摘要：某卷煙廠空調系統(tǒng)由空調機組、制冷、熱力室三部分組成?？照{控制系統(tǒng)是控制空調機組對需要進行溫度調節(jié)的生產區(qū)域和辦公場所進行降溫、升溫、加濕和降濕調節(jié)，使之達到指標范圍內。其中制冷機提供降溫、降濕的冷源，熱力室提供增溫、加濕的熱源和汽源。本文根據控制要求提出空調自控系統(tǒng)方案，從設備層、控制層到管理層分別予以實現(xiàn)，符合卷煙廠DCS控制系統(tǒng)分散控制、集中管理的要求。

　　關鍵詞：卷煙廠 空調子系統(tǒng) 自動控制制冷站 PLC

　　一空調方案的設計特點及介紹

　　1卷煙廠主廠房空調控制系統(tǒng)特點

　　l制絲車間

　　制絲車間空調采用冬天送熱風，夏天送冷風的單風機送風（不設回風管路）方式，這是由制絲車間的生產特點所決定的。因此制絲車間空調的控制比較簡單，車間的溫、濕的檢測供參考，不做控制依據，其空調控制是開環(huán)的。

　　l卷接包車間和貯絲房

　　卷接包車間和貯絲房對溫、濕度的控制要求高，溫度在規(guī)定值的±5變化范圍，對于熱負荷擾動大的場合，要達到溫、濕度的控制要求，需要采用多種有效措施。從總體設計和工藝布局上需要認真考慮，如果采用雙風機空調，送風和回風口的設置、布局要考慮到車間各處分布均勻，測溫，測濕點應選擇多點裁決監(jiān)視以確保車間各處溫、濕值較一致。從空調功能上，應具有加濕、去濕、升溫、降溫、風量可變等調節(jié)功能，自動控制應有自動調節(jié)送風的溫、濕度的功能，應采取PID調節(jié)和模糊控制相接合的調節(jié)方法，確保貯絲和卷接報車間的溫、濕度達到工藝標準規(guī)范的卷煙廠主廠房空調控制的關鍵。

　　l輔料車間

　　輔料車間（含濾嘴棒車間）的熱負荷相應擾動較小，空調采用雙風機方式，其溫濕度控制要求也比較高，需采用升溫、降溫、去濕、加濕和新回風比可調的控制方案，為了達到溫、濕度控制精度要求應采取PID調節(jié)焓值控制等手段。

　　2卷煙廠主廠房空調控制系統(tǒng)及控制設備的簡介

　　國內卷煙廠主廠房空調控制系統(tǒng)一般采用自動控制和手動調節(jié)相結合的控制方式，控制精度和水平的高低，隨自動化控制水平提高而提高。目前，多數卷煙廠主廠房空調的控制系統(tǒng)采用集散型控制方式，集散管理層采用PC機和網絡通訊實現(xiàn)。國內卷煙廠主廠房空調的控制設備，多數選擇以下幾家公司的產品：

　　l英國卓靈公司控制設備

　　包括卓靈公司的IQ251系列DDC控制器和卓靈公司的溫度、濕度、壓力、壓差變送器及冷熱水調節(jié)閥等，其集散設備有945系統(tǒng)供選擇，目前國內采用卓靈公司控制設備的有北京、玉溪、重慶、徐州、淮陰、湛江等卷煙廠。

　　l美國霍尼爾控制設備

　　包括霍尼爾全套的DDC控制器及配套的溫度、濕度、壓力、壓差等測量變送器和冷熱水調節(jié)閥及集散控制系統(tǒng)設備。目前國內采用HONEYWELL控制設備的廠家有上海高陽卷煙廠。

　　l西門子蘭吉爾（LANDIS＆GYR）控制設備

　　博阿克蘭吉爾德S600系列DDC控制器和配套的溫度、濕度、壓力、壓差變送器和冷熱水調節(jié)閥等，而集控系統(tǒng)采用S600系列網絡及工作站軟件。目前國內采用該控制設備的有長沙、昆明、玉溪、廣州、深圳、楚雄、新鄭、駐馬店、徐州、貴陽等。

　　二空調自動系統(tǒng)方案

　　1被控對象描述

　　卷煙廠共有22套空調機組，其中制絲車間組合空調機組K-1~K-3；真空回潮和白肋煙組合空調機組K-4、K-5；卷接包車間組合空調機組K-6~K-9；濾棒成型車間組合空調機組K10、K11；貯絲紡組合空調機組K-12、K-13煙絲膨脹組合空調機組K-14；摻兌加香組合空調機組K-15；廢料貯轉組合空調機組K-16；綜合庫組合空調機組K17~K-22。

