1、    高精度恒溫恒濕實驗室空調(diào)自控系統(tǒng)     高精度恒溫恒濕實驗室空調(diào)自控系統(tǒng)中國建筑科學研究院空氣調(diào)節(jié)研究所 郭侯斌 王曉紅 馬達 劉佳佳摘要  本項目是通過政府采購中心招標承建的四個環(huán)境實驗室建設(shè)項目，包括紙張試驗室，化工試驗室，油墨試驗室和可靠性試驗室。根據(jù)四個試驗室的參數(shù)控制精度和要求不同，采用了不同的空調(diào)自控策略，對于控制精度要求較高的系統(tǒng)采用了串級控制的方式,經(jīng)調(diào)試運行均達到了預(yù)定的要求。從2005年3月31日投入使用以來一直運行穩(wěn)定，受到了用戶的好評。本文介紹了本項目實施過程中的一些體會

2、。關(guān)鍵詞  恒溫恒濕  自控系統(tǒng)  串級控制  PI調(diào)節(jié) 1  前言自動控制理論分為經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論，經(jīng)典控制理論以反饋控制原理為基礎(chǔ)，以傳遞函數(shù)為工具，主要研究單輸入-單輸出反饋控制系統(tǒng)的理論問題，采用的主要研究方法有根軌跡法和頻率法；而現(xiàn)代控制理論以數(shù)學矩陣為工具方法，主要研究多變量、變參數(shù)、非線性輸入-輸出的反饋控制系統(tǒng)的理論問題，主要發(fā)展分支有最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、系統(tǒng)識別、數(shù)字仿真以及大系統(tǒng)工程和人工智能控制。本項目采用了經(jīng)典控制中的串級控制方法。隨著人類的進步和科學技術(shù)的飛速發(fā)展以及國防科技的需要，某些實驗過程和

3、生產(chǎn)過程需要在一定精度的恒溫恒濕超凈環(huán)境下進行，如何合理建設(shè)一個高精度的恒溫恒濕實驗室就很重要。本文結(jié)合四個環(huán)境實驗室工程談一談空調(diào)自控系統(tǒng)在項目實施中的一些體會。 2.空調(diào)自控系統(tǒng)設(shè)計2.1技術(shù)參數(shù) 四個環(huán)境實驗室技術(shù)參數(shù)要求如下：紙張試驗室：    溫度23±1，濕度50%±2%HR化工試驗室：    溫度23±1，濕度50%±5%HR油墨試驗室：    溫度25±1，濕度65%±5%HR可靠性試驗室：  溫度1545，濕

4、度30%HR 90%HR，溫度以0.71.0/min的升降速率按規(guī)定好的溫度變化要求進行調(diào)節(jié)。2.2系統(tǒng)組成由于空調(diào)系統(tǒng)冷熱惰性大，變化滯后時間長，系統(tǒng)參數(shù)控制采用了串級控制的方式。根據(jù)四個試驗室不同技術(shù)參數(shù)要求，采用了不同的空調(diào)自控系統(tǒng)，其中紙張、化工和油墨試驗室的空調(diào)自控系統(tǒng)類同,只是配置硬件精度及控制策略上有所不同?？照{(diào)系統(tǒng)的組成及監(jiān)控點設(shè)置見圖1，由風冷冷風機組、一級電加熱器、二級電加熱器、電熱加濕器等組成，其特點是直接控制冷機，不控制冷熱水，控制難度比較大。一級電加熱器采用固態(tài)繼電器控制，二級電加熱器采用可控硅控制，所不同的是硬件上紙張試驗室控制精度要求高，系統(tǒng)采用了進口的高精度電熱

5、加濕器和進口的高精度回風溫濕度變送器；而化工和油墨試驗室控制精度要求不高，系統(tǒng)采用了國產(chǎn)的電熱加濕器和普通精度的回風溫濕度變送器，軟件上紙張試驗室采用了開機時如果室外溫度低于某一溫度（如5），則停止制冷機運行，否則啟動制冷機運行，直到做完本次實驗為止的方式，而化工和油墨試驗室則采用了在使用過程中允許制冷機間隙運行的方式。可靠性試驗室空調(diào)系統(tǒng)由恒溫恒濕空調(diào)機組另配電加熱器組成。新風與回風混合后經(jīng)恒濕恒濕空調(diào)機組及電加熱器進行冷熱濕處理后送入可靠性試驗室，再經(jīng)回風進行循環(huán)?，F(xiàn)以紙張實驗室為例進行有關(guān)說明。   圖1 空調(diào)自控系統(tǒng)原理圖23空調(diào)監(jiān)控功能系統(tǒng)一按鍵啟停：送風機、制冷

