西门子Synco产品在恒温除湿系统中的应用
发布时间：2015-07-13 09:47
摘 要 本文利用西门子推出的可自由组态、具有通讯功能的Synco 系列通用控制器，解决复杂的过程控制问题，如电池生产过程恒温除湿空调系统的过程控制。本文介绍了电池除湿间控制系统的控制原理和技术要求以及软硬件设计方案，系统地分析了应用Synco RMU7xx系列控制器实现恒温除湿控制的方法和系统调试过程中存在的问题与解决方法。
关键字 恒温、恒湿控制；除湿机控制；西门子Synco产品
随着便携电子产品的日益普及，充电电池的需求量在飞速增长。尽管国产电池的产量在逐年提高，但与进口产品相比，国产电池的质量和性能仍存在一定差距，特别是国产电池的使用寿命一直难以达到理想要求。影响质量和性能的关键元器件Colleetor（集电器）必须在恒温低湿的环境下处理24小时，以增强电池正负极效果，延长电池的使用寿命，提高产品的合格率。因此，恒温除湿间的控制精度已成为电池生产质量和性能保证的重要因素之一。
1 概述
1.1 系统指标
为了提高电池质量和性能，建立稳定的恒温除湿间是其生产过程中必不可少的、重要的保证环节。目前恒温控制技术比较成熟，但在恒温条件下保证除湿效果，其控制的实现还较为复杂。利用西门子公司最新推出的Synco系列通用控制器，我们较好地实现面积达18平方米密封的恒温除湿车间的控制。
（1）主要控制指标：
a) 温度30℃ 一35℃可调，波动范围士1℃ ；
b) 湿度10% 一15%可调，波动范围士4% ；
c) 送风回风温湿度受监控，显示在线趋势状况，现场控制器和上位机可修改设定参数；
d) 其他受控设备只受监控；
e) 现场控制器和上位机均可启停控制设备。
（2）主要受控设备：
制冷机（开关控制），电加热器（开关控制），除湿机（包括：除湿转轮、再生风机、再生电加热）、主风机（开关控制）。
（3）其它监测点：
送回风温湿度、风机故障状态、过滤网阻塞情况等。
1.2 控制器选型及点数表
控制器选型根据用户要求及现场控制设备情况，选择西门子最新推出的Synco系列通用控制器（如下图）。
（1）通用控制器主要用于综合通风、空调和冷却水设备的控制，处理温度、相对／绝对湿度、压力／差压、气流、室内空气质量等控制变量。具有以下特点：
· 控制器可自由组态，最大程度地适应相关型号的设备。
· 模块化扩展。
· 分别由操作机（插入型或分离型）进行菜单驱动操作。
· 操作和程序信息的Konnex 总线连接。
（2）通用控制器输入主要用于：
· 无源或有源的模拟输入信号，输入信号参数涉及：℃、％、克／公斤、KJ／公斤、瓦／米2 、 巴、毫巴、米／秒、帕和ppm 等。
· 数字输入信号（无电位接触）。
（3）几种控制器型号基本功能：
型号参数
通用输入
定位输出
开关输出
控制环数
默认语言
RMU710-2
6
2
2
1
德、英、法、新拉丁语
RMU720-2
8
3
4
2
德、英、法、新拉丁语
RMU730-2
8
4
6
3
德、英、法、新拉丁语
（4）自控设备选型：根据使用需求，系统选用RMU73O-2控制器1个。系统共有三个控制回路，温度、湿度、湿度差控再生风机等。具体控制点表
型号
AI
AO
DI
DO
回路
RMU73O-2
4
O
3
5
3
其他设备选择：嵌入式操作面板（RMZ790）1个，软件与操作工具（OCI700.1）1套，风道温湿度传感器（QFM3160）2个，压差开关（QBM81-5）2个，风阀执行器（GDB331.1E）1个。
（5）RMU730-2控制器主要功能：
· 顺序控制器有3个加热顺序(反作用)和2个冷却顺序(正作用), 可用作控制器，提供P-、PI或PID模式, 或者用作差动控制器；
· 各顺序可分派为调制控制；
· 2种顺序可形成同样的模拟控制(如优先冷却/除湿)；
· 一般限制功能(每个顺序控制器以PI模式形成最大/最小功能), 可用作绝对限制(如用于送风温度或送风湿度), 也可用作相对温度限制(如室内/送风气温温差)。限制对所有的顺序都有作用。
1.3 应用说明
