贮丝间恒温恒湿空调控制系统设计

引 言

贮丝间恒温恒湿空调控制系统是烟草行业保证烟丝质量的关键设备，是卷烟厂制丝工艺中的一个重要环节。随着环境温湿度以及时间的变化，烟丝的含水率在贮存过程中会发生变化，影响烟丝的物理性能。保证贮丝间的恒温恒湿对烟丝质量的提升具有重要意义。传统设备多采用手动形式实现恒温恒湿，人为性质的现场操作很难保证完全的恒温恒湿环境， 从而影响烟丝质量。随着科技的进步，利用贮丝间恒温恒湿空调控制系统可使空调机组实现自动温湿度调节，将贮丝间温湿度恒定在工艺指标内。

1 控制系统设计

1.1 系统框图

贮丝间恒温恒湿空调控制系统主要包括检测模块、控制模块、显示模块和执行模块等。具体结构如图 1 所示。

1.2 系统主要设计思路

实现恒温恒湿的空调控制的主要执行模块是四个电动阀门，分别是加热阀、表冷阀、加湿阀和新风阀。空调机组的表冷段、加热段、加湿段装有电 动调节阀组（配 相应手动阀）， 便于实时采集 贮丝间的温湿 度，实现相应 的冷热介质自 动调节控制的 目的 ；空调机组的新风口加装电动调节阀，便于实时采集新风的温湿度，实 现新风量自动调节控制 ；贮丝房内加装 2 只带本体显示功能的 高精度一体式温湿度传感器，便于系统实时检测温湿度并进 行调整。

本系统选用德国西门子公司 S7-300 系列。S7-300 PLC 是 德国西门子公司通用型可编程控制器，包含 CPU 模块、接口 模块、信号处理模块、通信网卡、功能模块和操作屏等部分。 本系统的内部接线图如图 2 所示。

2.1 制冷过程

夏天时PLC 通过实时采集贮丝间的温湿度信号，经PID 算法处理后，输出信号到表冷段电动调节阀，通过控制阀门的开度实时监控贮丝间的温湿度，使贮丝间温湿度恒定在工艺指标内。

2.2 制热过程

冬天时PLC 通过实时采集贮丝间的温湿度信号，经PID 算法处理后，输出信号到加热段电动调节阀，通过控制阀门的开度实时监控贮丝间的温湿度，使贮丝间温湿度恒定在工艺指标内。

2.3 加湿过程

PLC 通过实时采集贮丝间的温湿度信号，经PID 算法处理后，输出信号到加湿段电动调节阀，通过控制阀门的开度实时监控贮丝间的温湿度，使贮丝间温湿度恒定在工艺指标内。

3 软件设计

3.1 主程序流程图

本设计程序的主题思想均为先定义，然后进入无限循环， 在无限循环内，温度和湿度的调节同时进行，本编程方法的好处是主程序执行完一次后可以重新采集温湿度信息，及时对温湿度变化做出响应。因为温湿度有一定的延迟性，为了能够达到实时监控温湿度的效果，我们采用PID 算法来控制温湿度，保证实时检测，实时调整。主程序流程图如图 3 所示。

控制系统的过程界面主要对工业生产现场进行模拟，利用WinCC 组态软件实现模拟，并以此画面作为主界面，操作人员可实时观看整个贮丝间恒温恒湿电气控制系统的组成，运行流程和数据。系统主界面如图 4 所示。

图 4 系统主界面

3.2.2 控制系统主操作界面设计

控制系统主操作界面是对整个恒温恒湿电气控制系统运行状态进行监控和实时操作的界面。主操作界面主要包括手自转换操作面板区、系统运行状态显示区。主操作界面也可完成启动和停止的操作。在系统运行状态显示区，可以显示车间温湿度，新风、送风温湿度，冷冻水及蒸汽介质温度， 空气过滤器压差信号，新风阀、表冷阀、加热阀、加湿阀开度， 送风机、冷冻水泵运行状态（运行 /停止）、故障状态、检修状态，送风机、冷冻水泵的手/自动状态等。方便操作人员随时观察运行状态并调整。

4 结 语

本文主要完成了控制系统和软件两部分设计，其核心是控制系统设计和PID 算法调节以及人机交互界面的设计。实验结果表明，本文设计的贮丝间恒温恒湿电气控制系统可自动将贮丝间的温湿度调节到工艺指标内，且能用于工业生产。