电厂通风系统电动阀控制的设计改造

臧小军+秘双虎+唐湘涛+吴海燕

摘 要：在工程实际应用中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制或调节。文章采用温湿度传感变送器把测量到的温度和湿度信号转换成电信号，通过西门子PLC S7-200温度控制器，搭配模拟量输入/输出模块，编制PLC程序，通过PID参数实现对冷水控制阀和热水控制阀的分别控制。系统供电方式采用双电源切换模式，增加系统的稳定性，即使其中一路电源失电，系统也能稳定运行。

关键词：工作原理；PID；设备维护

中图分类号：TM62 文献标志码：A 文章编号：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 通风系统电动阀工作原理

就地温湿度传感变送器把测量到的温度和湿度信号转换成电信号，控制方式采用两路 独立PID控制；以PV（温度）的值作为中间变量。经过PID控制，得到CV（阀门开度）的反馈值，再经过PID调节，最终达到SV（设定值）的值。通过两路PID控制，优化调节过程、减小超调量、稳定增益，使控制系统具有双重稳定性。风机出口温度采用温湿度探头与温度探头测量，两个温度信号分别送到温度制器通过PID控制方式控制冷、热水阀门开度；实现了对冷水控制阀和热水控制阀的分别控制；湿度探头用于检测厂房湿度，湿度低于设定值时报警；空调机组自动控制系统主要由传感器（包括温度、湿度）、控制器、执行器和阀体四部分组成。以实现控制送风或室内温度、湿度等功能。实现高精度控制。

冷、热水阀门控制逻辑示意图如下图1。

2 通风系统电动阀控制器

系统采用S7-200CPU模块配合模拟量输入模块、模拟量输出模块作为温度控制器；S7-200是一种小型的可编程序控制器，集成8输入/6输出共14个数字量I/O点。可连接2个扩展模块。6K字节程序和数据存储空间，4个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。S7-200系列的强大功能，使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。

8通道模拟量输入模块用于SIMATICS7-200的模拟量输入与过程相连的接口，可以进行模拟量传感器和执行器的连接，系统采集AHH7080温湿度探头和AHC7080温度探头信号，PLC转换成工程量在触摸屏中显示。

3 通风系统电动阀HMI触摸屏

控制器采用Schneider（施耐德）睿易系列，触摸屏提供用于与简单机器进行通讯。睿易系列触摸屏采用TFT彩色屏幕紧凑型设计。采用具有用于RTC的可更换电池及自诊断工具，实现了维护的方便。设备通风孔设计能够防止水的喷溅及导电性灰尘的进入，同时PCBA涂层能够防止高湿度及污染环境的损害。触摸屏外观如图2所示。

HMI显示主控界面，主控界面左侧显示热水阀开度，AHC7080A温度传感器检測的温度值；主控界面右侧显示冷水阀开度，AHH7080B温湿度传感器检测的温度值和湿度值。并且在界面右下方存在湿度报警指示灯，以及湿度报警确认按钮。当湿度低于设定的报警值时，湿度报警灯红色闪烁，当湿度恢复正常后，电机报警确认按钮，湿度报警指示灯恢复正常。

图3参数设置是对热水阀阀门开度和冷水阀阀门开度进行手动调节、自动调节的选择以及设定界面，同时可对湿度报警值进行设定，经过授权的账号进行操作。阀门开度调节，可以选择手动或自动两种形式，点击阀门设定手动按钮，可在阀门开度设置后手动输入阀门开度（0%-100%），阀门按照设定值打开，不经过PID调节，满足现场工作需要；点击选择自动按钮，可设定SV（设定的温度值）的值，以及KP（比例增益）、KI（积分时间常数）、KD（微分时间常数），系统将自动根据被测温度值与设定温度值分别进行比例、微分和积分运算，调节阀门的输出。冷水阀门的设定值SV：20℃，增益KP：-1.0，积分：KI：1min，KD：0.0min；热水阀门的设定值SV：21℃，增益KP：0.9，积分：KI：1min，KD：0.0min。此参数应用到现场，将房间温度和阀门调节达到平衡控制，避免阀门频繁调节，导致阀门调节装置损坏。电动调节阀设置为能够接受0-10V信号来进行开度调节，其中10V代表100%开度，0V表示0%开度。endprint

4 系统运行和维护

4.1 电动阀控制系统说明

系统可以分别对冷水控制阀和热水控制阀进行控制，温湿度探头检测温湿度和温度，两个温度信号分别输入至控制器并实时显示温湿度值以及湿度报警或值，根据设定可手动或自动控制冷水阀、热水阀动作。湿度探头用于检测厂房湿度，当检测到的湿度低于设定的湿度值时，触发报警并发送无源干接点信号。空调机组自动控制系统安装在柜体中，便于日常的维护。

主电源开关（断路器JA1、JA2）控制整个系统的供电，启动本设备时需依次打开开关JA1＼JA2。同时应保证JA3、JA4、JA5、JA6已经打开，方可保证系统的正常运行。系统供电正常时，柜体电源指示灯显示绿色，触摸屏正常启动。若供电不正常，打开机箱，观察机箱内部保险型端子指示灯是否显示，若指示灯显示红色，表示内部保险管熔断，需更换相应保险丝。

首次启动或检修启动设备时，首先先检查机箱外部有无损坏、面板上元件是否损坏，安装是否牢固，接线有无松动等，确认没有问题后，系统可上电工作。

4.2 电动阀控制系统的设备调试

电动阀调试步骤分为：（1）检查各连接点连接牢靠；（2）系统送电；（3）对温湿度探头反馈进行检测；（4）用电流源模拟4～20mA的温湿度信号；（5）利用电脑检测PLC的输入信号是否正常；（6）PLC输出信号发出的指令执行器是否能让阀门开关到位；（7）阀门开关到位后的反馈信号

是否正常。

4.3 电动阀控制系统故障分析

（1）系统不工作：a.检查电源工作是否正常，如果电源电压220VAC不稳定或者无电源，检查上级电源及厂房供电。b.如果电源正常，检查PLC工作是否正常，编制的PLC程序是否能够满足就地电动阀工作需要，各个开关量、模拟量地址是否与就地输入/输出量一致。

（2）阀门动作不到位：a.检查温度和温湿度探头输出信号是否正常，如不正常，检查和清洁相对应的探头。b.如果探头正常，检查阀门有无卡涩现象。

5 结束语

本文以控制通风系统出口温度为目的，调节风机管道上冷、热水电动阀的基本要求出发，以S7-200PLC作为控制器，设计了一套温控系統。系统应用PID调节控制阀门开度，提高了温度控制的稳定性，改善厂房工作环境。以S7-200PLC作为控制主机的温控系统，控制程序可变，系统设计、调试和维护方便，能够适应现场各种工况。

参考文献：

[1]廖常初.PLC编程及应用（4版）[M].北京：机械工业出版社，2014.

[2]黄海平.巧接电气线路一点通（1版）[M].北京：科学出版社，2011.

[3]刘畅生.传感器简明手册及应用电路（下册）[M].西安：西安电子科技大学出版社，2013.endprint