电池恒温除湿间每十二小时开门一次，取放元器件。其余时间一直密封，保证元器件在除湿间内充分除湿，达到电池除湿技术要求。
（1）除湿机在控制中的应用
· 除湿机包括三部分：除湿转轮、再生风机、排风机、电加热。
· 除湿转轮的开启是根据回风湿度实际值和控制器的设定值比较，由控制器输出信号控制，除湿转轮是完全吸附式除湿，把空气中的水分吸附到转轮上，在除湿机内有一电加热，加热蒸发除湿转轮上的水分，由排风机排出除湿机。
· 除湿效果理想与否，根据送回风湿度差来判断，送回风湿度值越接近，证明除湿效果不好，这时需开再生风机，再生风机直接吹除湿转轮，加速转轮上的水分蒸发。
1.4 主要技术难点
根据现场情况和控制要求，有几个问题需要考虑：
（1）所控设备都是开关量控制，温度要保持在士1 ℃ ，在控制器上要仔细调整比例积分时间，根据设备工作情况选择VARSTEP 模块和PUMP 模块。
（2）在除湿机除湿效果不好的情况下会打开再生风机和再生电加热，这时除湿机和电加热的能量可能会对温度湿度有影响，是否会造成干扰性的波动。必要的时候要在再生电加热上加一个温控开关，防止高温影响除湿间温度。
（3）除湿转轮在吸附空气中水分效果特别好时，是否会超调（湿度实际值低于设定值）等。
2 控制方案
2.1 控制方案
控制系统在除湿间送风口附近和回风管道中分别安装QFM3 160温湿度传感器，监测送、回风温湿度。实际系统中，经过充分混合的回风口温湿度应该与除湿间温室度最接近，故将其作为控制温湿度目标，即此温湿度传感器受控。控制系统的效果和精度不仅依赖于控制系统的电气特性，在很大程度上还依赖于控制方案的设计、执行机构的选择以及控制模式和参数的确定等因素。
（1）温度控制：根据回风温度控制制冷机和电加热。实际温度高于控制器设定值，制冷机开；实际温度低于控制器设定值，冷机关，电加热开。
（2）湿度控制：根据回风湿度控制除湿机。实际湿度高于控制器设定值，除湿转轮开，实际湿度低于设定值，除湿转轮关。
（3）再生风机和再生电加热的控制：根据送风湿度和回风湿度差值判断除湿机的除湿效果。湿度差值很小，则判断除湿效果好，可以启动再生风机和再生电加热；差值大于设定值时，关闭再生电加热，同时延时一段时间关闭再生风机，以便带走余热。
（4）过滤器检测：在初效和中效过滤器上分别安装压差开关，监视过滤网的吸尘效果，根据压差判断过滤器是否堵塞，并在控制器上报警，提示采取措施。
（5）风机状态检测：监控风机运行状态（如开启/关闭，正常/故障等），根据运行状况提供相应保护措施。在风机停止或故障停止，控制器报警，提示风机故障，同时立即停止所有受控设备，保护空调机组。
（6）风阀和风机联动：风机运行，风阀开启；风机停止，风阀关闭。
2.2 系统构成
除湿间空调暖通原理如图1所示。
图1 空调暖通原理
整个控制系统构成分为软件部分和硬件部分。
软件部分：ACS7软件，支持在线趋势图和在线控制。
硬件部分：现场控制器采用西门子Synco系列通用控制器RMU730-2和控制器操作面板RMz791等，执行器和传感器等选用配套进口产品。控制器与上位机连接，使系统达到远程控制与监控功能。温湿度传感器QFM3160感应送风温湿度，通过控制器和执行机构控制除湿间温湿度。压差开关QBM81-5监测初、中效过滤网，检测风道阻塞状况并报警。系统控制执行机构包括：冷机、电加热、除湿转轮，再生风机、再生电加热，主风机等。
2.3 人机界面
系统的人机界面简洁明了，操控方便，具有室内温湿度趋势图显示功能。控制界面采用现场流程模式和模块化结构，图2、图3分别为在线温湿度趋势
图和上位机主控制界面图。
图2 在线趋势图
图3 上位机控制图
3 软件设计与系统调试
3.1 控制流程
根据系统功能和控制目标，结合系统结构、执行器和传感器的性能，系统控制流程设计如图４所示。
图4 除湿间温湿度控制流程图
3.2 RMU730-2控制器组态配置
西门子RMU7xx系列控制器中每种型号的产品都有5个预编程应用程序。其中有些应用程序要求扩展模块支持。
在一台设备试车时，必须先输入相关的设备型号。然后，激活所有的相关功能、端子分配、设置和显示，同时，使不需要的参数无效。另外，每个通用控制器都装入3个空应用程序：
