和濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，控制方式采用兩路 獨(dú)立PID控制；以PV（溫度）的值作為中間變量。經(jīng)過(guò)PID控制，得到CV（閥門開度）的反饋值，再經(jīng)過(guò)PID調(diào)節(jié)，最終達(dá)到SV（設(shè)定值）的值。通過(guò)兩路PID控制，優(yōu)化調(diào)節(jié)過(guò)程、減小超調(diào)量、穩(wěn)定增益，使控制系統(tǒng)具有雙重穩(wěn)定性。風(fēng)機(jī)出口溫度采用溫濕度探頭與溫度探頭測(cè)量，兩個(gè)溫度信號(hào)分別送到溫度制器通過(guò)PID控制方式控制冷、熱水閥門開度；實(shí)現(xiàn)了對(duì)冷水控制閥和熱水控制閥的分別控制；濕度探頭用于檢測(cè)廠房濕度，濕度低于設(shè)定值時(shí)報(bào)警；空調(diào)機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由傳感器（包括溫度、濕度）、控制器、執(zhí)行器和閥體四部分組成。以實(shí)現(xiàn)控制送風(fēng)或室內(nèi)溫度、濕度等功能。實(shí)現(xiàn)高精度控制。

冷、熱水閥門控制邏輯示意圖如下圖1。

2 通風(fēng)系統(tǒng)電動(dòng)閥控制器

系統(tǒng)采用S7-200CPU模塊配合模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊作為溫度控制器；S7-200是一種小型的可編程序控制器，集成8輸入/6輸出共14個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)?？蛇B接2個(gè)擴(kuò)展模塊。6K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，4個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。1個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。S7-200系列的強(qiáng)大功能，使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。

8通道模擬量輸入模塊用于SIMATICS7-200的模擬量輸入與過(guò)程相連的接口，可以進(jìn)行模擬量傳感器和執(zhí)行器的連接，系統(tǒng)采集AHH7080溫濕度探頭和AHC7080溫度探頭信號(hào)，PLC轉(zhuǎn)換成工程量在觸摸屏中顯示。

3 通風(fēng)系統(tǒng)電動(dòng)閥HMI觸摸屏

控制器采用Schneider（施耐德）睿易系列，觸摸屏提供用于與簡(jiǎn)單機(jī)器進(jìn)行通訊。睿易系列觸摸屏采用TFT彩色屏幕緊湊型設(shè)計(jì)。采用具有用于RTC的可更換電池及自診斷工具，實(shí)現(xiàn)了維護(hù)的方便。設(shè)備通風(fēng)孔設(shè)計(jì)能夠防止水的噴濺及導(dǎo)電性灰塵的進(jìn)入，同時(shí)PCBA涂層能夠防止高濕度及污染環(huán)境的損害。觸摸屏外觀如圖2所示。

HMI顯示主控界面，主控界面左側(cè)顯示熱水閥開度，AHC7080A溫度傳感器檢測(cè)的溫度值；主控界面右側(cè)顯示冷水閥開度，AHH7080B溫濕度傳感器檢測(cè)的溫度值和濕度值。并且在界面右下方存在濕度報(bào)警指示燈，以及濕度報(bào)警確認(rèn)按鈕。當(dāng)濕度低于設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，濕度報(bào)警燈紅色閃爍，當(dāng)濕度恢復(fù)正常后，電機(jī)報(bào)警確認(rèn)按鈕，濕度報(bào)警指示燈恢復(fù)正常。

圖3參數(shù)設(shè)置是對(duì)熱水閥閥門開度和冷水閥閥門開度進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)調(diào)節(jié)的選擇以及設(shè)定界面，同時(shí)可對(duì)濕度報(bào)警值進(jìn)行設(shè)定，經(jīng)過(guò)授權(quán)的賬號(hào)進(jìn)行操作。閥門開度調(diào)節(jié)，可以選擇手動(dòng)或自動(dòng)兩種形式，點(diǎn)擊閥門設(shè)定手動(dòng)按鈕，可在閥門開度設(shè)置后手動(dòng)輸入閥門開度（0%-100%），閥門按照設(shè)定值打開，不經(jīng)過(guò)PID調(diào)節(jié)，滿足現(xiàn)場(chǎng)工作需要；點(diǎn)擊選擇自動(dòng)按鈕，可設(shè)定SV（設(shè)定的溫度值）的值，以及KP（比例增益）、KI（積分時(shí)間常數(shù)）、KD（微分時(shí)間常數(shù)），系統(tǒng)將自動(dòng)根據(jù)被測(cè)溫度值與設(shè)定溫度值分別進(jìn)行比例、微分和積分運(yùn)算，調(diào)節(jié)閥門的輸出。冷水閥門的設(shè)定值SV：20℃，增益KP：-1.0，積分：KI：1min，KD：0.0min；熱水閥門的設(shè)定值SV：21℃，增益KP：0.9，積分：KI：1min，KD：0.0min。此參數(shù)應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)，將房間溫度和閥門調(diào)節(jié)達(dá)到平衡控制，避免閥門頻繁調(diào)節(jié)，導(dǎo)致閥門調(diào)節(jié)裝置損壞。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥設(shè)置為能夠接受0-10V信號(hào)來(lái)進(jìn)行開度調(diào)節(jié)，其中10V代表100%開度，0V表示0%開度。endprint

