涂装车间喷房温湿度控制

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1、涂装车间喷房温湿度控制中国汽车工业工程公司 自控工程院 覃振 中国汽车工业工程公司 自控工程院 罗祖宪一、引言 涂装车间喷漆室空调温湿度控制不同于一般的空调控制系统。涂装车间喷 漆室内的温湿度要求控制精度比较高，且要求持续稳定。但是，由于喷漆室内 温度与湿度之间存在交叉耦合情况，即温度控制会引起湿度变化，湿度控制也 会引起温度变化；并且，喷漆室空调的进风是直接采集于自然风，进风温湿度 受外界天气的变化影响很大，不容易控制。因此，涂装车间喷漆室的温湿度控 制是一种非线性的、滞后的、时变的复杂过程，这种系统若采用传统的仪表控 制来实现显然是不合适宜的。本文根据多个涂装车间项目中控制喷漆室空调温 湿

2、度的经验，提供一个喷房温湿度控制的方法。二、系统设计 整个空调温湿度控制系统主要分为三个控制段，分别为表冷段、加热段、 喷淋段。进入表冷段的冷水量和加热段的热水量分别由他们各自管路上的冷、 热水阀来控制，而进入喷淋段的水喷淋量则由喷林泵来实现。其硬件如下图所 示：A.冷水同水冷w热水目水掘水阀1淡段拴鲁i喩殖U系统硬件设计示意图三、系统控制原理： 在介绍系统控制原理之前我们首先引入一个焓值的概念： 焓值是一种能量的单位，代表的是一定容积量空气中含的水分和温度的综 合量，是空气温度和湿度大小的综合衡量单位，其值的大小完全只由温度和湿 度决定，其计算公式如下：温度：t 湿度： k1、开式温度计算：

3、T=273.15+t2、饱和空气压力计算ln( Ps) = C + C 2 + C 3 - T + C 4 - T 2 + C 5 - T 3 + C 6 - T 4 + C 7 ln(T)其中:C1 = -5674.5359C2 = 6.3925247C3 = -0.9677843 x 10-2C4 = 0.62215701*10-6C5 = 0.20747825*10-18C6 = -0.9484024*10-12C7 = 4.16350193、计算饱和空气压力蒸汽分压力Pq=k/100*Ps4、计算含湿量d=622* Pq/(101000- Pq)5、计算焓值h=1.01t+0.001d

4、(2501+1.84t)也就是说，只要知道了当前的温湿度，就能通过以上公式计算相应的焓值。温湿度控制系统的被控参数是喷漆室内的温度和湿度。温湿度信号由安装 在喷漆室内的温湿度传感器检测得出。温湿度传感器将检测到的温湿度信号输 入 PLC ，由此，可在 PLC 程序中通过电流值与温湿度值之间的换算关系计算 出当时条件下温湿度的当前值。在程序中给 PID 功能模块分别输入 KP、KI、 KD参数，同时输入温湿度的设定值，程序中的PID功能模块根据输入的这些 值通过运算输出控制百分比，再由PLC上的模拟量输出模块将控制百分比转 换成420mA电流信号分别来控制相应的执行机构。将PID的输出分成加热、

5、 制冷和加湿信号，每个 PID 功能模块分别单独控制各自的热水调节阀、冷水 调节阀开度和加湿泵变频器的频率，从而实现了对喷漆室内温湿度的控制。那么我们不妨定义一下，设定值和当前值为温度的 PID 功能模块为温度 功能模块；设定值和当前值为湿度的 PID 功能模块为湿度功能模块；设定值 和当前值为焓值的PID功能模块为焓值功能模块。功能模块在PLC程序中的 表现如下：PID 控制程序段：MOV-MOVMoveSxrcc Tmp Tranamter NO1 CHF 50 0 * NOIJernpDJP 5D.Q *testMoveScii.irte IeiTip_Trari3rriter_NO1

6、.C.KI 0.XO5* HCdJd .：.t_Tenip_Pir：.KI DZD5*MaveEtcrcc Tcmp_TrQri3iritcr_NC,1 .CHDCi jj * NOI Hd Te口DJW0.0 *D&stTemperarture cont-ol by FID firctiD仃 insd Pl吋旨仙猛度.CvCr Tcrnp_Trcnsmiter_NO1 C5F 22Dt- NOl.FfctJetrJDSP22 JO*Motor start OK电机启动完成VFD_AirjE；uppty_NCd S.OH一 一兀竝昭入ID PropDrUonal Inflegrai Derus

