一种实现低温低湿环境高精度控制的系统及方法与流程

本发明属于暖通空调温湿度节能控制，具体涉及一种实现低温低湿环境高精度控制的系统及方法。

背景技术：

1、除湿是工农业生产、存储、实验过程中常见的问题，随着空气、水源、食品、医药等品质要求及生产工艺的不断提升，对生产环境系统中的湿度控制成为一个重要指标。

2、转轮除湿技术是利用具有良好亲水性的吸附材料吸附空气中水份以降低空气湿度的技术，是锂电池、航空航天领域、食品制药等对空气品质敏感行业应用最广泛的固体吸附式除湿技术之一。

3、传统带转轮除湿功能段的空调机组低温低湿控制存在以下问题：

4、1.中央空调厂家外购的转轮除湿功能段自带独立控制，与空调系统整体控制不能有效耦合；

5、2.空调机组与转轮除湿功能段自带的独立控制盘之间采用硬接线的方式，两者之间仅存在单一的连锁开关机的关系；

6、3.转轮除湿功能段自带的独立控制盘以相对湿度为控制目标，受温度影响及自身控制策略粗狂，湿度控制波动振幅较大，或长期处于过除湿的状态，容易造成能耗的浪费；

7、4.转轮除湿功能段自带的独立控制盘对于再生热温度设定值固定，在相对湿度调节过程中，再生热源会频繁的时开时关，造成转轮出风温度忽高忽低，影响空调机组的温度调节。

8、鉴于此，设计一种实现低温低湿环境高精度控制的系统及方法，以解决上述问题。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了一种实现低温低湿环境高精度控制的系统及方法，具有通过对空调系统的数据实时分析、计算与趋势判断，动态调节除湿与加湿、降温与加热之间的需求与分配，实现低温低温环境的高精度控制，同时有效减少系统能源浪费的特点。

2、本发明的另一目的是提供一种实现低温低湿环境高精度控制的方法。

3、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种实现低温低湿环境高精度控制的系统，包括：由ahu前段、转轮除湿段和ahu后段三部分组成的空调机组、与空调机组信号连接的plc控制器以及与plc控制器信号连接的人机界面，其中：

4、所述ahu前段包括沿新风流动向依次放置的与plc控制器信号连接的第二初效过滤器和一级表冷盘管，所述第二初效过滤器的进风端、第二初效过滤器的出风端与一级表冷盘管的进风端间以及一级表冷盘管的出风端固接有进风管道，第二初效过滤器进风端所述进风管道上装配有与plc控制器信号连接的新风阀，一级表冷盘管出风端所述进风管道上沿新风流动向依次固接有与plc控制器信号连接的一级表冷出风温湿度传感器、一级表冷电动二通阀以及独立的一次回风管道，所述一次回风管道上沿回风流动向依次固接有与plc控制器信号连接的一次回风温湿度传感器和一次回风阀；

5、所述转轮除湿段包括与一级表冷盘管出风端的进风管道另一端固接与plc控制器信号连接的除湿转轮、位于除湿转轮再生段进风侧沿再生风力流动向依次放置的与plc控制器信号连接的第一初效过滤器和再生电加热器以及位于除湿转轮再生段出风侧与plc控制器信号连接的再生风机，所述第一初效过滤器的进风端、第一初效过滤器的出风端与再生电加热器的进风端间、再生电加热器的出风端与除湿转轮的进风端间、除湿转轮的出风端与再生风机的进风端间以及再生风机的出风端间固接有除湿管道；

6、所述ahu后段包括沿出风流动向依次放置的与plc控制器信号连接的二级表冷盘管、变频式送风机和中效过滤器，所述除湿转轮的出风端与二级表冷盘管的进风端间、二级表冷盘管的出风端与送风机的进风端间、送风机的出风端与中效过滤器的进风端间以及中效过滤器的出风端固接有出风管道，除湿转轮与二级表冷盘管间所述出风管道上沿出风流动向依次固接有与plc控制器信号连接的转轮出风温湿度传感器和独立的二次回风管道，所述二次回风管道上沿回风流动向依次固接有二次回风温湿度传感器和二次回风阀，二级表冷盘管与送风机间所述出风管道上固接有与plc控制器信号连接的二级表冷电动二通阀，送风机与中效过滤器间所述出风管道上沿出风流动向依次固接有与plc控制器信号连接的送风温湿度传感器和送风压力传感器。

7、优选的，所述除湿转轮与空调机组间为连锁开启模式，且除湿转轮的第三方控制盘与plc控制器间的数据交换与控制设定采用modbus通讯方式。

8、优选的，所述送风机与新风阀、一次回风阀和二次回风阀间为连锁启动模式。

9、优选的，所述二级表冷电动二通阀与送风机间沿送风流动向依次放置有电加热器和电热加湿器，所述出风管道连接在电加热器的进风端与二级表冷电动二通阀的出风端、电加热器的出风端与电热加湿器的进风端以及电热加湿器的出风端与送风机的进风端间。

10、一种实现低温低湿环境高精度控制的方法，包括以下步骤：

11、s1:通过plc控制器控制新风阀打开，新风通过第二初效过滤器进风端的进风管道进入第二初效过滤器内进行过滤，再通过第二初效过滤器与一级表冷盘管间的进风管道进入一级表冷盘管内进行一级表冷，一级表冷过程中由plc控制器采用pid调节与趋势预判结合策略调节一级表冷电动二通阀的开度及流量，以使一级表冷盘管的出风达到饱和状态，利于转轮除湿段循环过程中对水份进行吸附；

