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摘要：本文论述了除湿自动控制系统的设计方案和实现方法。系统采用了PLC、变频器作为控制核心实现自动控制的目的。使用了多种传感器检测各部件的工作状态，并通过触摸屏实现系统的管理和控制。该系统具有故障诊断、实时监测、故障报警、数据记录等多项功能，可以精确地完成系统的正常运行。
关键词：除湿设备；自动控制；PLC变频器工程；节能降耗
前言：
适宜的环境湿度在我们的工作和生活中是非常重要的。而在工厂、仓储等场所，各种机械或电子设备对环境湿度有着更为严格的要求。所以除湿机在生产生活等方面发挥着非常重要的作用。某型真空除湿机是由不多的设备组成的简单系统，除湿机系统的正常运行不仅是能满足抽真空这个要求，而且需要系统能够准确可靠的控制，要具有安全保护和故障报警的功能。PLC应用于该型除湿机的控制系统完全可以满足以上各项要求，变频器可以降低电机频率到达节能降耗的目的。通过触摸屏的操作使系统在手动和自动两种运行模式下进行转换。正常情况下采用自动控制方式，发生故障的情况下可以转入手动模式，保证了系统运行的安全有效。
1、系统组成与工作原理
该除湿机系统主要包括：真空除湿机、温湿度测控仪表和升级控制系统等。其中真空除湿机又由真空泵组、冷凝器等组成。除湿机采用真空除湿的原理，利用真空泵组将管道中的湿润空气抽出，再把空气冷却到露点温度以下，析出冷凝水，降低空气的含湿量。
当然，可根据实际需要适当地增减温湿度测控仪表的数目，但是一般一台除湿机需要配置三台温湿度测控仪。系统的工作过程为：控制中心通过温湿度测控仪传来的温湿度值与预设值进行比较，如果湿度值超过上限则启动除湿机进行除湿操作，真空度达到要求同时plc控制变频器降低电机频率实现降耗的目的；同时，控制中心也将温湿度的历史数据存储下来，通过报表供操作人员查询。整个过程是在程序控制下自动完成的，当然也可以进行人工干预。比如，在紧急情况下开关除湿机等。从以上的工作过程不难发现，控制中心起着十分重要的作用，相当于人大脑的指挥功能。以下对控制中心的设计与现实作一介绍。
PET 片材是由PET材料塑化挤出成型，由于PET材料对水分十分敏感，水分含量过高，在加工过程中会造成PET部分水解，大大降低了PET的粘度；由于PET的各种物理性能与其粘度有很大的关联，因此降低PET加工时的水分含量，可有效的提高PET的品质，增加其各项性能。目前现有的生产设备统一采用的抽真空除湿方式，但由于原料的水分含量不同，采用固定的抽真空压力，无法达到最优的除湿效果。根据原料的水分含量，在加工过程中对水分含量高的原料需要增大抽真空的压力；对于水分含量低的原料就可以降低抽真空的压力，如压力过大易造成抽真空时将原料抽进管道，堵塞管道。
2、控制中心硬件设计
除湿机对控制系统的可靠性很高要求，尤其控制器要求具有强的运算处理能力和在震动、潮湿等恶劣环境下稳定可靠运行的能力。
西子子S7—200系列PLC具有高可靠性、强大的运算能力、完善的自诊断功能和联网能力，具有极高的性／价比，其强大功能可在集散自动化系统中得到充分发挥。根据功能要求调温型除湿机的控制器选用的PLC是西门子S7—200系列中的CPU 224继电器输出型，它集成14输人、l0输出共24个数字量I／O点，是控制系统的核心，用来完成数据的处理运算、执行器的启停控制和与触摸屏的通讯。可连接7个扩展模块，具有一个RS485通讯／编程口，符合PROFIBUS工业现场标准，可实现计算机联网监控。在控制中需要对温湿度参数和控制量分别进行A／D和D／A转换。因此，PLC需要扩展模拟量转换模块。模拟量扩展模块选择的是 EM235，具有4路模拟量输入，2路模拟量输出，其作用一方面是接受温湿度传感器测量的温湿度值，并将其转换成数字量传送给CPU 224运算处理并由触摸屏显示。另一方面是将CPU 224运算结果转换成模拟量输出，完成对执行器的控制。触摸屏选用西门子公司的TP7，具有节能模式，是良好的人机交互界面，通过触摸屏可以监视系统运行或故障状态、完成参数的修改和设置以及手／自动运行模式的转换。
3、变频器选型
为了实现对真空泵组的精确控制以及更好的节约用电成本，我们采用ABB泵系列专用变频器。ABB泵系列变频器效率高达98%，强大的内部逻辑可节省部分plc程序段，内置多个PID和修正PID功能，更好的实现对泵组的精密控制。
