CN107166676A

CN107166676A - 一种涂装车间温湿度解耦分区控制方法及控制系统

Info

Publication number: CN107166676A
Application number: CN201710472645.9A
Authority: CN
Inventors: 厉建炜
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-06-21
Filing date: 2017-06-21
Publication date: 2017-09-15

Abstract

本发明提供一种涂装车间温湿度解耦分区控制方法及控制系统；所述控制方法包括采集涂装车间的温度t及湿度并通过温度t及湿度计算涂装车间的焓值h和含湿量d，并绘制涂装车间焓湿图；根据温度t及所述湿度计算各个分区边界的焓值h_n和含湿量；由焓值h_n和含湿量d_n将涂装车间焓湿图划分成多个分区；针对涂装车间焓湿图的各个分区的环境状况进行调；采用以上技术方案，通过次采用焓值分析，设定的温湿度控制目标将环境状态焓湿图分为多个分区，既实现控制分区与控制目标动态关联，又涵盖全部环境温湿度条件；解决温湿度空调常规控制的滞后现象，减小系统超调，规避温湿度耦合波动问题。

Description

一种涂装车间温湿度解耦分区控制方法及控制系统

技术领域

本发明属于涂装车间控制技术领域，具体涉及一种涂装车间温湿度解耦分区控制方法及控制系统。

背景技术

喷漆室是车间涂装室之一，通常是非标设备，是指装备有涂装机具的、进行涂装作业的房间；喷漆室的基本任务是抽风排掉喷涂过程产生的漆雾和溶剂等。喷漆室必备的功能是按照所用涂料的喷涂工艺要求的等级，创造一种不受室外气候条件影响的工作环境，使喷涂作业区内的温度和湿度一年四季保持在工艺要求的范围内，才能保证喷涂质量稳定；现有的喷漆室控制存在温湿度常规控制的滞后现象、系统超调、规避温湿度耦合波动问题。

基于上述喷涂车间中存在的技术问题，尚未有相关的解决方案；因此迫切需要寻求有效方案以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术中存在的不足之处，提出一种涂装车间温湿度解耦分区控制方法；解决现有喷涂车间温湿度空调常规控制的滞后现象、系统超调或温湿度耦合波动的问题。

本发明提供一种涂装车间温湿度解耦分区控制方法，包括以下步骤：

S1:采集涂装车间的温度t及湿度并通过温度t及湿度计算涂装车间的焓值h和含湿量d，并绘制涂装车间焓湿图；

S2:根据温度t及所述湿度计算各个分区边界的焓值h_n和含湿量d_n；

S3:由焓值h_n和含湿量d_n将涂装车间焓湿图划分成多个分区；

S4:针对涂装车间焓湿图的各个分区的环境状况进行调控。

相应地，本发明还提供一种涂装车间温湿度解耦分区控制系统，包括进风段、初效段、风机段、消声段、中效段以及出风段；进风段、初效段、风机段、消声段、中效段以及出风段依次连接。

进一步地，还包括加热段和表冷段；加热段设置于初效段和表冷段之间；表冷段设置于风机段和所述加热段之间。

进一步地，还包括加湿段和表冷段；加热段包括第一加热段和第二加热段；第一加热段设置于初效段和表冷段之间；表冷段设置于风机段和第一加热段之间；加湿段设置于第二加热段和表冷段之间；第二加热段设置于风机段和加湿段之间。

进一步地，还包括排风装置和排风烟囱；出风段通过弯管与涂装车间连通；排风装置一端独立与涂装车间连通，其另一端与排风烟囱连通。

通过采用以上技术方案，该涂装车间温湿度解耦分区控制方法及控制系统可以根据新风参数，提前做出判断，通过超前控制，解决温湿度空调常规控制的滞后现象，减小系统超调，规避温湿度耦合波动问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

以下将结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明一种涂装车间温湿度解耦分区控制系统实施例一结构示意图；