12、s2:通过plc控制器控制一次回风管道上的一次回风温湿度传感器和一次回风阀打开，一次回风通过一次回风管道进入一级表冷盘管出风端的进风管道内，与进风管道内一级表冷后达到饱和状态的出风混合进入除湿转轮的处理区域，吸附在除湿转轮处理区域趋于饱和的水蒸汽转入再生区域后被再生高温空气脱附去水份除湿，除湿过程中由plc控制器采用逻辑策略对再生电加热器的再生热出风温度进行动态设定与控制，以使除湿转轮能够将出风处理到设定的绝对含湿量，以达到除湿的目的；

13、s3:通过plc控制器控制二次回风管道上的二次回风温湿度传感器和二次回风阀打开，通过plc控制器控制二级表冷盘管和送风机上的二级表冷电动二通阀打开，二次回风通过二次回风管道进入除湿转轮出风端的出风管道内，与出风管道内除湿后的出风混合进入二级表冷盘管内进行二次表冷，二次表冷过程中由plc控制器采用pid调节与趋势预判结合策略调节二级表冷电动二通阀的开度及流量，以达到降温的目的，完成环境低温低湿控制；

14、s4:除湿降温后的空气通过送风机和连接的出风管道进入中效过滤器内进行过滤，送风过程中，送风压力传感器实时采集送风机的送风压力并传输至plc控制器内，由plc控制器对送风机的频率进行调节，实现送风量恒定，避免中效过滤器堵塞造成的失风或送风量减少。

15、优选的，所述步骤s1中，pid调节与趋势预判结合策略的具体方法是：pid调节的目标值是一级表冷温度设定值，为开放式设定，pid调节的当前值是通过一级表冷出风温湿度传感器实时采集一级表冷盘管一级表冷后的出风温湿度数据并传输至plc控制器内的数据，趋势预判是通过趋势算法获取一级表冷出风温湿度趋势值，plc控制器根据获取的一级表冷出风温湿度趋势值自主加快或放慢pid响应，亦可提前强制加大或减少pid输出结果，以达到调节一级表冷电动二通阀的开度及流量的目的。

16、优选的，所述步骤s2中，逻辑策略的具体方法是：通过转轮出风温湿度传感器实时采集除湿转轮的出风温湿度数据并传输至plc控制器内，plc控制器将除湿转轮的出风含湿量作为控制对象，将除湿转轮的固定值含湿量设定值作为控制目标，两者偏差采用步进+映射结合算法对再生电加热器的再生热出风温度设定与控制进行动态调节。

17、优选的，所述步骤s3中，pid调节与趋势预判结合策略的具体方法是：pid调节的目标值是二级表冷温度设定值，系总体温度控制目标的上偏移值，pid调节的当前值是通过一次回风温湿度传感器和二次回风温湿度传感器实时采集一次和二次回风温湿度数据并传输至plc控制器内的数据，趋势预判是通过趋势算法获取回风温度趋势值和除湿转轮的出风温度趋势值，plc控制器根据获取的回风温度趋势值和除湿转轮的出风温度趋势值自主加快或放慢pid响应，亦可提前强制加大或减少pid输出结果，以达到调节二级表冷电动二通阀的开度及流量的目的。

18、优选的，所述步骤s3中，空气二次表冷后，由plc控制器采用pid调节与趋势预判结合策略控制电加热器启停以及通断时间，pid调节与趋势预判结合策略的具体方法是：pid调节的目标值是电加热温度设定值，系总体温度控制目标的下偏移值，pid调节的当前值是通过一次回风温湿度传感器和二次回风温湿度传感器实时采集一次和二次回风温湿度数据并传输至plc控制器内的数据，趋势预判是通过趋势算法获取回风温度趋势值，plc控制器根据获取的回风温度趋势值自主加快或放慢pid响应，亦可提前强制加大或减少pid输出结果，电加热器的通断时间是采用脉宽调制pwm原理将pid输出结果转化而来，能够实现开关量电加热达到连续调节的作用，使加热控制稳定连续，以使降温过度或温度震荡的过程中加热需求作出快速补偿。

19、优选的，所述步骤s3中，空气加热后，由plc控制器采用pid调节与趋势预判结合策略控制电热加湿器加湿输出，pid调节与趋势预判结合策略的具体方法是：pid调节的目标值是加湿器动态含湿量设定值，pid调节的当前值是通过一次回风温湿度传感器和二次回风温湿度传感器实时采集一次和二次回风温湿度数据并传输至plc控制器内的数据计算出的当前回风含湿量，趋势预判是通过趋势算法获取回风含湿量趋势值，plc控制器根据获取的回风含湿量趋势值自主加快或放慢pid响应，亦可提前强制加大或减少pid输出结果，通过以上调节使除湿过度或湿度震荡的过程中加湿需求作出快速补偿，使回风绝对含湿量趋于设定目标，当实时温度趋于设定目标，且实时绝对含湿量亦趋于设定目标，则相对湿度趋于设定目标。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

21、1、本发明通过包括动态调节转轮除湿机的再生热设定温度、表冷/加热/加湿的加减载提前预判、开关量电加热采用脉宽调制pwm原理控制通断时间、基于实时温度计算动态绝对含湿量设定值的加湿控制等多种控制策略有效减少控制单元的滞后性与能耗迭加。

22、2、本发明基于机组各个功能段采用整体分析，减少关联设备之间的控制效果的此消彼长，实现各功能段间的除湿、加湿、制冷、加热与需求趋势一致。

23、3、本发明通过动态调节除湿与加湿、降温与加热之间的需求与分配，实现低温低湿环境控制系统的高精度调节与稳定运行；同时，该控制系统具备很高的适用性，可广泛适用于对低温低湿环境控制有较高品质要求的应用场景。