4、系统安全设计
除湿机系统的正常运行需要各种设备的正确结合，但在系统中大多数设备是相互分散的，如真空泵组、送风机、温湿度仪表等执行设备均具有一定的独立性，而任何一种设备的故障都会影响系统的安全运行。因此，本文在硬件结构上进行设计，在控制系统中采取了故障保护输入的安全措施。例如针对真空泵组电机故障，变频器会将故障信号传给plc进而显示在触摸屏上。结合PLC中的故障处理软件，从而保证系统的安全运行。硬件各部分的协调一致是系统正常运行的关键。但电磁干扰、电子元器件老化、传感器状态变化等因素均会影响到硬件部分的协调一致运行，通过科学布局、合理设计运行程序，可以确保系统的稳定运行
5、控制系统的软件设计
软件主要由触摸屏程序和PLC程序组成。控制程序的主体由自动控制和手动控制两部分组成，在程序中所有动作按要求的次序完成，并定义了一些 内部标志寄存器位，用于PLC和触摸屏间交换信息，同时也使用了顺序寄存器指令3，使各程序步间互锁，提高了系统的可靠性。
6、人机交互界面
人机交互是通过对tk6070iq威纶触摸的操作实现的，共编制7个画面，包括1个主操作显示画面、2个参数调节与状态显示画面、1个故障报警画面和3个手动控制画面。其中故障报警包括当前故障信息和历史故障信息画面，当故障排除后，可以通过故障复位使系统恢复正常运行。触摸屏界面良好，易于操作。触摸屏通过 RS一485信号标准的9针 D型连接器与 PLC连接，当PLC通电，触摸屏得电后，触摸屏将进行自我测试，测试通过后即可进入除湿机控制系统。首先出现的是机组信息屏幕，触摸屏幕任意位置进入主画面，显示当前机组状态、回风温度、回风湿度、日期和时间等，可以根据需要在触摸屏上查看信息和修改参数。
7、控制程序
利用 S7-200编程软件Step7-Micro／WlNV4．0在PC机上进行控制程序的开发。根据除湿机控制系统的特点和功能要求，在完成基本功能的前提下，综合考 虑系统可靠性要求，对程序加以改进，如在压缩机、送风机等执行器的启停动作中加入延时。在电动水量调节阀的控制程序中采用精确的控制算法，针对温湿度传感器的漂移误差，装入线形系数和修正值，克服温湿度控制对象时间常数大温湿度变化滞后的问题。开发的系统控制程序由1个主程序模块和若干个个子程序模块组成，子程序模块分别为初始化子程序模块、故障处理子程序模块、手动控制子程序模块、自动控制子程序模块等。
系统控制程序是通过主程序对子程序的调用和子程序间得嵌套调用实现其控制功能的。其中主程序的流程图如下所示：
8、基于Modbus协议的通信实现
在该系统中，不论是控制中心读取测控仪的数据还是控制除湿机都需要在通信中完成，因此，通信协议的选择是一个需要重点考虑的问题。一种好的协议不仅要具备完善的功能、高度的可靠性，还要具有通用性和标准化，这一点也是当前技术发展的需要。基于此，本系统选择了Modbus协议。
9、协议简介
Modbus协议是当前全球工业领域最流行的通信协议之一，具有可靠性、开放性以及透明性的特点。此协议支持传统的RS-232、RS-422/RS-485标准和以太网设备，许多工业自动化设备，包括PLC、DCS、智能仪表等都在使用Modbus协议作为它们之间的通信标准，有了它，不同厂商生产的设备可以联成工业网络，进行集中监控。
结论：本系统已经调试完毕，除湿机系统运行状态良好，实现了各种控制功能，并能对各部件发生的故障进行快速有效的检测和处理。控制中心功能完善，软件界面友好，操作简单，实践证明，采用 PLC作为除湿机系统的控制核心可使各种设备运行协调一致，提高了系统的综合性能。
参考文献：
[1]黄剑云.冷冻除湿机设计探讨[J].机电工程技术，2002，31（7）：66-68．
[2]西门子（中国）有限公司．深入浅出西门子S7—200PLC[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003．12．
[3]西门子（中国）有限公司．S7—200指令规约[z]．北京：SIEMENS公司．1999
论文作者:徐铭泽
论文发表刊物:《防护工程》2019年第6期
论文发表时间:2019/6/28
标签：除湿机论文; 系统论文; 触摸屏论文; 温湿度论文; 故障论文; 功能论文; 变频器论文; 《防护工程》2019年第6期论文;