電廠通風系統電動閥控制的設計改造

臧小軍+秘雙虎+唐湘濤+吳海燕

摘 要：在工程實際應用中，應用最為廣泛的調節器控制規律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制或調節。文章采用溫濕度傳感變送器把測量到的溫度和濕度信號轉換成電信號，通過西門子PLC S7-200溫度控制器，搭配模擬量輸入/輸出模塊，編制PLC程序，通過PID參數實現對冷水控制閥和熱水控制閥的分別控制。系統供電方式采用雙電源切換模式，增加系統的穩定性，即使其中一路電源失電，系統也能穩定運行。

關鍵詞：工作原理；PID；設備維護

中圖分類號：TM62 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）07-0106-002

Abstract： In the practical application of engineering， the most widely used regulator control law is proportional， integral， differential control， which is referred to as PID control or regulation. In this paper， the temperature and humidity signals are converted into electrical signals by using the temperature and humidity sensor transmitter， and the analog input/output module is combined with the Siemens PLC S7-200 temperature controller. The PLC program is programmed to control the cold water control valve and the hot water control valve separately through the PID parameters. The power supply mode of the system adopts dual power supply switching mode， which increases the stability of the system， and even if the power supply of one of them is out of power， the system can still operate stably.

Keywords： working principle； PID； equipment maintenance

1 通風系統電動閥工作原理

就地溫濕度傳感變送器把測量到的溫度和濕度信號轉換成電信號，控制方式采用兩路 獨立PID控制；以PV（溫度）的值作為中間變量。經過PID控制，得到CV（閥門開度）的反饋值，再經過PID調節，最終達到SV（設定值）的值。通過兩路PID控制，優化調節過程、減小超調量、穩定增益，使控制系統具有雙重穩定性。風機出口溫度采用溫濕度探頭與溫度探頭測量，兩個溫度信號分別送到溫度制器通過PID控制方式控制冷、熱水閥門開度；實現了對冷水控制閥和熱水控制閥的分別控制；濕度探頭用于檢測廠房濕度，濕度低于設定值時報警；空調機組自動控制系統主要由傳感器（包括溫度、濕度）、控制器、執行器和閥體四部分組成。以實現控制送風或室內溫度、濕度等功能。實現高精度控制。

冷、熱水閥門控制邏輯示意圖如下圖1。

2 通風系統電動閥控制器

系統采用S7-200CPU模塊配合模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊作為溫度控制器；S7-200是一種小型的可編程序控制器，集成8輸入/6輸出共14個數字量I/O點。可連接2個擴展模塊。6K字節程序和數據存儲空間，4個獨立的30kHz高速計數器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。1個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。S7-200系列的強大功能，使其無論在獨立運行中，或相連成網絡皆能實現復雜控制功能。

8通道模擬量輸入模塊用于SIMATICS7-200的模擬量輸入與過程相連的接口，可以進行模擬量傳感器和執行器的連接，系統采集AHH7080溫濕度探頭和AHC7080溫度探頭信號，PLC轉換成工程量在觸摸屏中顯示。

3 通風系統電動閥HMI觸摸屏

控制器采用Schneider（施耐德）睿易系列，觸摸屏提供用于與簡單機器進行通訊。睿易系列觸摸屏采用TFT彩色屏幕緊湊型設計。采用具有用于RTC的可更換電池及自診斷工具，實現了維護的方便。設備通風孔設計能夠防止水的噴濺及導電性灰塵的進入，同時PCBA涂層能夠防止高濕度及污染環境的損害。觸摸屏外觀如圖2所示。

HMI顯示主控界面，主控界面左側顯示熱水閥開度，AHC7080A溫度傳感器檢測的溫度值；主控界面右側顯示冷水閥開度，AHH7080B溫濕度傳感器檢測的溫度值和濕度值。并且在界面右下方存在濕度報警指示燈，以及濕度報警確認按鈕。當濕度低于設定的報警值時，濕度報警燈紅色閃爍，當濕度恢復正常后，電機報警確認按鈕，濕度報警指示燈恢復正常。