4 系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)

4.1 電動(dòng)閥控制系統(tǒng)說(shuō)明

系統(tǒng)可以分別對(duì)冷水控制閥和熱水控制閥進(jìn)行控制，溫濕度探頭檢測(cè)溫濕度和溫度，兩個(gè)溫度信號(hào)分別輸入至控制器并實(shí)時(shí)顯示溫濕度值以及濕度報(bào)警或值，根據(jù)設(shè)定可手動(dòng)或自動(dòng)控制冷水閥、熱水閥動(dòng)作。濕度探頭用于檢測(cè)廠房濕度，當(dāng)檢測(cè)到的濕度低于設(shè)定的濕度值時(shí)，觸發(fā)報(bào)警并發(fā)送無(wú)源干接點(diǎn)信號(hào)。空調(diào)機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)安裝在柜體中，便于日常的維護(hù)。

主電源開關(guān)（斷路器JA1、JA2）控制整個(gè)系統(tǒng)的供電，啟動(dòng)本設(shè)備時(shí)需依次打開開關(guān)JA1＼JA2。同時(shí)應(yīng)保證JA3、JA4、JA5、JA6已經(jīng)打開，方可保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。系統(tǒng)供電正常時(shí)，柜體電源指示燈顯示綠色，觸摸屏正常啟動(dòng)。若供電不正常，打開機(jī)箱，觀察機(jī)箱內(nèi)部保險(xiǎn)型端子指示燈是否顯示，若指示燈顯示紅色，表示內(nèi)部保險(xiǎn)管熔斷，需更換相應(yīng)保險(xiǎn)絲。

首次啟動(dòng)或檢修啟動(dòng)設(shè)備時(shí)，首先先檢查機(jī)箱外部有無(wú)損壞、面板上元件是否損壞，安裝是否牢固，接線有無(wú)松動(dòng)等，確認(rèn)沒(méi)有問(wèn)題后，系統(tǒng)可上電工作。

4.2 電動(dòng)閥控制系統(tǒng)的設(shè)備調(diào)試

電動(dòng)閥調(diào)試步驟分為：（1）檢查各連接點(diǎn)連接牢靠；（2）系統(tǒng)送電；（3）對(duì)溫濕度探頭反饋進(jìn)行檢測(cè)；（4）用電流源模擬4～20mA的溫濕度信號(hào)；（5）利用電腦檢測(cè)PLC的輸入信號(hào)是否正常；（6）PLC輸出信號(hào)發(fā)出的指令執(zhí)行器是否能讓閥門開關(guān)到位；（7）閥門開關(guān)到位后的反饋信號(hào)

是否正常。

4.3 電動(dòng)閥控制系統(tǒng)故障分析

（1）系統(tǒng)不工作：a.檢查電源工作是否正常，如果電源電壓220VAC不穩(wěn)定或者無(wú)電源，檢查上級(jí)電源及廠房供電。b.如果電源正常，檢查PLC工作是否正常，編制的PLC程序是否能夠滿足就地電動(dòng)閥工作需要，各個(gè)開關(guān)量、模擬量地址是否與就地輸入/輸出量一致。

（2）閥門動(dòng)作不到位：a.檢查溫度和溫濕度探頭輸出信號(hào)是否正常，如不正常，檢查和清潔相對(duì)應(yīng)的探頭。b.如果探頭正常，檢查閥門有無(wú)卡澀現(xiàn)象。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文以控制通風(fēng)系統(tǒng)出口溫度為目的，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)管道上冷、熱水電動(dòng)閥的基本要求出發(fā)，以S7-200PLC作為控制器，設(shè)計(jì)了一套溫控系統(tǒng)。系統(tǒng)應(yīng)用PID調(diào)節(jié)控制閥門開度，提高了溫度控制的穩(wěn)定性，改善廠房工作環(huán)境。以S7-200PLC作為控制主機(jī)的溫控系統(tǒng)，控制程序可變，系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù)方便，能夠適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)各種工況。

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