7、t lyeFID_NC1_H.irt_Tetnp_PID Froces variable TeinP_Not_jransirtter_NCl .l.leinp TiebackDControl VnrinWc Temp_H：dj1 =7ran&Tiiicr_NO1 .OPT FID Hasler Loop0Inhold Bit0Inhold VsLe0setpant冲口丰Fvddbss Variebe22.12 *-irl-.-l .L.39.993Z02*冷水调节阀、热水调节阀、喷淋泵变频器都分别由哪些功能模块来控制开 度或频率为好呢。在以往的调试过程中，我们往往是用焓值功能模块来控制冷 水调

8、节阀的开度来除湿，用温度功能模块来控制热水调节阀开度来控制温度， 用湿度功能模块来控制喷淋泵变频器频率来调节喷淋量控制湿度，这个控制方 案历经了现场实际生产的考验，证明是可行的，控制精度和稳定性都很高，并 且能应付各种复杂多变的气候。解决了哪个功能模块分别哪个执行机构的问题，下一个要研究的就是在程 序中如何控制这些元器件以应付一年四季复杂多变的天气，在这些不同的季节 条件下，外界的温湿度差别非常大，比如炎热的夏季，外界温度和湿度都比较 高，这种条件下需要降温和除湿；而在寒冷的冬季温度低、气候干燥湿度小， 这时需要加热和增湿；但在天气比较复杂的多变的春秋季，一天之内，加热、 降温、除湿、增湿要同

9、步进行才能保证喷漆室里的温湿度保持高精度和高稳定 性。为了解决这个问题，我们给空调人为的设置了三种运行模式，即夏季模式、 冬季模式和春秋季模式。这三种模式的切换由安装在控制柜上的三位选择旋钮 来人为的进行，在哪个季节就将旋钮打到哪种模式。夏季模式：温度高、湿度高是这个季节的气候特点，在这个模式下，用焓 值功能模块来控制冷水阀的开度，将空气的焓值控制到设定焓值。比如，当喷 漆室的温湿度要求为温度25C，湿度为60%时，通过上面的公式计算出，所 要求的焓值为10.041758，即焓值的设定值为10.041758,第一步首先就要通 过表冷段除湿将空气的焓值控制到这个值。第二步，用温度功能模块控制热水

10、 调节阀的开度，空气在通过第一段的表冷段后，温度值都会低于设定值，这时 就需要加热，将温度控制到设定值。这两步就完成了夏季模式温湿度的控制， 当将焓值和温度都控制到设定值后，湿度也就自然被控制到了所需要的设定值。控制流程图如下：冬季模式：冬季温度和湿度都比较低，需要加热和加湿，在这种情况下我 们也是分两步控制：第一步用温度功能模块热水调节阀开度，将温度控制到设 定值；第二步是用湿度功能模块控制喷淋泵的变频器，将湿度控制到设定值。 在这里需要特别说明的是，对应 PLC 输出给它 420mA 电流信号变频器的输出 范围应该为1050HZ,因为当变频器输出低于10HZ时，喷淋泵喷出的水量太小， 在空

11、调喷淋段里无法形成水雾，起不到给空气加湿的作用。控制流程图如下：春秋模式：这是两个气候比较复杂，温湿度比较难控制的季节，同一天之 内，温度和湿度的变化都很大，时而需要除湿，时而又需要加湿，时而需要升 温，时而又需要降温。在这种模式下，最好的办法只能是冷水、热水、喷淋一 起开，让这三种力量在空调里混合调节，自己达到平衡。在这种模式下，用焓 值功能模块控制冷水调节阀的开度，用温度功能模块控制热水调节阀的开度， 用湿度功能模块控制喷淋泵变频器的输出频率。控制流程图如下:该控制系统在实际生产过程中经过长时间的运行表明：该控制系统超调量 小，控制性能稳定，抗干扰能力强，达到了用户的要求，温度控制误差在士 1 度，相对湿度能控制在士 3%以内，更重要的是能在短时间内实现从开机到温 湿度的稳定，取得了满意的效果，操作也比较简便，达到喷漆室运行高效率、 低成本的目的。附图：温湿度升温曲线图喷津室湿度Ail 田汩rfirKlbTL VIk_ J喷漆室温度/A1k1八、rL5外界温度7 -2& 34:D?Xlfl-1 D-2G:44:Q7 ZltE-12&a：07 ：0&-10-2L Vrw JRend20051 U月 加 日四、 结束语： 涂装车间喷漆室内的温湿度控制采用如上控制方案，达到了操作简便，运 行高效率、低成本的目的，为项目可靠，低成本运行奠定基础。