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[安全规格]某织物纤维实验室恒温恒湿空调机组自控系统设计 [复制链接]

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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2023-07-03

关键词：纤维实验室恒温恒湿检测

前言
　　纺织纤维及织物的物理和机械性能受空气的温湿度影响很大。织物纤维吸潮后会变长，纤维直径会变粗，这种变化对纤维的拉伸、压缩、弯曲、剪切和扭转等力学性能产生很大的影响，而纤维的力学性质与纺织品的消费性能有密切的关系。因此进行纺织纤维和织物检测的试验室对环境温湿度的要求非常严格，很多试验要求在标准大气条件中进行，或对被试品进行预调湿处理。
　　国际标准规定的标准大气为：温度20℃(热带可为27℃)，相对湿度(RH)为65%，大气压力规定在86kPa~106kPa范围内(视各国地理环境而定)。我国织物检测试验规定大气压力为1个标准大气压，对温湿度规定了允许的波动范围：
　　一级：20±2℃，65±2% RH，一般用于仲裁检验；二级：20±2℃，65±3% RH，一般用于常规检验；三级：20±2℃，65±5% RH，多用于要求不高的检验。
　　纺织纤维及织物试验室空调应采用高精度恒温恒湿空调机组，并应有有一个先进的自控系统，实现标准规定的测试条件，来保证检测结果的准确和公正。
　　1某纤维实验室空调自控系统要求
　　某纤维试验室恒温恒湿空调系统采用两套自带冷源的空气处理机组，一套作为运行机组，另一套作为备用机组。当单台机组不能保证温湿度控制要求或出现故障停机时，备用机组能自动投入运转。
　　每套空气处理机组均带有两套独立的风冷冷风型蒸气压缩制冷系统，每套机组还配有无极调节的电加热模块和电热加湿系统以及除湿模块。每套机组有独立的监控系统，完成温湿度的调节，并对主要设备的运转及报警状态监控，进行自动保护控制。两套机组以及每套机组的两台压缩机应能自动平衡运转时间，以达到平衡机组寿命的要求。
　　远程计算机可以对每套机组的运转状态进行监视，并可进行开关控制。该试验室要求全年能调控到标准试验温度条件。温控精度为20℃±0.5℃，65RH±2% RH。并能根据不同的试验项目进行温度优先或湿度优先独立控制。
　　该试验室的每套空气处理机组需要监控的IO点为数字量输入20个，模拟量输入3个，数字量输出12个，模拟量输出5个共计40个。两套空气处理机组需要跟远程计算机交换机组运转参数及机组报警状态数据共计模拟量数据4个，离散状态量数据60个。
　　2自控系统方案设计
　　该试验室恒温恒湿空气处理机组中每套空气处理机组需要监控的IO数据点较多，而且要求两套机组互为备用并平衡运转时间，并且要求远程监控，与远程计算机之间有大量数据交换。这就要求所采用的控制器能够灵活编程，IO数据端口数量配置合理，并有灵活强大的通讯能力。同时还要做到成本低，控制器选型上受到很大限制，难以找到合适的控制器。我们提出的采用西门子Saphir系列控制器的解决方案获得了客户的认可。
　　该解决方案的网络结构如图1。

