摘 要：为了确保卷烟产品质，目前卷烟工厂多采用中央空调来实现生产车间的温湿度控制，本文将介绍一种基于PLC和WINCC的中央空调温湿度控制方案，并在该方案中详细论述一种温湿度预警系统，经实践该系统稳定可靠，降低了工人劳动强度，提高了温湿度的稳定性。

关键词：数据通信；中央空调；温湿度；预警

中图分类号：TB657.2 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）19-0072-01

某卷烟工厂拥有45组中央空调系统，在当班期间，温湿度调节工通过WINCC集中监控系统，密切监测每台空调机组的温湿度数据波动情况。在运行过程中发现三个问题：一是空调机组数目较多，监控画面当中数据密集，长期注视，容易引起员工视觉疲劳；二是各区域空调的温湿度标准不同，再加上监控画面字体较小，操作人员难以及时发现预超标的数据；三是原空调监控画面设计的超标报警系统，是待空调的温湿度参数，超过上限或者下限范围时，进行报警，此时报警，数据已经不达标了。温湿度参数报警后，操作人员进行人工干预，调整空调的相关运行参数，使其恢复到达标状态，此种报警方式属于“亡羊补牢”型，延误了人工干预的时机，易造成温湿度波动。因此，迫切需要一种温湿度预警系统，便于提前发现问题。

1 系统软硬件构成

为实现空调系统的稳定、可靠、快速控制，自控系统核心部件控制器选用SIEMENS公司当今流行的、功能强大的S7-300系列PLC，车间温湿度、室外温湿度、风道温湿度传感器均选用E+E传感器，温湿度信号均采用4-20mA标准电流信号进行输送，经PLC的AI模块模数转换后，然后经过工业以太网将信号传输至WINCC监控系统。

空调系统网络构建，系统网络结构由监控层（中央监控微机）、过程控制层和末端设备层组成。监控层由1台DELL工作站组成（Dell Precision T5600）及相关配件组成，工作站负责空调系统、制冷系统、新风机组系统的集中监控管理，采用WINCC7.0完全版监控管理软件，此工作站为工程师站；过程控制层采用SIEMENS的S7-300系列PLC作为控制主站，对现场监控点集中且离主站较远的地方则采用ET200M；各PLC控制主站之间、以及控制主站与能源管理中心服务器之间通过工业以太网总线相连，实现通讯，传输介质采用多模光纤，以增强现场抗电磁干扰能力，提高数据通讯传输速率（100MBit/s）。

2 控制系统要求及设计

控制系统要求：控制系统应具有自动/手动、远程/本地三种运行模式。自动模式是控制系统的正常运行模式，是在无人干预的情况下全自动实现系统所有的监控功能（除参数再设定、报表打印等必需的手动操作）；远程模式是在远程维护工程师站上能对现场设备进行远程手动启停和调节；现场控制器要求提供控制端口，保证所有在现场手控能实现的控制功能（控制模式转换开关除外）均能由远端远程手动完成。手动模式是在设备现场的控制柜或设备本体上完成对设备的单独操作（设备现场的控制柜必须包含设备启停等必备元器件）。在权限划分上，现场手动控制权限最大，一旦现场控制柜的转换开关调至“现场手动”，将屏蔽所有远端指令，包括自控和远程手动，由且仅由现场操作面板实施控制。控制系统要求无论在自动还是遥控模式下，均能准确、可靠地完成设备的顺序启/停及各个执行机构的动作；