图2为本发明一种涂装车间温湿度解耦分区控制系统实施例二结构示意图；

图3为本发明一种涂装车间温湿度解耦分区控制系统实施例三结构示意图；

图4为本发明一种涂装车间温湿度解耦分区控制系统与涂装车间连接示意图；

图5为本发明一种涂装车间温湿度解耦分区控制方法流程图；

图6为本发明一种涂装车间焓湿图分区效果图；

图7为本发明一种涂装车间温湿度目标区域效果图。

图中：1、进风段；2、初效段；3、风机段；4、消声段；5、中效段；6、出风段；7、表冷段；8、第一加热段；9、加湿段；10、涂装车间；11.排风装置；12、排风烟囱；13、第二加热段。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至图3所示，本发明提供一种涂装车间温湿度解耦分区控制方法，包括以下步骤；

S1:首先，采集涂装车间的温度t及湿度并通过温度t及湿度计算涂装车间的焓值h和含湿量d，并绘制涂装车间焓湿图；空气温度t和相对湿度信号由温湿传感器和湿度传感器测得；

S2:根据温度t及湿度计算各个分区边界的焓值h_n和含湿量d_n，由此可以确定更不同区域的分区；

S3:由焓值h_n和含湿量d_n将涂装车间焓湿图划分成多个分区；可以由温湿度的控制目标，并根据上述划分条件划分多个分区，多个分区代表不同的环境温度状况，每个环境状况对应一个控制模型，以进行分区控制策略管理；

S4:针对涂装车间焓湿图的各个分区的环境状况进行调控；调控的过程是对各个分区建议各个控制模型，同时还要充分考虑温湿度的相互耦合现象，以第二区为例，既有温度较高湿度较低的情况，又有温度较低湿度较高的情况，前一种情况加热阀是关闭的，喷淋加湿的过程就附带有降温的效果，后一种情况，在加热的过程，也有附带降低湿度的效果。

优选地，结合上述方案，本实施例中，在S1步骤中，采集涂装车间的温度t及湿度计算涂装车间的焓值h和含湿量d过程具体如下：

首先计算饱和空气的水蒸气分压力P_s计算公式为：

T＝273.15+t，

其中，a₁＝-5800.2206；a₂＝1.3914993；a₃＝-0.04860239；

a₄＝0.41764768×10^-4；a₅＝-0.14453093×10^-7；a₆＝6.5459673。

采用公式5-1计算的饱和蒸汽压数据如表1所示，饱和蒸汽压用于快速查取P_s的数值：

表1饱和蒸汽压数据

温度	饱和蒸汽压	温度	饱和蒸汽压	温度	饱和蒸汽压
						t/℃	(kPa)	t/℃	(kPa)	t/℃	(kPa)
0	0.61755	26	3.40134	52	13.79726
						1	0.66391	27	3.60797	53	14.48722
2	0.71333	28	3.82546	54	15.20650
						3	0.76598	29	4.05428	55	15.95610
4	0.82204	30	4.29491	56	16.73707
						5	0.88170	31	4.54787	57	17.55045
6	0.94516	32	4.81368	58	18.39734
						7	1.01262	33	5.09287	59	19.27884
8	1.08429	34	5.38601	60	20.19608
						9	1.16041	35	5.69368	61	21.15024，
10	1.24120	36	6.01645	62	22.14251
						11	1.32690	37	6.35496	63	23.17409
12	1.41778	38	6.70983	64	24.24625
						13	1.51409	39	7.08171	65	25.36024

再计算空气含湿量d，具体计算公式为：

式中，P为大气压力；为相对湿度；

算得：d₁＝11.9g/kg，d₂＝15.7g/kg

湿空气是由干空气和水蒸气组成的混合物，湿空气的比焓是相对于单位质量的干空气计算的：

h＝1.005t+d(2501+1.86t) (5-3)

确定区间1和区间2的分界线h_d时，对应于空气含湿量d₁的露点温度t₁需要单独进行计算；

当t1在0--70℃范围时对应的计算公式如下：

t₁＝-35.957-1.8726ln P_v+1.1689(ln P_v)² (5-4)