　　2空調控制系統(tǒng)結構組成

　　空調控制系統(tǒng)由設備層、控制層、監(jiān)控層三部分組成。通過設備控制網將三部分有機結合為一體。

　?。?）設備層

　　l空調機組電控柜，通過機組電控柜實現(xiàn)對空調機組電機啟停和風機變頻的控制。

　　l溫度、濕度、壓力檢測裝置。

　　l調節(jié)冷水、熱水、送風、排風等閥門執(zhí)行裝置。

　　l對機組運行狀態(tài)的檢測裝置。

　?。?）控制層

　　控制層是由DDC（直接數字控制）或PLC（可編程控制器）組成。DDC由CPU及I/O模板組成，它配上控制程序可對空調進行PID調節(jié)控制，該曾與設備層之間可通過I/O模板連接，也可采用現(xiàn)場總線（這是一種先進的控制連接方式，可以省去大部分現(xiàn)場電纜連接，提高控制精度和工作可靠性）與現(xiàn)場控制層相連。DDC配上網絡通訊模板，可與監(jiān)控PC聯(lián)網通訊。

　?。?）監(jiān)控層

　　監(jiān)控層由計算機、監(jiān)控軟件組成。實現(xiàn)對各空調機組的集中控制、檢測、監(jiān)控計算機通過以太網與能源管理中心監(jiān)控站和數據采集服務器相連并進行數據傳輸。

　　3系統(tǒng)功能

　　本系統(tǒng)具有以下功能：

　　l手動和自動控制功能：根據實際使用和現(xiàn)場維護操作的要求，通過硬件轉換開關或監(jiān)控計算機的操作實現(xiàn)手動自動的轉換。

　　l自動保護功能：空調機組電控柜內設有電機過流保護開關和系統(tǒng)用電的保護裝置，客隊電機和支流用電進行自動保護。

　　l集中監(jiān)控功能：本系統(tǒng)在監(jiān)控機上可實現(xiàn)全系統(tǒng)的集中控制。

　　l遠程設定和修改程序功能：在監(jiān)控機上可根據需要對工藝參數進行設定修改。也可對控制器的程序進行修改編程。

　　l顯示功能：實時顯示設備運行工況和工藝參數：顯示工藝參數實時棒圖和回路控制動態(tài)圖：顯示工藝參數歷史趨勢圖。

　　l數據采集功能：監(jiān)控計算機可實現(xiàn)對本系統(tǒng)各參數數據的采集和存儲，并且可以通過網絡傳送到能源管理中心的數采服務器中。作為管路報表的原始依據。

　　l查詢功能：為了實現(xiàn)工作站了查詢空調全系統(tǒng)的生產狀況和任務完成情況等信息并可根據實際情況設置查詢當前空調的各段工藝參數。

　　l打印報表功能：控制系統(tǒng)設有班報、日報合約報表，每隔一小時數據存盤一次，可定時或隨時以報表的形式打印出一個月的各點檢測參數，同時也可以打印當前溫、濕度控制曲線。

　　l密碼保護功能：系統(tǒng)具備多級別密碼保護，采用多級別密碼將為不同層次管理人員提供一個有效的保護工具，同時防止系統(tǒng)被非有關人員使用，密碼分為六個級別，不同級別操作人員有不同的操作權限。

　　l報警功能：監(jiān)控計算機設有溫濕度超越報警和空調系統(tǒng)設備異常報警，當溫濕度是側枝信號超越報警給定值（按實際要求而定）和設備處于異常狀態(tài)時，計算機在屏幕上發(fā)出閃爍和聲光報警。

　　4系統(tǒng)工作原理

　?。?）系統(tǒng)工作的一般原理

　　一般的空調控制原理是：根據室內溫濕度傳感器檢測的實際信號與給定的溫濕度值進行比較進行分性、判斷。當從溫濕度傳感器采樣的實際信號與給定設定信號相等時，孔制冷量的冷水閥及熱量的蒸汽電動調節(jié)閥依據控制加濕量的蒸汽電動調節(jié)閥、新風閥、回風閥、排風閥，就被調節(jié)在對應的某位之上。當采樣的實際信號大于或小于給定信號時，控制器通過數據處理運算并輸出偏差的控制信號，自動調節(jié)電動閥門或風門，使空調系統(tǒng)的溫濕度指標自動保持在一定的給定值上。

　　（2）卷煙廠空調系統(tǒng)設計原理

　　卷煙廠制絲車間、卷接包車間、辦公樓等不同地點對溫濕度的要求不同。根據不同地點對溫度的不同要求及以往工程經驗，將煙廠空調系統(tǒng)分為四類：

　　l支流式系統(tǒng)（全新風系統(tǒng)）

　　用于制絲車間空調，冬夏季空氣處理過程如圖1、2所示。

　　此系統(tǒng)的特點是全部采用新風，其控制工作原理是根據室內溫濕度的要求，當室內熱濕負荷及室外氣象發(fā)生變化時，通過控制表冷器和加熱器及噴蒸汽的電動閥，來保證室內溫濕度要求。

