基于DDC 的恒温恒湿系统设计

在工业上有很多领域对温度和湿度有很高的要求; 随着电子工业的发展, 对于生产车间的洁净程度、温湿度要求也越来越高, 恒温恒湿环境已经成为了必备要求之一。因此, 必须设计出能准确地控制温湿度的恒温恒湿系统。

1 基于DDC 的二级控制结构

在一些大型的工程项目, 一个房间的温湿度用一个DDC 可以控制, 几个房间的温湿度仍然可以用一个DDC 来控制, 这样可以降低成本; 但是如果控制的房间数过多, 那么还是采用多个DDC 来控制, 虽然成本有所提高, 但是整体的性能提高了, 故障率也降低了。如果超大型的系统, 可以采用DDC的二级结构, 或更多极结构。图1 是用DDC的二级结构控制温湿度。

单个DDC 恒温恒湿设计:

( 1) 总体设计

该系统来源于某大型电子厂房的项目, 系统中共有几个房间要求常年恒温恒湿, 温度控制精度为22℃±1℃,湿度要求精度为50%±5%。以房间A 为例。通过DDC 控制某个房间的温湿度可通过风管、风口及空调机组由DDC 控制; 其原理图如图2 所示, 采用两个风口, 风量均为5940CMH, 圆形散流器24 个设计参数为Φ350mm, L=830 CMH, 回风口采用双层百叶活动风口, 共4 个, 设计参数为600×600, L=2010CMH, 空调需2 台可用20HP 单冷机。从图2 可以看出, 控制系统有两个机组都采用同一个DDC 来控制.定性, 其对应的C- Bus 总线可以与其他DDC 连接组成BAS 系统。

( 2) DDC 控制单机组的具体设计

图2 中DDC 控制两个机组, 对于每一个机组的控制原理是相类似的。对于其中的一个机组的设计思想如图3。由DDC 来控制表冷、加热、加湿、过滤这四个过程, 通过两个输入口和两个输出口实现控制。

图3 中表冷段采用风管式单冷空调机, 为了能够随时控制制冷量, 必须取得空调的压缩机的控制权和风机的控制权, 风机的控制可以直接从空调机的三相接触器获得。此时存在的联锁问题是压缩机的启动必须有风机启动作为前提条件, 因此必须在DDC 控制器内做软件连锁保护。

加热段采用蒸汽, 进入空气处理机组的盘管内加热空气, 蒸汽的流量由DDC 的电动二通阀控制, 模拟量信号控制开度, 对温度进行控制。加湿段考虑到洁净度的要求, 因此在加湿段采用加热软化水进行二次加湿的方法给空气处理机组加湿, 即再设计一个二次控制器如图4 所示。

DDC 采集到房间A 的湿度信号, 经过运算后把加湿量传送给二次控制器, 二次控制器接收信号之后打开一次蒸汽的加热软化水, 同时控制生成蒸汽量。加热软化水的电动二通阀是DDC 的V5011N2071 比例控制阀, 接收2~10V信号。

过滤段主要是去除新风、回风中的杂物。可在过滤段设置DPS 传感器, 测量过滤段前后的压力值, 当二者的压力差大于50Pa 的时候报警提示更换过滤芯。

2 控制策略

温度、相对湿度的控制因为具有耦合作用,其控制是通过制冷、加热、加湿、调节风量来完成, 制冷能够降低温度同时也能除湿, 但却提高了相对湿度, 加热既能够升温也能降低相对湿度, 风量的大小也是一个重要的因素, 因此DDC控制器的软件设计必须符合一定的关系,当风量一定时, 各个变量的关系如表1 所示。

其中制冷为开关量的控制, 即对于压缩机的控制, 加热、加湿的控制为模拟量控制方式。在一般的工业控制中, 简单的单回路闭环控制系统能够满足工艺生产的要求, 但对于某些要求较高场合, 其控制品质却难以令人满意。因此在设计系统时, 温度、湿度的控制采用串级控制思想。可在出风口和房间内分别设置传感器, 在DDC控制器中做串级控制编程。

3 结论

利用DDC 的强大功能, 设计了恒温恒湿控制系统。

温度、湿度的串级控制对于房间内的扰动变化具有很强的克服能力, 对于系统的负荷及操作条件的变化有一定的自适应能力。系统运行后, 温湿度一直保持在要求的精度范围之内,根据DDC 控制器内部设置的数据实时记录, 控制效果相当好。采用DDC 的二级结构, 虽然成本有所提高, 但是整体的性能提高了, 故障率也降低了。