·1个用于基型A (通风控制器)
·1个用于基型C (冷冻控制器)
·1个用于基型U (通用控制器)
使用操作机RMZ790或 RMZ791, 控制器可以：
·激活预编程应用程序。
·修改预编程应用程序。
·自由地配置应用程序。
·优化控制器的设置。
本系统使用的RUM730-2控制器上选择了“基型U (通用控制器)”，就是在控制器的模式中选择了“U模式”。根据控制要求，在RMU730-2 TYPE U模块图上画出连线图，在调试过程中逐步调整。
3.3 主要功能模块说明
1）控制主风机模块应用
此功能模块2）湿度差控制回路应用
湿度差控制利用controller3控制回路。回风湿度和送风湿度比较，湿度差小于4%时开再生风机。在除湿间里送风湿度总是大于回风湿度的，作差值控制回风湿度的输入NX1就必须连接controller3模块的Main，送风湿度的输入NX4就必须连接controller3模块的Differential，这样controller3模块会随时计算送风湿度与回风湿度的差值，如果NX1与NX4反接,会出现负值，则一直会认为除湿效果不好。
差值设定方法是把controller3模块的¤upper comf setp与¤Low comf setp的值设为同一个数，执行差值计算。
4）报警模块应用
FAULS报警模块可以接受四个不同的报警信息，报警时，红灯闪烁，在面板上显示报警信息，在RMU7xx系列控制器中，报警信息根据现场实际情况书写（仅支持英文）。本系统主要有初效过滤器和中效过滤器报警，风机故障报警。
3.4 调试中遇到的问题及解决办法
1）根据除湿间模块初步连线图在控制器上设定好模块连接，观察一段时间，发现主风机不起
因为主风机是受控的，在主风机不起时，控制器已经认为是保护模式，控制器按钮变红色报警。仅仅按照控制连线图把模块连接，没有做PID和程序参数设置，主风机在正常情况下是按照控制器的起停来影响风机的。在控制器中风机占用湿度差回路的正比例接点，与步进模块连接，在正比例输出0%时，风机就启动，也就是说控制器正常运行时，风机总是启动的。只有在保护状态下，风机停止。
2）进一步调试发现温湿度波动范围较大
温湿度波动范围比较大，主要是因为控制器的PID等参数没有和整个控制系统相协调，需要分析系统的热容量然后摸索设定，并通过实验等待一个系统稳定时间逐步调试。
3）室内湿度符合要求，但再生风机不关
按照系统设置，湿度符合设定值应该关除湿机，湿度差大于４%，不开再生风机，湿度差小于４%，认为除湿效果不佳，再生风机和再生电加热开，把除湿转轮上水分吹干带走，提高除湿效率。但湿度在控制器设定值范围之内，如果湿度差还大于设定值，按系统设置，再生风机和再生电加热还启动，这是不允许的，会损坏除湿转轮。
4）风机联动控制
系统要求控制器正常运行时，风机就要运行。系统设计时使控制器正常运行状态中给外部一个数字信号。在TYPE A模式下可以通过送风模块完成这个控制，在TYPE U模式下利用了Var step switch模块可调整信号输入值给出开关量，使设定值为0% ，则实现控制器正常运行时，风机就有控制信号。
4 结束语
在电池除湿间温湿度控制项目中一些技术要求与其它恒温恒湿项目不同，湿度值要求非常低，仅用制冷除湿是远远达不到的，所以要用到专用设备――除湿机。
除湿间要求是恒温恒湿，湿度要求10%～15%，这个湿度值的要求与其他净化厂房、净化车间、药厂的空调差别很大。但应用了专业的除湿设备后，仅仅给控制一个开关点，通过调节PID和再生风机等连锁控制就完全达到电池的生产要求。再生风机和除湿机的相互连锁控制需要专业的空调技术人员提出要求。制定控制方案时，如果没有考虑到湿度差和再生风机的矛盾之处，将导致湿度低于设定值，可能损坏除湿转轮。因再生风机和再生电加热连锁，如果转轮不转，电加热只加热局部，后果严重。通过控制器输出外部接线连接输入给再生风机一个优先停的信号，使再生风机与除湿转轮相互连锁，协调工作，完成湿度控制。
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