　　其處理過程

　　該系統(tǒng)特點是新風比例不變。其控制工作原理是將控制其中設定的室內溫濕度值與室內傳感器側的值進行比較，如果兩者不同，不如測得溫度為（30℃）控制器便會打開冷卻閥以降低室溫之設定值（27℃）。講到設定點后，冷卻閥仍有一定的開啟兩翼維持室內溫度。如果室內濕度太高，比如達到70%時，冷卻法會打開是供風溫度下降到零點，從而使空氣中的水分凝結，達到去濕的效果（控制器會控制加熱閥將冷卻后的空氣再加熱到室溫設定點），駕駛及供暖（加熱）也借助于相應的控制閥予以實現(xiàn)。

　　各壓差開關（傳感器）檢測風機及過濾器的狀態(tài)，如果風機停止工作，其壓差開關將檢測到這種狀態(tài)，控制器便會分流停止。過濾器壓差開關則會檢測到過濾網是否堵塞，如堵塞則打開壓縮空氣閥，清除過濾網或更換。

　　l新風比一次回風系統(tǒng)

　　空氣的處理過程同上，只是改變新回風的比，即混合后C點的位置發(fā)生變化。該系統(tǒng)的特點是：在過渡季節(jié)，可充分利用室外新風來參于調節(jié)(在可利用的條件下，即保證溫濕度控制條件），達到有效的節(jié)約冷量加熱量的目的。根據國卷煙廠的實際情況，我們提出兩種方式供比較。

　　l根據焓值控制新風量。

　　根據本地氣象資料（做出焓頻圖），在室外氣象參數和室內熱濕負荷變化時，通過PLC程序，對執(zhí)行機構的狀態(tài)（加熱，冷卻，加濕或除濕的能力）等信息進行綜合邏輯判斷，選擇最合適的空氣處理方式，并自動地從一種工況轉移到另一種工況，達到最大限度的節(jié)約冷熱量。

　　實現(xiàn)功能為：室內相對濕度的自動調節(jié)，夏季和過度季，當室外空氣濕度較高時，空置冷水閥的開度：冬季則控制蒸汽加濕器的電動閥的開度，室溫自動調節(jié)。

　　冬季控制熱水或蒸汽電動調節(jié)閥；夏季控制冷水電動調節(jié)閥；過度季控制新回風風閥。

　　三制冷站設計

　　1被控對象描述

　　制冷系統(tǒng)的主要功能就是為空調系統(tǒng)的調節(jié)提供足夠的冷量，通過對主要設備－制冷機及從屬設備（冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔等）的自動控制來滿足空調系統(tǒng)的使用。

　　l4臺離心式制冷機19XR6565-467DJS型，制冷量2813KW，冷凍水出口溫度7℃，冷卻水入口溫度32℃，凍水流量484M3/h，冷卻水流量579M3/h

　　l一臺螺桿式制冷機30HXC-400A型，制冷量1392KW，冷凍水出口溫度7℃，冷卻水入口溫度32℃，凍水流量241M3/h，冷卻水流量284M3/h

　　l7臺冷凍水泵（5用2備）。

　　l7臺冷卻水泵（5用2備，其中一臺倉庫備用）。

　　l5臺冷卻塔。

　　l落地式膨脹水箱1個。

　　控制參數如下：

　　l制冷機、水泵、冷卻塔風機等設備的啟/?？刂?。

　　l冷卻塔的入口閥門、冷凍水/冷卻水（進/出制冷機的）閥門、冷凍水供水分路閥門的開/關控制。

　　l冷凍水供水閥門回水之間的平衡閥的調節(jié)控制。

　　l膨脹水箱補水閥門的開/關控制。

　　2制冷控制系統(tǒng)組成

　　制冷控制系統(tǒng)由抓藥PLC，分布式I/O等電控柜及各種變送器組成。主PLC控制柜可配有操作員面板及聲光報警器，它負責全系統(tǒng)的參數采集，所測參數通過以太網傳給空調制冷系統(tǒng)監(jiān)控及機能源管理中心。主PLC通過Profibus-DP總線連接分布式I/O。它通過PLC對制冷設備進行群控和聯(lián)控。報警信號可通過聲光報警信號器進行報警，并設有報警按鈕。