在手动模式下要完成各个单机设备手动操作功能，以满足设备维修、调试时的需要；在自动和遥控模式下都要精确监测各个检测点的数据和各个设备、执行机构的运行状态。

控制系统设计：空调系统属于大滞后系统，同时被控参数（车间温度、相对湿度）又存在相互关联的问题，温度的变化影响到相对湿度的变化。只有在对空气调节原理及空调机组工作原理充分掌握后才能很好的完成对车间温湿度的控制、采用合理的节能措施达到节能目的。我们所关心的空气参数为温度（T）、绝对含湿量（d）、相对湿度（φ）、焓值（i）。其中绝对含湿量（d）是湿空气中水蒸气密度与干空气密度之比即对应于1Kg干空气的湿空气所含有的水蒸气量。相对湿度（φ）指湿空气中的水蒸气压力（分压）与同温度下饱和湿空气的水蒸汽压力（分压）之比。焓值（i）是与温度、绝对含湿量有关的反映空气能量的物理参数。空气调节过程主要依据：对湿空气焓湿图（i～d图）的分析及应用、空调全年多工况分区控制理论。选用典型的反馈+分程+选择的控制规律。其中：反馈控制是通过典型的PID调节来实现的；分程调节通过在反馈调节的输出基础上進行分程调节，避免造成影响同一个控制参数的两个被控对象同时动作。如对温度控制回路的输出进行分程，分别控制加热阀、表冷阀。对湿度控制回路的输出进行分程，分别控制加湿阀、表冷阀。选择控制是当同一个被控对象变化时会影响到系统的两个或以上的被控参数的变化，通过在反馈调节的输出基础上进行选择最大需求输出调节。如对表冷阀的控制就要通过选择温度控制回路及湿度控制回路输出的最大值控制。

3 系统预警设计

当前，企业正在开展SPC应用实践活动，如何将SPC的理念更直观的引入动力设备的监控和运行当中，我们一直在探索，SPC是统计过程控制的英文简称，它是一种借助数理统计方法的过程控制工具，对生产过程进行分析评价，根据反馈信息及时发现系统性因素出现的征兆，并采取措施消除其影响，使过程维持在仅受随机性因素影响的受控状态，以达到控制质量的目的。

根据空调自控系统的运行原理，引入“统计过程控制”的理念，将WINCC集中监控系统与SPC过程质量控制进行有机结合，从而构建空调中控温湿度参数三级预警系统。具体为：在WINCC中控系统中，对于靠近中心值的温湿度数据，划分为一级数据，显示为“绿色”；远离中心值但暂未超标的数据，划分为二级数据，显示为“黄色”；超出上下限的温湿度数据，划分为三级数据，显示为“红色”。当系统出现黄色数据时，操作人员进行人工干预，避免温湿度数据继续“恶化”。

一级数据筛选脚本：

（"K35_SF_Run_State"）&&（（"K35_AVER_H_SP"-"K35_Aver_H"）<"K35_Alarm_H_PC_SP"*0.6&&（"K35_Aver_H"-"K35_AVER_H_SP"）<"K35_Alarm_H_PC_SP"*0.6）

二级数据筛选脚本：

（"K35_SF_Run_State"）&&（（（"K35_AVER_H_SP"-"K35_Aver_H"）<="K35_Alarm_H_PC_SP"&&（"K35_AVER_H_SP"-"K35_Aver_H"）>="K35_Alarm_H_PC_SP"*0.6）||（（"K35_Aver_H"-"K35_AVER_H_SP"）<="K35_Alarm_H_PC_SP"&&（"K35_Aver_H"-"K35_AVER_H_SP"）>="K35_Alarm_H_PC_SP"*0.6））

三级数据筛選脚本：

（"K35_SF_Run_State"）&&（（（"K35_AVER_H_SP"-"K35_Aver_H"）>"K35_Alarm_H_PC_SP"）||（（"K35_Aver_H"-"K35_AVER_H_SP"）>"K35_Alarm_H_PC_SP"））

4 结语

基于PLC和WINCC的监控系统，实现空调的集中监控，在此基础上对空调的工艺参数进行预警，运行人员可以快捷方便的判断空调的运行状态，降低了劳动强度；同时便于提前发现问题，为人工干预提供时机；通过对空调温湿度参数划分等级，建立三级预警系统，空调操作实现了由“亡羊补牢”向“未雨绸缪”质的转变，从而提高温湿度的稳定性，改进前后的效果对比，波动下降了87%，效果明显。

参考文献

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