圖3參數設置是對熱水閥閥門開度和冷水閥閥門開度進行手動調節、自動調節的選擇以及設定界面，同時可對濕度報警值進行設定，經過授權的賬號進行操作。閥門開度調節，可以選擇手動或自動兩種形式，點擊閥門設定手動按鈕，可在閥門開度設置后手動輸入閥門開度（0%-100%），閥門按照設定值打開，不經過PID調節，滿足現場工作需要；點擊選擇自動按鈕，可設定SV（設定的溫度值）的值，以及KP（比例增益）、KI（積分時間常數）、KD（微分時間常數），系統將自動根據被測溫度值與設定溫度值分別進行比例、微分和積分運算，調節閥門的輸出。冷水閥門的設定值SV：20℃，增益KP：-1.0，積分：KI：1min，KD：0.0min；熱水閥門的設定值SV：21℃，增益KP：0.9，積分：KI：1min，KD：0.0min。此參數應用到現場，將房間溫度和閥門調節達到平衡控制，避免閥門頻繁調節，導致閥門調節裝置損壞。電動調節閥設置為能夠接受0-10V信號來進行開度調節，其中10V代表100%開度，0V表示0%開度。endprint

4 系統運行和維護

4.1 電動閥控制系統說明

系統可以分別對冷水控制閥和熱水控制閥進行控制，溫濕度探頭檢測溫濕度和溫度，兩個溫度信號分別輸入至控制器并實時顯示溫濕度值以及濕度報警或值，根據設定可手動或自動控制冷水閥、熱水閥動作。濕度探頭用于檢測廠房濕度，當檢測到的濕度低于設定的濕度值時，觸發報警并發送無源干接點信號。空調機組自動控制系統安裝在柜體中，便于日常的維護。

主電源開關（斷路器JA1、JA2）控制整個系統的供電，啟動本設備時需依次打開開關JA1＼JA2。同時應保證JA3、JA4、JA5、JA6已經打開，方可保證系統的正常運行。系統供電正常時，柜體電源指示燈顯示綠色，觸摸屏正常啟動。若供電不正常，打開機箱，觀察機箱內部保險型端子指示燈是否顯示，若指示燈顯示紅色，表示內部保險管熔斷，需更換相應保險絲。

首次啟動或檢修啟動設備時，首先先檢查機箱外部有無損壞、面板上元件是否損壞，安裝是否牢固，接線有無松動等，確認沒有問題后，系統可上電工作。

4.2 電動閥控制系統的設備調試

電動閥調試步驟分為：（1）檢查各連接點連接牢靠；（2）系統送電；（3）對溫濕度探頭反饋進行檢測；（4）用電流源模擬4～20mA的溫濕度信號；（5）利用電腦檢測PLC的輸入信號是否正常；（6）PLC輸出信號發出的指令執行器是否能讓閥門開關到位；（7）閥門開關到位后的反饋信號

是否正常。

4.3 電動閥控制系統故障分析

（1）系統不工作：a.檢查電源工作是否正常，如果電源電壓220VAC不穩定或者無電源，檢查上級電源及廠房供電。b.如果電源正常，檢查PLC工作是否正常，編制的PLC程序是否能夠滿足就地電動閥工作需要，各個開關量、模擬量地址是否與就地輸入/輸出量一致。

（2）閥門動作不到位：a.檢查溫度和溫濕度探頭輸出信號是否正常，如不正常，檢查和清潔相對應的探頭。b.如果探頭正常，檢查閥門有無卡澀現象。

5 結束語

本文以控制通風系統出口溫度為目的，調節風機管道上冷、熱水電動閥的基本要求出發，以S7-200PLC作為控制器，設計了一套溫控系統。系統應用PID調節控制閥門開度，提高了溫度控制的穩定性，改善廠房工作環境。以S7-200PLC作為控制主機的溫控系統，控制程序可變，系統設計、調試和維護方便，能夠適應現場各種工況。

參考文獻：

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