　　制冷機內部工藝參數由制冷機本身的控制器通過網絡直接傳給空調制冷系統(tǒng)監(jiān)控機或制冷系統(tǒng)主控PLC。與制冷機密切相關、需聯(lián)鎖控制的設備（冷凍水泵、冷卻水泵、閥門等）的控制器件選擇分布式I/O,由主PLC直接控制這些設備的啟停。與制冷機相對無關、無須聯(lián)鎖控制的設備（冷卻塔風機，冷卻水補水閥門等）由PLC控制其圍繞獨立的目標值進行控制。

　　3制冷系統(tǒng)功能

　　控制方式有兩種類型：“本地／遠控”和“手動／自動”。

　　主PLC柜上設有“本地／遠控”開關，當開關打到“本地”時，由PLC控制系統(tǒng)內所有設備；當開關打到“遠控”時，能源管理關心監(jiān)控計算機可以直接控制本系統(tǒng)內的動力設備。

　　對每一個單機設備，電控柜上都設有“手動／自動”開關。當開關打到“自動”時，由PLC程序自動控制設備；當開關打到“手動”時，由工作人員人工控制設備，這樣就保證了PLC出現(xiàn)故障時，動力設備能正常運行。

　　對功率在7.5KW以上的設備，采用軟啟動方式。對功率在7.5KW以下的設備采用直啟動方式。對自帶軟啟動的設備，采用I/O觸點直接控制。

　　制冷機自帶控制器，除了給其配電外，可通過制冷機的遠控或聯(lián)網對其進行遠控啟/停。

　　4制冷系統(tǒng)控制原理及編程

　　5臺制冷機組及其聯(lián)動設備（7臺冷水泵，6臺冷卻水泵和5個冷卻塔、閥門）統(tǒng)一進行群控和聯(lián)控。膨脹水箱補水閥門根據其液位單獨進行控制。冷卻塔風機根據其出水口水溫單獨進行控制。

　　可采用手動/自動實現(xiàn)對制冷機組群控。自動控制由PLC執(zhí)行，可根據實際負荷（制冷量）需要自動增減制冷機運行臺數，均衡已運行的制冷機出力。具體就是通過對冷水回水溫度的檢測，來決定制冷機組的啟/停。即如果冷水回水溫度超過12℃,表示負載減少，制冷能力過剩（制冷機效率低），這是應減一臺制冷機，如圖5所示。制冷機組的奇/停需要冷水泵、冷卻水泵和冷卻水塔等聯(lián)動設備配合其聯(lián)鎖動作：

　　啟動順序：開冷卻塔供水閥門→開冷水激冷卻水泵→開制冷機冷水及冷卻水閥門→開制冷機。

　　停機順序：停制冷機→關制冷機冷水激冷卻水閥門→停冷水及冷卻水泵→關冷卻水塔供水閥門。

圖5.制冷機組群控流程

　　冷水塔風機的啟／停由主PLC控制，根據冷卻水的供水溫度（即冷卻塔的回水溫度）來決定。根據制冷機對冷卻水的要求（18-34℃），冷卻水溫度超過30℃,,則增開一臺風機；冷卻水的供水溫度小于19℃，則停開一臺風機。冷卻塔供水閥門和制冷機冷卻水閥門的凱/關由主PLC控制，根據制冷機的啟/停進行聯(lián)動，如圖6所示。

圖6冷卻塔風機群控流圖

　　在分水器和集水器之間采用電動調節(jié)閥門來調節(jié)冷水的旁道，即兩端的壓差大于設定值時，此閥打開，冷水直接由分水器旁道通到集水器，保持集水器和分水器之間的壓差平衡。制冷劑本身帶有蒸汽閥門控制，客隊以蒸汽量的輸入進行調節(jié)；制冷機提供冷水泵及冷卻水泵的啟/停信號，并接受冷水一泵及冷水泵的聯(lián)動信號。冷凍水及冷卻水泵均為5用2備，每臺制冷機均對應1臺冷凍水泵和臺冷卻水泵，水泵運行時發(fā)生故障，備份水泵(冷水及冷卻水)的切換由PLC控制自動完成。

　　落地式膨脹水箱的補水，根據水箱的液位決定.當液位低于下限時,打開補水閥門，進行補水。當液位高于上限時，關閉補水閥門，停止補水，控制流程如圖7所示。

　　四結束語

　　本煙廠空調控制可采用PLC控制方式，在能源管理中心配一臺監(jiān)控計算機，通過工業(yè)以太網與PLC通訊，實現(xiàn)數據采集和集控，這臺監(jiān)控計算機通過能源監(jiān)控系統(tǒng)的局域網與能源管理中心進行數據交換?？照{子系統(tǒng)中的制冷部分由1套PLC控制，通過以太網接入能源管理中心的監(jiān)控計算機，可在能源管理中心對制冷部分進行監(jiān)控。

作者簡介：

畢京斌 男 在讀碩士研究生 主要研究方向：電力電子及電力傳動