根据式(5-1)计算，可知P1点(25℃/60％)对应的P_s为3205Pa，

由带入求得：

t₁＝16.7℃

求得：h_d＝46.9kJ/kg,h₁＝55.4kJ/kg,h₂＝67.2kJ/kg。

如图6所示，图中，横坐标为温度t(℃)，纵坐标为空气含湿量d(g/kg)，斜线为等焓线h(KJ/Kg)，弧线为等湿度线(％)。如图中标注的P1点和P2点，为车间喷房空调要求的温湿度界限点，根据喷涂工艺控制要求，空调温度控制范围为26±1℃，湿度控制范围为65±5％，故设置P1为25℃/60％，P2为27℃/70％；如图7所示，由P1和P2对应的等温线及等湿线组成的区间8，即为目标控制区间，之后根据P1、P2点的焓值和含湿值做等焓线h₁、h₂、h_d，等含湿线d₁、d₂，将焓湿图分为8个分区。通过采集空调进风口温湿度数值，换算对应参数，分配对应的控制区域进行PID控制。

优选地，结合上述方案，在S3步骤中将涂装车间焓湿图划分成八个分区，并针对每个分区的环境状况由涂装车间环境调控系统中的喷淋段、冷水段、加热段或供风单元进行调控；其中，喷淋由喷淋阀调控；供风由鼓风机调控；加热由加热单元调控；通过采用用焓值分析的方法，根据设定的温湿度控制目标将环境状态焓湿图分为八个区，既实现了控制分区与控制目标动态关联，又涵盖了全部环境温湿度条件；在通过多模型控制器切换技术，使车间空气调节系统能够根据进风口的温湿度，实时判断环境状态，自动适应环境变化；不同的阀门控制组合和调节策略，细化了温湿度的调节过程和控制策略，简化了控制对象，使控制更平稳、节能、高效其中；八个分区具体区分条件和控制模型如下：

第一分区为：焓值h＜46.9KJ/Kg,含湿量d＜11.9g/Kg，当涂装车间焓湿图的分区处于第一分区条件下，涂装车间环境调控系统加热段和喷淋段进行工作；如图6、图7所示，第一分区中，是焓值低于h_d的区域，而目标区域八的焓值区间是h₁到h₂，所以需要通过加热单元，增加第一分区新风空气的焓值，同时，该区域的含湿量低于d₁，需要通过喷淋单元，增加新风空气的含水量。因此，选择按照设定的目标温湿度，26℃/65％，使用加热阀调节温度，喷淋阀调节湿度。

第二分区为：46.9KJ/Kg＜焓值h＜55.4KJ/Kg,d＜11.9g/Kg；当涂装车间焓湿图的分区处于第而分区条件下，涂装车间环境调控系统加热段和喷淋段进行工作；第二分区为焓值低于h_d，含湿量低于d₁的区域，但区别于第一分区，该区域的焓值与目标区域的焓值区间比较接近，所以在选择该区域加热单元PID控制参数时，需充分考虑这一点，将比例参数调小，是整个控制过程平稳接近目前焓值区；同时需要使用喷淋单元，对该区域新风控制进行喷淋加湿，增加空气中的含水量；

第三分区为：55.4KJ/Kg＜焓值h＜67.2KJ/Kg,t＞27C,当涂装车间焓湿图的分区处于第三分区条件下，涂装车间环境调控系统喷淋段进行工作；在目标焓值h₁到h₂的区域空间，含湿量低于d₁的区域，对于该区域的特点，就不再需要加热单元对焓值的改变，按照目标湿度，对喷淋阀进行调湿控制，温度会自动耦合到目标区间；

第四分区为：11.9g/Kg＜含湿量d＜15.7g/Kg,t＜25C,当涂装车间焓湿图的分区处于第四分区条件下，涂装车间环境调控系统加热段进行工作；在目标含湿量d₁到d₂的区域，对于该区域，新风湿空气的含水量已经满足目标要求，所以对于该区域的控制模型，只需选取加热单元，按照目标温度，通过加热阀调节温度，湿度会自动耦合到目标区间；

