CN110332655B - 一种纺纱车间温湿度智能控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种纺纱车间温湿度智能控制系统，包括安装在纺纱车间内的温湿度传感器、安装在空调室的空调系统和中央控制系统。空调系统与除尘系统通过通风管道相连，对纺纱车间空气形成循环利用，有助于维持车间内温湿度，减少能耗；中央控制系统首先根据数据库中存储的理论温湿度控制参数向空调系统发送粗调指示信号，并通过实时接收车间内温湿度传感器监测数据，进一步发送微调指示信号。本发明实现了纺纱车间内温湿度的智能控制，具有控制精度高、能耗低的优点，降低了耗能成本和人力成本。

Description

一种纺纱车间温湿度智能控制系统
技术领域
本发明属于环境控制技术领域，尤其涉及一种纺纱车间温湿度智能控制系统。
背景技术
在纺织厂的实际生产中，温湿度对车间的生产效率及产品质量影响很大。纺织纤维材料的性能对空气温湿度的敏感性很强，温湿度过低造成断经、停机等现象增多；而温湿度过高则会引起轻浆、色差等质量问题。实验证明通过有效控制温湿度，可提高织布车间的生产效率和产品质量。
目前，纺织车间的空气调节控制大多通过上送风下回风和顶部喷雾系统，根据车间内温湿度传感器监测的温湿度数据，人工调节送风装置、排风装置和喷雾装置工作频率，进而控制单位时间送风量、排风量和喷雾量及喷雾温度，实现对车间内温湿度的控制。但这种调节方式存在一定的滞后性和高能耗的特点。随着计算机网络通讯技术的发展，智能温湿控制系统得到了发展，如申请号为201410465112.4的专利，公开了一种纺织厂复合式PLC空调自动控制系统，根据“湿度优先原则”，把车间空气的湿度作为首要对象进行调节；根据“增小减大”原则，当车间空气的湿度低于设定的标准时，通过依次增大耗电量较小设备的频率进行调节来满足生产需求，当车间湿度高于设定的标准时，通过依次减小耗电量较大设备的频率进行调节来满足生产需求。此发明专利在满足生产车间的温度和湿度要求的基础上，进一步降低了空调系统运行的能耗。但此发明专利还存在以下缺点：(1)采用“湿度优先原则”，可能导致温度偏差过大时的调控不及时，导致产品性能下降；(2)对于温湿度偏离设定值不同程度的状况，设备的频率调节依据不够明确，无法精确控制。
因此，有必要将空调系统与自动控制系统相结合，从而使空调系统对车间温湿度的控制更加及时准确，空调系统能够更加经济节能地运行，降低能耗和生产成本。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷，本发明目的在于提供一种纺纱车间温湿度智能控制系统，包括安装在纺纱车间内的温湿度传感器、安装在空调室的空调系统和中央控制系统，空调系统与除尘系统通过通风管道相连，对纺纱车间空气形成循环利用，中央控制系统首先根据平壁导热、对流换热、辐射换热理论发送粗调指示信号，并通过实时接收车间内温湿度传感器监测数据，发送微调指示信号，实现纺纱车间内温湿度的智能和精确控制，可显著降低能耗和人力。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种纺纱车间温湿度智能控制系统，其特征在于，所述温湿控制系统包括安装在纺纱车间内的温湿度传感器、安装在空调室的空调系统和中央控制系统，空调系统与除尘系统通过通风管道相连，对纺纱车间空气形成循环利用；所述中央控制系统包括粗调系统和微调系统，粗调系统通过实时获取环境温度和湿度数据，提前预设温湿度控制参数，并向空调系统发送粗调指示信号，微调系统实时接收温湿度传感器监测数据，根据温湿度实时监测数据，向空调系统实时发送微调指示信号；所述空调系统依据粗调指示信号和微调指示信号对纺纱车间内温度和湿度进行调节。
进一步的，所述空调系统包括温度调节系统和湿度调节系统。
进一步的，所述温度调节系统包括送风机和排风机，送风机能够对通入的风制冷或制热；湿度调节系统包含喷雾风机、水泵、水池和冷热源。