　　图1机组控制器网络结构
　　该机组中的机组一和机组二每套空气处理机组由一台ACX36.040和一台ACX36.000控制器组成，可独立的进行温湿度控制和报警监控处理。其中ACX36.040作为主控制器完成控制逻辑处理，ACX36.000作为从控制器通过Modbus通讯与主控制器连接，接受主控制器控制，作为主控制器的IO扩展模块。另用一台ACX36.040控制器做为网关控制器，与机组一和机组二的ACX36.040主控制器之间通过Lon通讯交换数据，读取各个机组的运行参数和状态，协调两套机组的运转。网关控制器同时还将从机组一和机组二中获取的数据再以Modbus通讯协议的方式发送给远程计算机，并可接受远程计算机的控制指令，传送到相应机组执行。远程计算机可以采用支持Modbus通讯协议的组态软件设计监控画面，也可以用带Modbus通讯的触摸屏实现监控。
　　3 ACX36系列控制器的功能特点
　　ACX36系列控制器是西门子Saphir系列控制器中专门针对暖通空调产品设计的控制器。ACX36.000控制器与ACX36.040控制器相比，省去了Lon通讯接口。ACX36.040控制器的主要特点如下：
　　3.1灵活的IO端口：
　　该控制器有8个通用输入输出端口，5个干节点型数字量输入(DI)，2个0-10V模拟量输出口(AO)，6个数字量输出口(DO)共21个IO端口。
　　其中8个通用输入输出端口可以进行灵活配置，既可以作为8模拟量输入(AI)，又可以作为8个数字量输入(DI)，其中6个还可以配置为0-10V的模拟量输出(AO)。作为模拟量输入(AI)时还可以配置成0-10V，0-20mA，4-20mA，Ni1000，Pt100，Pt1000，NTC10K，NTC100K等多种传感器形式。
　　3.2支持多种通讯协议：
　　支持标准的Modbus RTU通讯协议，地址和端口端口参数可灵活设置。
　　支持Lon通讯协议，内置64个Lon通讯的网络变量。
　　支持西门子标准PPS2通讯协议，便于连接室内单元控制器，适合风机盘管控制。
　　3.3支持多种人机界面手操器(HMI)：
　　可通过service端口，连接西门子ACX84.910文本型手操器，支持多种语言显示。
　　可通过PPS2端口，连接西门子QAA88.3室内单元控制器。
　　可通过RS485端口，采用Modbus通讯协议连接其它支持Modbus通讯协议的HMI设备，如Proface触摸屏，西门子TP170B触摸屏，eView显示屏。
　　可通过Modbus或Lon通讯协议与工控计算机的监控软件如“组态王”、“力控”、西门子楼控系统等实现组网监控通讯。
　　可通过service端口，连接Modem设备接入GSM网络，实现事件及实时短信提醒功能。
　　3.4灵活的编程工具Sapro：
　　该控制器采用Sapro编程语言。Sapro编程语言采用图形化逻辑块或类似Pascal语言的编程语句进行编程，包含了IEC61131-3全部基本模块，此外还集成了大量的适合暖通空调行业的功能模块，如空气绝对湿度和焓值计算，压缩机负荷平衡，PID控制等。使得编程简单易学，并可实现各种复杂的控制逻辑。
　　4主要控制功能实现
　　4.1温湿度调节
　　机组一和机组二中每套机组可独立完成温湿度控制功能，控制器协调两台压缩机和电加热器、电热加湿器以及除湿器运转，根据实际温湿度与设定值的偏差，决定一台还是两台压缩机运转。根据试验项目要求不同，还可以选择温度优先控制或湿度优先控制。电加热器输出和电加湿器的输出采用PID控制。两台压缩机和各自风机、过滤系统、调节阀组成两个独立的制冷系统，当其中一个制冷系统出现故障停机时可自动切换到另一制冷系统。当一套机组运转中出现故障或无法达到设定要求时，网关控制器可自动启动备用机组来保持温湿度的恒定。
　　4.2运转时间的平衡
　　机组运行中对每套机组的运转时间以及机组中两台压缩机的运转时间进行计时，优先选择运行时间短的压缩机启动工作。统计每套机组的运转时间，并通过优先工作及轮换功能，来平衡两个压缩机或两套机组的工作时间，延长机组寿命。
　　4.3故障隔离与故障诊断
　　机组运行中某个设备发生故障，如果该故障不影响其它设备的工作，控制器只切断该故障设备的开关，而不影响其它设备的运转。如加湿器故障，只切断加湿器的开关，而不影响加热器等其它设备。同时发生故障的设备存在备用设备时能自动启动备用设备。如一台压缩机运转中出现故障，可自动启动另一台压缩机。
　　故障发生时控制器能记录故障发生的时间，故障描述以及故障来源，便于快速查找故障原因。
　　4.4远程监控
　　机组具有本地开关、HMI手操器开关、远程控制三种控制模式。两套机组通过Lon通讯与网关控制器交换数据，由网关控制器协调其工作。网关控制器把两套机组的运行态及报警信息再通过Modbus通讯转发到上位监控计算机，并能接受远程计算机的开关控制指令，控制相应的机组工作。这样实现了空调机组的自动控制和远程监控。而该远程监控计算机也可以是整个楼控系统，这样空调机组可以和其它如照明系统，消防系统、安防系统等集成到一起，成为智能建筑管理系统的一部分。
　　5结论
　　本文给出了一种采用西门子ACX36系列控制器对某纤维检测实验室高精度恒温恒湿空调机组进行自动控制和远程监控的方案，该方案中一用一备两套机组均有独立的监控系统，完成温湿度的调节，并对主要设备的运转及报警状态监控，进行自动保护控制。两套机组以及每套机组的两台压缩机应能自动平衡运转时间，以达到平衡机组寿命的要求。系统中网关控制器把两套机组的运行态及报警信息再通过Modbus通讯转发到上位监控计算机，并能接受远程计算机的开关控制指令。该方案较好地满足了纤维试验室恒温恒湿空调系统机组控制及远程监控的要求。

文章出自: 世科网