第五分区为：焓值h＞67.2KJ/Kg,d＞11.9g/Kg；当涂装车间焓湿图的分区处于第五分区条件下，涂装车间环境调控系统加热段和冷水段进行工作；第五分区焓值大于目标焓值h₁到h₂的区域空间，同时含湿量大于d₁，所以不能使用喷淋单元。对于该区域的控制模型选择，采用加热阀调节温度，冷水阀调节湿度的控制方式；

第六分区为：焓值h＞67.2KJ/Kg,d＜11.9g/Kg；当涂装车间焓湿图的分区处于第六分区条件下，涂装车间环境调控系统冷水段和喷淋段进行工作；第六分区焓值大于h₂，含湿量小于d₁的区域，需要喷淋段增加新风空气的含水量，同时需要冷水单元减低焓值。对于该区域的控制模型，采用冷水阀调节温度，喷淋阀调节湿度的方式；

第七分区为：焓值h＞67.2KJ/Kg,d＞15.7g/Kg；当涂装车间焓湿图的分区处于第七分区条件下，涂装车间环境调控系统加热段和冷水段进行工作；第七分区焓值在目标焓值h₁到h₂的区域空间，含湿量高于d₂的区域，需要使用冷水单元降低新风空气的含水量，同时需要加热单元平衡冷水段对焓值的影响。因此，采用加热阀调节温度，冷水阀调节湿度的控制模型；

第八分区为：25C＜t＜27C，当涂装车间焓湿图的分区处于第八分区条件下，涂装车间环境调控系统直接供风单元工作。

以上各个分区的控制模型图表2所示：

表2控制模型组合策略

优选地，结合上述方案，本实施例中，温度t及所述湿度为通过采集涂装车间空调进风口温度和湿度数值，换算成涂装车间的焓值h和含湿量d，并分配对应的控制区域进行PID控制，来实现对加热段、冷水段、喷淋段的使能控制及控制策略，从而实现空调系统具体由哪部分执行单元完成温湿度控制，最后配合各执行单元的PID控制程序块，以达到既定的控制预期。

优选地，结合上述方案，在S4步骤中针对涂装车间焓湿图的各个分区的环境状况进行调控包括调温、调湿及供风；调温包括采用加热单元进行加热和喷洒冷水冷却；调湿包括喷淋和冷水调湿等。

相应地，结合上述方案，如图1至图5所示，本发明还提供一种涂装车间温湿度解耦分区控制系统，包括进风段1、初效段2、风机段3、消声段4、中效段5以及出风段6；其中，进风段1、初效段2、风机段3、消声段4、中效段5以及出风段6依次连接，并且各个功能段均设有温度传感器和湿度传感器；采用上述控制系统直接为车间提供新鲜空气，由配套开启的送风机和排风机组成，具有复杂程序控制自动连锁启停功能；喷漆室是喷涂车间室之一，通常是非标设备，是指装备有涂装机具的、进行涂装作业的房间；喷漆室的基本任务是抽风排掉喷涂过程产生的漆雾和溶剂等；喷漆室必备的功能是按照所用涂料的喷涂工艺要求的等级，创造一种不受室外气候条件影响的工作环境，使喷涂作业区内的温度和湿度一年四季保持在工艺要求的范围内，保证喷涂质量稳定；因为要维持冬季温度为25±1℃、相对湿度为65±5％，夏季温度为28±1℃、相对湿度65±5％的稳定喷涂工作环境；为支持生产工作区空气调节系统风机工作的其他工艺系统有热水站系统、中央制冷站系统。

优选地，结合上述方案，如图2所示，本发明提供一种涂装车间温湿度解耦分区控制系统还包括第一加热段8和表冷段7；加热段8设置于初效段2和表冷段7之间；表冷段7设置于风机段3和加热段8之间。

