可编程序控制器在加湿控制系统中的应用...

Application of PLC on Humidifier Control System

3M中国公司顾向阳

摘要:本文讨论采用可编程序控制器参与加湿器的控制以达到较为精确的湿度控制，并对软件编程进行了详细的剖析。
关键词:可编程序控制器(PLC) 加湿器电磁阀增压泵雾化泵
Abatracts:This paper describes the precise humidifier control with the application of the PLC on
the simply humidifier and give the detail explanation for the programming
Keywords:PLC Humidifier Solnoid Valve boost pump atomization pump

1 前言
温度和湿度对于丝网印刷的质量的稳定性非常重要，我厂的丝网印刷车间基于满足客户对质量的进一步要求，要求工程部提高原生产环境的温湿度恒定，由于整个工厂采用了中央空调，因此温度的恒定可以满足，但是由于季节变化及地区因素，车间内的湿度始终偏低，所以考虑更换或改造加湿器以满足湿度恒定的需求。
2 硬件构成
基于成本考虑，我们原先采用的是价格比较低廉的三台通用加湿器，其原理是通过各自增压泵的作用，将自来水加压，然后经过雾化泵使水雾化，最后通过电磁阀将雾化的水汽送入车间的通风管中以达到加湿的目的。但是三台加湿器控制系统较为简单且各自独立，无法根据车间的实际湿度作智能调度，因此不但限制了其可操作性而且在控制精度上也远远不能满足要求。
我们选用了日本三菱公司的经典FX2系列超小型PLC，对三台加湿器进行智能控制。
根据系统的设计方案作如下配置:
主机:FX2-32MR
模拟量输入模块:FX-4AD
配置中计有5路开关量信号输入(加湿器启动X1，增压、雾化泵运行X1，增压雾化泵故障X1，加湿量控制信号X1)，13路开关量信号输出 (加湿电磁阀启动 4X3，增压、雾化泵启动X1)，3路模拟量输出(加湿控制3X1)
3 软件设计
3.1 系统控制原理与实现方案
系统PLC控制器需要控制3台加湿器，每台加湿器由4个电磁阀控制加湿量，4个电磁阀的加湿量分别为:10%、20%、20%、50%，记为1#、2#、3#、4#。系统根据加湿量控制器送来的0-10VDC 信号开启4个不同加湿量的电磁阀达到湿度恒定的效果。
3.2 加湿量与电磁阀的关系
鉴于每台加湿器的4个电磁阀其加湿量分别为10%、20%、20%、50%，因此可以将加湿过程分十段进行，具体说明如下:
从上表可以看到，4个电磁阀的开启频率约各为四分之一，但实际情况可能是1#使用频率最高，4#使用频率最低，系统PLC控制器将记录4个电磁阀的实际工作时间以供参考。
3.2 上升、下降通道判断
系统在恒湿控制中，需要了解当前的湿度要求量是处于上升轨道还是下降轨道中，这一轨道判断决定了电磁阀是运行于哪一个阀值区域内。简单地说，即:
1) 电磁阀在启动后，假设其为系统增加的湿度仍不能满足需要，则加湿量控制器的输出信号继续加速上升，总体趋势应属于上升轨道中，同样以1秒周期为算，此时加湿量控制器输出的信号后1秒的信号值大于前1秒的信号值(如图一中的区间0-4)。
2) 电磁阀门在启动后，假设其为系统增加的湿度已可满足需要，在系统惯性作用下,加湿量控制器的输出信号上升趋缓，总体趋势应处于下降轨道中，以一秒采样周期为算，加湿量控制器输出的信号后1秒的信号值小于或等于前1秒的信号值(如图1中的区间4-8)。
3.3 电磁阀门的开关
为了减少电磁阀门的开关，必须给电磁阀设定一阀值开关区域。以第一段1#电磁阀的开关为例:当加湿量控制器给出的加湿信号大于1.0vdc 时，1#电磁阀开启加湿，假设此时加湿量未满足系统要求，加湿量控制器输出的加湿信号仍处于上升轨道中，当加湿信号到达2.0vdc时，进入第二段加湿状态，此时1#电磁阀关闭，2#电磁阀打开，若湿度仍未满足要求，则将继续进入第三、第四段加湿状态，直到满足加湿量要求为止。
若第二段的2#电磁阀已可满足加湿量要求，则加湿器送出的加湿信号上升趋缓且开始下降，当信号下降至1.5vdc时，2#电磁阀被关断(此时1#电磁阀启动)，直到输出信号再次开启2#电磁阀。4个电磁阀的十段开关状态如图2所示。
3.4 系统的运行流程简图
系统PLC控制器一旦接受到来自加湿量控制器的加湿开启信号后立即判断外部的增压、雾化泵是否有故障，若正常则立即启动之，同时PLC开始读取加湿量控制器送来的0-10vdc加湿量信号，经过PLC内部程序的判断决定应进入哪一段控制状态，由该段状态决定的输出信号作为启动外部相应电磁阀的必要条件。若PLC控制器检测到外部增压、雾化泵有故障信号则禁止将开启电磁阀的信号输出，同时将故障信号送出(上接11页)供维修技术员识别。当系统湿度保持恒定而无加湿信号或3台加湿器输出的信号均低于0.9vdc达300秒以上时，系统将自动关闭增压、雾化泵的运行。系统的运行流程简图如图3所示。
4 结束语
通过使用一套价廉物美的PLC系统，我们使原来的三套简易型加湿器重新焕发了青春，不仅避免了更换加湿器所造成的巨额投资及原系统浪费，且经长时间运行证明了新系统的可靠性及满足了工艺的精度要求，完全取得了最初设计的效果。