基于PLC控制的恒温恒湿空调系统

1、基于PLC控制的节能型恒温恒湿控制系统设计王兆明，张萃，王治刚（吉林大学应用技术学院 ，吉林 长春 130022）摘要：随着世界资源的不断减少，节能越来越显示出其重要性。中国北方大部分地区冬、春、秋季室外温度较低，可以达到对通信、银行等大型控制机房进行降温的标准。本文研究的节能型恒温恒湿控制系统采用欧姆龙CP1H型PLC具有良好的控制性能和稳定性，利用14以下时的环境低温降低室内温度的方法，在吉林省白山市网通经过一年的运行，与同功率空调比较节能达到55%。关键词：PLC控制恒温恒湿控制室外空气节能The study on Energy-Save Constant Humidity and Te

2、mperature Control System Based on PLC WANG Zhao-ming , ZHANG Cui, WANG Zhi-gang （School of application technology, Jilin University, Changchun, 130022）Abstract：Considering the importance of high performance and stability of humidity and temprature control system in large center control room, especia

3、lly for comunication system and bank system, an energy-save constant humidity and temprature control system was designed. In that system the PLC was used to ensure high control performance and stability；SCM to finish long-range digital transmisstion of humidity and temprature values；The control way

4、of taking in cool air to lower the indoor temprature when it was lower than 14 outside to save energy effectively.Key words：PLC control；constant humidity and temprature；energy save ；digital transmission0 引言通信系统、银行等联网系统在国民经济发展中起着至关重要的作用，对其工作稳定性要求极高，一旦发生故障，经济损失巨大。这些系统的核心机房中有大量的电子设备，室温过高或湿度过小都会导致系统发生电路

5、故障。恒温恒湿空调在机房中起到至关重要的作用，每个系统均有多套空调同时二十四小时运行，消耗大量的电能。一般机房要求温度控制范围在2224之间，有东北地区，一年中室外温度低于14的时间大约有75%，完全可以用来对机房内的温度进行调节。本系统正是在这样的前提下开发的，与传统的空调相比不但节约了大量的能源，而且压缩机年平均工作时间出大大的减少，提高了设备的使用寿命。本系统采用PLC作为核心控制单元，工作稳定性好，抗干扰性强。本系统采用的温湿度采用的温湿度变送器为数字量传送，传送距离远，不受到过程干扰，控制精度高。1 系统硬件组成本系统以欧姆龙CP1H型PLC为核心，以触摸屏为人机界面。温度和湿度经过

6、传感器转换后，由单片机处理成数字信号，再经RS485总线传送给PLC，在PLC中将数据处理后，应用PID控制方式进行控制。通过控制压缩机、加湿阀、风机及风阀达到恒温恒湿的目的。其结构框图如图1所示。图1节能恒温恒湿空调系统结构图1.1 温湿度传感器设计2.1湿度采集湿敏传感器是将湿度和电容相关联。在某一短时间内，时间t1/RC；同时t1/f，所以可知，频率和电容成正比【1】。图2所示为湿敏传感器的电容湿度变化曲线。图2 湿敏传感器的电容湿度变化曲线 取线性比较平稳的中间段，得出一条简单的湿度和电容之间的变化公式： RH=2.254*Hz-263.7在下位机处理过程中，由AT89C2051的计数

7、器自动完成。原理图中采用两个555，来产生脉冲，打开单片机中断，只要单片循环一次，在这很短的时间内，T0,T1分别对自己的计数器进行脉冲采集，T0-T1即为两个计数器的差值。其中一路用来作为参照基值，用来消除由于温度或电源波动形成的干扰。2.2 温度采集温度采集用DS18b20传感器,该传感器将温度信号直接转变为数字信号，精度等级为0.0625度，该传感器是单总线形式，信息经过单线接口送入DS1820或从送出，因此从CPU到DS1820仅需连接一条线。 图3所示为温湿度采集电路的原理图。在电路中为了补偿电源波动和温度变化而产生的影响，采用了双时基电路，然后用计数器0和计数器1进行差运算，这样就

8、有效的消除了共模干扰。 图3 温湿采集控制系统1.2 串行通信【2，3】下位机于上位PLC之间的通信是由485总线来完成的，在该电路中，使用了一种RS-485接口芯片SN75LBC184，它采用单一电源Vcc，电压在35.5 V范围内都能正常工作。与普通的RS-485芯片相比，它不但能抗雷电的冲击而且能承受高达8 kV的静电放电冲击，片内集成4个瞬时过压保护管，可承受高达400 V的瞬态脉冲电压。因此，它能显著提高防止雷电损坏器件的可靠性。对一些环境比较恶劣的现场，可直接与传输线相接而不需要任何外加保护元件。该芯片还有一个独特的设计，当输入端开路时，其输出为高电平，这样可保证接收器输入端电缆有

9、开路故障时，不影响系统的正常工作。另外，它的输入阻抗为RS485标准输入阻抗的2倍（24 k），故可以在总线上连接64个收发器。1.3 PLC电路恒温恒湿系统的强电电路如图4所示，分为控制机箱内部电路和压缩机箱控制电路两部分【4】，由PLC控制继电器KAn来控制各风阀及两个压缩机的启动和停止。本系统采用了双压缩机工作制，当使用环境发热量较小时只启动一台压缩机，当不能满足降温需求时，双压缩机共同工作。图4 强电控制电路2恒温恒湿控制流程PLC的控制主流程如图5所示，控制状态有五种，一种是监视状态，在这种状态下，系统只读取环境的温度和湿度，不做任何控制动作。第二种是手动控制状态，当用户需要强制压缩

10、机工作或者强制加湿时可以使用这种方式，可以通过触摸屏直接起动压缩机1，压缩机2及加水阀。第三种是加湿自动控制，当起动这种控制方式时，系统会根据设定的湿度上限和湿度下限与实时测得的环境湿度进行比较，按图6所示的控制流程进行工作。第四种是降温自动控制，当起动这种控制方式时，系统会根据设定的温度上限和温度下限与实时测得的环境温度进行比较，同时监测室外温度是否小于14度，按图6所示的控制流程进行工作。第五种工作方式是循环工作方式，是第三种和第四种工作方式的组合，先判断温度进行调节后再判断湿度进行调节。2.1温度控制过程2.2湿度控制过程2.3循环控制过程图5 PLC工作主流程图图6 PLC控制流程图3数据分析3.1白山市一年室外温度曲线3.2普通空调控制曲线及耗能曲线3.3节能空调控制曲线及耗能曲线3.4节能效果分析4 总结本系统采用PLC控制以及数字化温度和湿度的数据传送，保证了温湿控制系统的高控制性能和稳定性，由于采用了室外温度降温方式，在中国北方地区有明显的节能效果，在白山市网通公司、四平网通公司及公主岭网通公司安装了五台，运行稳定，效果好，与同功率只用压缩机调节的系统相比年平均减少能耗30%左右。参考文献：1吕泉.现代传感器原理及应用M.北京：清华大学出版社，2006. 2徐爱钧,彭秀华. 单片机高级语言编程M.北京：