优选地，结合上述方案，如图3所示，本发明提供一种涂装车间温湿度解耦分区控制系统还包括加湿段9和表冷段7；加热段包括第一加热段8和第二加热段13；第一加热段8设置于初效段2和表冷段7之间；表冷段7设置于风机段3和第一加热段8之间；加湿段9设置于第二加热段13和表冷段7之间；第二加热段13设置于风机段3和加湿段9之间。

优选地，结合上述方案，如图4所示，本发明提供一种涂装车间温湿度解耦分区控制系统还包括排风装置11和排风烟囱12；出风段6通过弯管与涂装车间10连通；排风装置11一端独立与涂装车间10连通，其另一端与排风烟囱12连通；涂装车间喷漆室系统设备由喷房室体、喷房空调送排风系统、文丘里漆雾捕捉系统和漆渣处理系统组成，而空调送排风系统结构则属于上供风加下排风的大型喷漆室组合形式。被涂物件由滑橇输送链牵引自动经过位于车间二楼的喷漆室，位于三楼的送风设备则为喷房提供经过除尘调温调湿的新鲜空气，在与一楼的排风设备构成的设备系统中，创造喷漆室内正风压实现垂直向下0.4m/s的风速的工作环境。喷漆室的漆雾在风向带动下垂直沉降进入文丘里漆雾捕捉系统，经过水循环系统进一步被漆渣处理系统过滤和分离喷房空调送风设备必须能够按照生产工艺的要求，具备对送入喷漆室的空气进行过滤、加热、冷却和加湿的功能。

优选地，结合上述方案，本发明提供一种涂装车间温湿度解耦分区控制系统中的风机段还包括供风单元；供风单元中的温度和湿度调节，共有三个独立的功能单元控制系统；

第一：加热，通过热水控制系统或带次级燃烧器的加热控制系统调节温度；加热控制系统对热水系统或燃烧器上的供风进行加热；该控制匹配单元将实际设定值T'提供给加热控制系统；只要控制匹配单元激活，加热控制系统也随之激活；

第二：冷却，通过冷水控制系统调节温度和湿度；冷却控制系统通过冷却单元对供风进行冷却和除湿；如果要求除湿，必需对冷却单元进行相应的布置；控制匹配单元将冷却单元的设定值T'Cool提供给冷却控制系统；只要控制匹配单元激活，冷却控制系统也随之激活；

第三：增湿，通过湿度喷淋控制系统调节湿度；增湿控制系统用喷淋增湿器对供风进行增湿；数值用相对湿度(％)表示；控制匹配单元为增湿控制系统提供实际设定值H'；只要控制匹配单元激活，增湿控制系统也随之激活。

采用以上技术方案，通过次采用焓值分析，设定的温湿度控制目标将环境状态焓湿图分为多个分区，既实现控制分区与控制目标动态关联，又涵盖了全部环境温湿度条件；各个分区采用多模型控制器切换技术，使车间空调调节系统能够根据进风口的温湿度，实时判断环境状态，自动适应环境变化；不同的阀门控制组合和调节策略，细化温湿度的调节过程和控制策略，简化控制对象，使控制更平稳、节能、高效。通过采用本发明提供的控制方法可以根据新风参数，提前做出判断，通过超前控制，解决温湿度空调常规控制的滞后现象，减小系统超调，规避温湿度耦合波动问题本。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。

Claims

1.一种涂装车间温湿度解耦分区控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1:采集涂装车间的温度t及湿度并通过所述温度t及所述湿度计算涂装车间的焓值h和含湿量d，并绘制涂装车间焓湿图；

S2:根据所述温度t及所述湿度计算各个分区边界的焓值h_n和含湿量d_n；

S3:由所述焓值h_n和所述含湿量d_n将所述涂装车间焓湿图划分成多个分区；

S4:针对涂装车间焓湿图的各个分区的环境状况进行调控。

2.根据权利要求1所述的涂装车间温湿度解耦分区控制方法，其特征在于，在S3步骤中将涂装车间焓湿图划分成八个分区，并针对每个所述分区的环境状况由涂装车间环境调控系统中的喷淋段、冷水段、加热段或供风单元进行调控。