6、機由DDC弱電控制箱一按鍵啟?？刂菩嘛L閥聯(lián)鎖控制：新風閥與送風機聯(lián)鎖開關(guān)控制制冷機聯(lián)鎖控制：制冷機與送風機聯(lián)鎖啟?？刂齐娂訜崧?lián)鎖控制：電加熱與送風機及高溫報警聯(lián)鎖控制電加濕聯(lián)鎖控制：電熱加濕器與送風機聯(lián)鎖控制溫濕度參數(shù)控制：制冷機運行時降溫除濕，利用電加熱器串級調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，利用電熱加濕器調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度24串級溫度控制由于溫度變化對濕度影響很大，要想實現(xiàn)濕度±2%的控制精度，溫度必須控制在±0.5以內(nèi)，本項目采用了串級溫度控制的方法，并引入了房間圍護結(jié)構(gòu)冷熱傳遞系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)匹配合理性系數(shù)的概念，送風串級溫度目標值的函數(shù)關(guān)系如下：TSP2=f(TSP1,Tw,Tn)其中TSP

7、2送風串級溫度目標值    TSP1 室內(nèi)設(shè)定溫度    TW   室外實測溫度    Tn   室內(nèi)實測溫度參數(shù)控制采用了PI調(diào)節(jié)規(guī)律。 3  空調(diào)自控系統(tǒng)施工調(diào)試運行31自控設(shè)備安裝自控設(shè)備的安裝位置很重要，一定要根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇合理的位置安裝自控設(shè)備，使自控設(shè)備充分發(fā)揮作用，必要時在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計施工中就要提出要求。32自控系統(tǒng)調(diào)試在完成自控設(shè)備的安裝接線,空調(diào)設(shè)備手動運行正常之后，首先進行空調(diào)自控設(shè)備硬件測試，再進行軟件調(diào)試，通過觀察上

8、位機參數(shù)曲線變化情況，改變不同的PI值，直到找到合適PI的控制參數(shù)和有關(guān)設(shè)定值。33運行曲線                                 圖2 自控運行曲線圖2是紙張實驗室于2005年3月30日5點55分12點57分的參數(shù)運行曲線，上面曲線為濕度曲線，下面曲線

9、為溫度曲線。由圖可見自控系統(tǒng)由靜態(tài)開始運行后,很快進入了穩(wěn)定區(qū)，進入穩(wěn)定區(qū)后,溫度變化范圍為22.623.3，濕度變化范圍為49.3%RH50.7%RH，均在設(shè)計控制精度范圍內(nèi)，滿足了用戶的技術(shù)參數(shù)要求。3. 4系統(tǒng)測試報告    以下為用戶委托計量單位進行檢測的測試報告摘錄。 紙張試驗室：a測試點分布圖 測試點與工作室內(nèi)壁距離：200mm下層測試點距工作臺上方：10mmb測試儀器精密露點儀，溫度精度：±0.1，濕度精度：±1%; 溫濕度巡顯儀，溫度精度±0.2，濕度精度：±1%。c參數(shù)要求標稱溫度：23

10、         標稱溫度精度：（23±1）標稱濕度：50%RH        標稱濕度精度：（50±2）%RHd自控設(shè)定值溫度設(shè)定：23濕度設(shè)定：50%RHe實測數(shù)據(jù)精密儀溫度()溫濕度巡顯儀實測溫度()12345678910111213141523123.023.023.323.023.023.023.023.022.623.022.823.023.023.022.6精密儀濕度(%RH)溫濕度巡顯儀實測濕度(%RH)ABC

11、D50.349.349.450.749.4f數(shù)據(jù)分析溫度最大正偏差：+0.2  溫度最大負偏差：-0.5  溫度均勻度：0.7  溫度波動度：±0.35濕度最大正偏差：+0.4%RH 濕度最大負偏差：-1.0%RH濕度均勻度：1.4%RH 濕度波動度：±0.7%RHg結(jié)果:符合設(shè)計要求。 4結(jié)論   通過本工程項目我們認為空調(diào)系統(tǒng)采用風冷冷風機組連續(xù)運行加電加熱和電熱加濕，自控系統(tǒng)采用串級控制的方法完全可以實現(xiàn)溫度±0.5濕度±1%RH高精度恒濕恒濕項目的要求；如果空調(diào)系統(tǒng)采用雙壓縮機加電加熱和電熱加濕，而自控系統(tǒng)采用串級控制的方法，壓縮