进一步的，所述排风机通过通风管道与除尘系统排尘口相通，排风机将纺纱车间内带有废弃纤维和粉尘的空气抽出，经除尘系统除尘后送入空调室，送风机通过通风管道与车间顶部进风口相通，将排风机抽出的风循环通入进风口；水泵通过排水管道与水池相连，水泵将水池中的水抽出经冷热源制冷或加热后，送入喷雾风机，，喷雾风机通过通风管道与车间顶部喷雾口相通。
优选地，所述冷热源为溴化锂吸收式冷热水机组。
进一步的，所述送风机还能将室外空气通入进风口，每次送风量中室外空气量占1～30％。
进一步的，所述送风机的送风量、排风机的排风量和喷雾风机的喷雾量均通过变频调节器调节。
进一步的，所述中央控制系统包含一个数据库，数据库中存储有纺纱车间内温湿度上限值和下限值以及环境温度范围在-5～40℃的，湿度范围在0～99％的情况下，理论温湿度控制参数。
进一步的，以维持纺纱车间内标准温度值和标准湿度值为基准，根据平壁导热、对流换热、辐射换热理论计算；其中，标准温度值和标准湿度值分别为温度和湿度上限值与下限值的中间值。
一种智能纺纱车间温湿控制方法，其特征在于，采用以上所述温湿控制系统，所述温湿控制方法包括以下步骤：
S1.以打开纺纱车间所有纺纱设备时刻为起始时间，记为0h，粗调系统通过无线网络获取当地接下来0～24h期间的天气预报信息，并从中提取t1，t2，…，t24时刻的环境温度和湿度数据，记为T1，T2，…，T24和M1，M2，…，M24；
S2.粗调系统调用数据库中与t1时刻温湿度T1和M1对应的温度和湿度条件下理论温湿度控制参数，并将此作为预设的温湿度控制参数，向空调系统发送粗调指示信号；
S3.空调系统按粗调指示信号，调整进风量、排风量和喷雾量以及进风温度和喷雾温度；
S4.此时微调系统接收纺纱车间内温湿度传感器监测数据，若在t1时间内，车间内温湿度保持在上限值和下限值范围内，则微调系统不发送指示信号；若在t1时间内，车间内温湿度保持在上限值和下限值范围外，则微调系统向空调系统发送微调指示信号；
S5.重复步骤S2～S4，通过粗调系统和微调系统依次对t2，t3，…，t24时刻空调系统发送指示信号；
S6.当到达t24时，粗调系统获取下一轮0～24h期间的天气预报信息，并重复步骤S1～S5，以此达到对纺纱车间温湿度的连续智能调控。
进一步的，在步骤S4中，微调系统的调节方法具体为：微调系统在接收到温湿度传感器监测数据后，首先判断温湿度是否在限定范围内，若在，则不用发送新的指示信号；若不在，分为两种情况，第一种为温湿度高于上限值，此时通过温湿度与上限值之差，计算所需冷风温度和风量，第二种为温湿度低于下限值，此时通过温湿度与下限值之差，计算所需热风温度和风量。
有益效果
与现有技术相比，本发明提供的一种纺纱车间温湿度智能控制系统具有如下有益效果：
(1)本发明采用粗调与微调相结合的智能调控方式，首先根据平壁导热、对流换热、辐射换热理论向空调系统发送粗调指示信号，并通过实时接收车间内温湿度传感器监测数据，进一步发送微调指示信号，实现纺纱车间内温湿度的智能控制，具有控制精度高、能耗低的优点，降低了耗能成本和人力成本。
(2)本发明通过将空调系统与除尘系统通过通风管道相连，对纺纱车间空气形成循环利用，有助于维持车间内温湿度，减少能耗。
(3)本发明粗调系统的理论温湿控制参数计算依据科学合理，根据粗调系统发送的指示信号，基本能将车间内温湿度维持在上限值和下限值范围内，当出现温湿度异常情况时，再通过微调系统进一步调节，实现对纺纱车间温湿度的精准控制。
附图说明
图1为本发明提供的纺纱车间温湿度智能控制系统组成结构图；
图2为本发明提供的纺纱车间温湿度智能控制系统控制方法流程图；
图3为冬季车间内向车间外传递热的过程。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
实施例1