3.根据权利要求2所述的涂装车间温湿度解耦分区控制方法，其特征在于，八个所述分区按以下条件区分：

第一分区为：焓值h＜46.9KJ/Kg,含湿量d＜11.9g/Kg；

第二分区为：46.9KJ/Kg＜焓值h＜55.4KJ/Kg,d＜11.9g/Kg；

第三分区为：55.4KJ/Kg＜焓值h＜67.2KJ/Kg,t＞27C,

第四分区为：11.9g/Kg＜含湿量d＜15.7g/Kg,t＜25C,

第五分区为：焓值h＞67.2KJ/Kg,d＞11.9g/Kg；

第六分区为：焓值h＞67.2KJ/Kg,d＜11.9g/Kg；

第七分区为：焓值h＞67.2KJ/Kg,d＞15.7g/Kg；

第八分区为：25C＜t＜27C，

4.根据权利要求3所述的涂装车间温湿度解耦分区控制方法，其特征在于，

当涂装车间焓湿图的分区处于第一分区条件下，涂装车间环境调控系统加热段和喷淋段进行工作；

当涂装车间焓湿图的分区处于第而分区条件下，涂装车间环境调控系统加热段和喷淋段进行工作；

当涂装车间焓湿图的分区处于第三分区条件下，涂装车间环境调控系统喷淋段进行工作；

当涂装车间焓湿图的分区处于第四分区条件下，涂装车间环境调控系统加热段进行工作；

当涂装车间焓湿图的分区处于第五分区条件下，涂装车间环境调控系统加热段和冷水段进行工作；

当涂装车间焓湿图的分区处于第六分区条件下，涂装车间环境调控系统冷水段和喷淋段进行工作；

当涂装车间焓湿图的分区处于第七分区条件下，涂装车间环境调控系统加热段和冷水段进行工作；

当涂装车间焓湿图的分区处于第八分区条件下，涂装车间环境调控系统直接供风单元工作。

5.根据权利要求1所述的涂装车间温湿度解耦分区控制方法，其特征在于,所述温度t及所述湿度为通过采集涂装车间空调进风口温度和湿度数值，换算成涂装车间的焓值h和含湿量d，并分配对应的控制区域进行PID控制。

6.根据权利要求1所述的涂装车间温湿度解耦分区控制方法，其特征在于,在S4步骤中针对涂装车间焓湿图的各个分区的环境状况进行调控包括调温、调湿及供风；所述调温包括加热和冷水冷却；所述调湿包括喷淋和冷水调湿。

7.一种涂装车间温湿度解耦分区控制系统，其特征在于,包括进风段、初效段、风机段、消声段、中效段以及出风段；所述进风段、所述初效段、所述风机段、所述消声段、所述中效段以及所述出风段依次连接。

8.根据权利要求7所述的涂装车间温湿度解耦分区控制系统，其特征在于,还包括加热段和表冷段；所述加热段设置于所述初效段和所述表冷段之间；所述表冷段设置于所述风机段和所述加热段之间。

9.根据权利要求7所述的涂装车间温湿度解耦分区控制系统，其特征在于,还包括加湿段和表冷段；所述加热段包括第一加热段和第二加热段；所述第一加热段设置于所述初效段和所述表冷段之间；所述表冷段设置于所述风机段和所述第一加热段之间；所述加湿段设置于所述第二加热段和所述表冷段之间；所述第二加热段设置于所述风机段和所述加湿段之间。

10.根据权利要求7所述的涂装车间温湿度解耦分区控制系统，其特征在于,还包括排风装置和排风烟囱；所述出风段通过弯管与所述涂装车间连通；所述排风装置一端独立与所述涂装车间连通，其另一端与所述排风烟囱连通。