一种纺纱车间温湿度智能控制系统，如图1所示，包括安装在纺纱车间内的温湿度传感器、安装在空调室的空调系统和中央控制系统，空调系统与除尘系统通过通风管道相连，对纺纱车间空气形成循环利用；所述中央控制系统包括粗调系统和微调系统，粗调系统通过实时获取环境温度和湿度数据，提前预设温湿度控制参数，并向空调系统发送粗调指示信号，微调系统实时接收温湿度传感器监测数据，根据温湿度实时监测数据，向空调系统实时发送微调指示信号；所述空调系统依据粗调指示信号和微调指示信号对纺纱车间内温度和湿度进行调节。
进一步的，所述空调系统包括温度调节系统和湿度调节系统。其中，温度调节系统包括送风机、排风机，送风机能够对通入的风制冷或制热；湿度调节系统包含喷雾风机、水泵、水池和冷热源；排风机通过通风管道与除尘系统排尘口相通，排风机将纺纱车间内带有废弃纤维和粉尘的空气抽出，经除尘系统除尘后送入空调室，送风机通过通风管道与车间顶部进风口相通，将排风机抽出的风循环通入进风口，喷雾风机通过通风管道与车间顶部喷雾口相通。所述送风机的送风量、排风机的排风量和喷雾风机的喷雾量均通过变频调节器调节，当车间内温度过高时，送风机向车间内通入冷风，并通过送风和排风加速对流换热，当车间内温度过低时，送风机向车间内通入热风，并降低对流换热速率；湿度调节系统中，水泵通过排水管道与水池相连，水泵将水池中的水抽出经冷热源制冷或加热后，送入喷雾风机，喷雾风机从顶部喷雾口喷雾维持纺纱车间湿度，所述冷热源为溴化锂吸收式冷热水机组。
进一步的，所述送风机还能将室外空气通入进风口，每次送风量中室外空气量占1～30％,因为仅依赖于室内空气循环，可能导致风量不足。以室内循环空气为主，空气从排风口到进风口过程中热量会少量损失或增加，可减小始终利用室外空气带来的高能耗。
进一步的，所述中央控制系统包含一个数据库，数据库中存储有纺纱车间内温湿度上限值和下限值以及环境温度范围在-5～40℃的，湿度范围在0～99％的情况下，理论温湿度控制参数。
进一步的，所述数据库中理论温湿度控制参数以维持纺纱车间内标准温度值和标准湿度值为基准，根据平壁导热、对流换热、辐射换热理论计算；其中，标准温度值和标准湿度值分别为温度和湿度上限值与下限值的中间值。
以纯棉纺织车间为例，则温度上限值和先限制分别为31℃和20℃,湿度上限值和下限值分别为65％和55％，则标准温度值为26℃，标准湿度值为60％。
中央控制系统的粗调系统理论温湿控制参数计算原理如下：
(1)理论温度控制参数计算原理：
在纺纱车间里，热量通过墙壁、门、窗等围护结构的传热属于平壁传热，如图3所示，为冬季车间内向车间外传递热的过程。整个过程可看成三个阶段：车间内热量由室内空气以对流换热和物体间的辐射换热方式传给墙壁内表面；有墙壁内表面以固体导热方式把热传递到墙壁外表面；由墙壁外表面以空气对流换热和物体间的辐射换热方式把热传给室外环境。显然，传递的动力是室内外温度差，整个传热过程实际上是由导热、对流、辐射三种基本方式组合而成。
由于纺纱车间内所有纺纱设备稳定运转时，设备单位时间内产生的热量基本固定，设为Q1，假设整个纺纱车间为隔热系统，无热量传递，则车间内温度会随着纺纱设备运行时间增加而不断升高。而在实际操作中，车间内与车间外存在导热、对流和辐射传热，当室外温度高于室内温度时，热量从室外向室内传递，当室内温度高于室外温度时，热量从室内向室外传递，如果不通过温度调节系统进行调节，仅依靠自然传热，往往导致车间内温度偏离上限值或下限值，因此需根据标准温度值，计算理论温度控制参数。
本发明粗调系统以每一个小时为一个调控时间段，即假设一个小时内室外环境温度为一个恒定值To，则根据热量与温度关系式(1)可计算室内温度温度TI，当TI＞To时，需向车间内通冷风，当TI＜To时，需向车间内通热风，根据公式(2)-(5)计算理论温度控制参数，即理论通风量和通风温度：
Q1＝Cv·M(TI-TI0) (1)
Figure BDA0002110709460000081
q2＝α(Tw-Tf) (3)
Figure BDA0002110709460000082
Q＝(q1+q2+q3)F (5)
其中，Cv为空气定容比热容J/(kg·K)；M为纺纱车间内空气质量，kg；TI0为纺纱设备运转前车间内起始温度，K；q1为平壁单位面积导热量，W；q2为单位面积对流换热量，W；q3为单位面积辐射换热量，W；λ为导热系数，W/(m·K)，δ为壁厚，m；ΔT为两侧壁表面温差，K；α为换热系数，W/(m2·K)；Tw壁表面温度，K；Tf为流体温度，K；C1,2为内外壁表面的相当辐射系数，一般在0～5.67之间；F为纺纱车间顶部和侧壁面积总和，Q为纺纱车间单位时间传热量总和。
根据Q与Q1之差，计算维持纺纱车间内标准温度值时的理论温度控制参数，即理论通风量及通风温度。当Q＞Q1时，说明单位时间传热量高于产热量，此时应通热风，根据差值可计算应通入热风的温度和风量；当Q＜Q1时，说明单位时间传热量低于产热量，此时应通冷风，根据差值可计算应通入冷风的温度和风量。
(2)理论湿度控制参数计算原理：
在纺纱车间里，有些纺织机械上有大面积的高温液体表面，这些液体表面将向车间蒸发大量的水蒸气；职工在车间里工作时也会通过呼吸、出汗等散发水蒸气，这些进入车间空气中的水蒸气就形成了车间湿负荷。人体湿负荷Wτ通过式(6)计算，敞开水面水槽的湿负荷Ws通过式(7)计算：
Wτ＝φng (6)
Ws＝1000FgS (7)
其中，Ф为群集系数，以成年男子为基础考虑各类人员组成比例的系数，纺织厂取0.9；n为计算时刻纺纱车间内的总职工人数；g为每名成年男子的散热量，g/h；F为水面面积，m2；gs为水面单位蒸发量，kg/(m2·h)。
根据纺纱车间内湿负荷，结合室外环境湿度Wo，计算维持纺纱车间内标准湿度值，所需理论喷雾量和喷雾温度。
根据粗调系统发送的指示信号，基本能将车间内温湿度维持在上限值和下限值范围内，当出现温湿度异常情况时，再通过微调系统进一步调节，实现对纺纱车间温湿度的精准控制。微调系统的调节方法为：微调系统在接收到温湿度传感器监测数据后，首先判断温湿度是否在限定范围内，若在，则不用发送新的指示信号；若不在，分为两种情况，第一种为温湿度高于上限值，此时通过温湿度与上限值之差，计算所需冷风温度和风量，第二种为温湿度低于下限值，此时通过温湿度与下限值之差，计算所需热风温度和风量。
实施例2
一种智能纺纱车间温湿控制方法，如图2所示，采用实施例1所述温湿控制系统，所述温湿控制方法包括以下步骤：
S1.以打开纺纱车间所有纺纱设备时刻为起始时间，记为0h，粗调系统通过无线网络获取当地接下来0～24h期间的天气预报信息，并从中提取t1，t2，…，t24时刻的环境温度和湿度数据，记为T1，T2，…，T24和M1，M2，…，M24；
S2.粗调系统调用数据库中与t1时刻温湿度T1和M1对应的温度和湿度条件下理论温湿度控制参数，并将此作为预设的温湿度控制参数，向空调系统发送粗调指示信号；
S3.空调系统按粗调指示信号，调整进风量、排风量和喷雾量以及进风温度和喷雾温度；
S4.此时微调系统接收纺纱车间内温湿度传感器监测数据，若在t1时间内，车间内温湿度保持在20～31℃和55％～65％范围内，则微调系统不发送指示信号；若在t1时间内，车间内温湿度保持在上限值和下限值范围外，则微调系统向空调系统发送微调指示信号；
S5.重复步骤S2～S4，通过粗调系统和微调系统依次对t2，t3，…，t24时刻空调系统发送指示信号；
S6.当到达t24时，粗调系统获取下一轮0～24h期间的天气预报信息，并重复步骤S1～S5，以此达到对纺纱车间温湿度的连续智能调控。
进一步的，在步骤S4中，微调系统的调节方法具体为：微调系统在接收到温湿度传感器监测数据后，首先判断温湿度是否在限定范围内，若在，则不用发送新的指示信号；若不在，分为两种情况，第一种为温湿度高于上限值，此时通过温湿度与上限值之差，计算所需冷风温度和风量，第二种为温湿度低于下限值，此时通过温湿度与下限值之差，计算所需热风温度和风量。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种纺纱车间温湿度智能控制系统，其特征在于，所述温湿度智能控制系统包括安装在纺纱车间内的温湿度传感器、安装在空调室的空调系统和中央控制系统，空调系统与除尘系统通过通风管道相连，对纺纱车间空气形成循环利用；所述中央控制系统包括粗调系统和微调系统，粗调系统通过实时获取环境温度和湿度数据，提前预设温湿度控制参数，并向空调系统发送粗调指示信号，微调系统实时接收温湿度传感器监测数据，根据温湿度实时监测数据，向空调系统实时发送微调指示信号；所述空调系统依据粗调指示信号和微调指示信号对纺纱车间内温度和湿度进行调节；
所述粗调系统和微调系统的控制方法包括以下步骤：
S1.以打开纺纱车间所有纺纱设备时刻为起始时间，记为0h，粗调系统通过无线网络获取当地接下来0～24h期间的天气预报信息，并从中提取t1，t2，…，t24时刻的外部环境温度和湿度数据，记为T1，T2，…，T24和M1，M2，…，M24；
S2.粗调系统调用数据库中与t1时刻温湿度T1和M1对应的温度和湿度条件下理论温湿度控制参数，并将此作为预设的温湿度控制参数，向空调系统发送粗调指示信号；
S3.空调系统按粗调指示信号，调整进风量、排风量和喷雾量以及进风温度和喷雾温度；
S4.此时微调系统接收纺纱车间内温湿度传感器监测数据，若在t1时间内，车间内温湿度保持在上限值和下限值范围内，则微调系统不发送指示信号；若在t1时间内，车间内温湿度保持在上限值和下限值范围外，则微调系统向空调系统发送微调指示信号；
S5.重复步骤S2～S4，通过粗调系统和微调系统依次对t2，t3，…，t24时刻空调系统发送指示信号；
S6.当到达t24时，粗调系统获取下一轮0～24h期间的天气预报信息，并重复步骤S1～S5，以此达到对纺纱车间温湿度的连续智能调控。
2.根据权利要求1所述的一种纺纱车间温湿度智能控制系统，其特征在于，所述空调系统包括温度调节系统和湿度调节系统。
3.根据权利要求2所述的一种纺纱车间温湿度智能控制系统，其特征在于，所述温度调节系统包括送风机和排风机，送风机能够对通入的风制冷或制热；湿度调节系统包含喷雾风机、水泵、水池和冷热源。
4.根据权利要求3所述的一种纺纱车间温湿度智能控制系统，其特征在于，所述排风机通过通风管道与除尘系统排尘口相通，排风机将纺纱车间内带有废弃纤维和粉尘的空气抽出，经除尘系统除尘后送入空调室，送风机通过通风管道与车间顶部进风口相通，将排风机抽出的风循环通入进风口；水泵通过排水管道与水池相连，水泵将水池中的水抽出经冷热源制冷或加热后，送入喷雾风机，喷雾风机通过通风管道与车间顶部喷雾口相通。
5.根据权利要求4所述的一种纺纱车间温湿度智能控制系统，其特征在于，所述送风机还能将室外空气通入进风口，每次送风量中室外空气量占1～30％。
6.根据权利要求4所述的一种纺纱车间温湿度智能控制系统，其特征在于，所述送风机的送风量、排风机的排风量和喷雾风机的喷雾量均通过变频调节器调节。
7.根据权利要求1所述的一种纺纱车间温湿度智能控制系统，其特征在于，所述中央控制系统包含一个数据库，数据库中存储有纺纱车间内温湿度上限值和下限值以及环境温度范围在-5～40℃的，湿度范围在0～99％的情况下，理论温湿度控制参数。
8.根据权利要求7所述的一种纺纱车间温湿度智能控制系统，其特征在于，所述数据库中理论温湿度控制参数以维持纺纱车间内标准温度值和标准湿度值为基准，根据平壁导热、对流换热、辐射换热理论计算；其中，标准温度值和标准湿度值分别为温度和湿度上限值与下限值的中间值。
9.根据权利要求1所述的一种纺纱车间温湿度智能控制系统，其特征在于，在步骤S4中，微调系统的调节方法具体为：微调系统在接收到温湿度传感器监测数据后，首先判断温湿度是否在限定范围内，若在，则不用发送新的指示信号；若不在，分为两种情况，第一种为温湿度高于上限值，此时通过温湿度与上限值之差，计算所需冷风温度和风量，第二种为温湿度低于下限值，此时通过温湿度与下限值之差，计算所需热风温度和风量。
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