CN111006447A - 一种面向制药设备的恒温恒湿供风装置控制系统 - Google Patents

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CN111006447A CN201911266735.8A CN201911266735A CN111006447A CN 111006447 A CN111006447 A CN 111006447A CN 201911266735 A CN201911266735 A CN 201911266735A CN 111006447 A CN111006447 A CN 111006447A
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Abstract

本发明提供一种能够提高温度、湿度控制精度，改善系统对出口风温度、湿度控制的跟踪性能的面向制药设备的恒温恒湿供风装置控制系统,所述控制系统包括控制单元，大功率后加热器，小功率后加热器，进风温湿度传感器(2)，压差传感器(3)，前表冷温湿度传感器(6)，后表冷温度传感器(9)，出风露点与温湿度传感器(13)。本发明将出口风温度控制回路的控制量通过分程控制算法作用于大功率后加热器和小功率后加热器，提高出口风的温度控制精度和加快温度控制的响应时间；将现有的湿度开环控制改为闭环控制，结合再生加热器对湿度的控制作用，共同提高湿度的控制精度，改善系统对出口风湿度控制的跟踪性能。

Description

一种面向制药设备的恒温恒湿供风装置控制系统
技术领域
本发明属于制药设备领域，具体涉及制药设备中的恒温恒湿供风装置控制系统。
背景技术
流化床是广泛使用的制药设备之一,也是药物连续制造和智能制造生产线的重要组成设备之一。一般用于干燥、造粒和制丸等。流化床的制药质量除了与配方有关外，还与很多因素有关，其中温湿度是其重要影响因素之一。物料温度偏高，溶剂蒸发快，降低了粘合剂对粉末的润湿和渗透能力，所得颗粒粒径小、脆性大、松密度和流动性小，甚至有些粘合剂雾滴在接触粉料前就己挥发，造成颗粒中细粉较多，且影响药效的均匀性；温度偏低，则湿颗粒不能及时干燥，相互聚结成大的团块，造成塌床。湿度大，则湿颗粒不能及时干燥，易粘结粉料；供风湿度过小，则影响粉末粘合，从而导致颗粒粒径小。
流化床一般有两种供风方式，其一是采用自然风供给，直接抽取环境空气对流化床进行供风，优点是设备简单，成本低。但由于自然风的温湿度是不确定的，依靠对自然风进行加热来控制物料的温度，不仅容易受到自然风温度、湿度等自然因素的影响，而且还受流化风速变化以及抖袋、鼓槽等工艺变化对温度的影响，一般很难实现对物料温度的精确控制。流化床的第二种供风方式是采用恒温恒湿供风装置对自然风进行预处理，根据制药流化床的温湿度控制目标对流化床入口风的温湿度进行控制，通过调节流化床入口风温湿度来精确控制流化床物料的温度或温湿度。实现流化床入口风温湿度控制的装置称之为恒温恒湿供风装置，该装置作为流化床的前级设备，即流化床入口风是该装置的出口风，该装置的入口风则为自然风。
恒温恒湿供风装置需要同时控制其出口风的温度和湿度。
恒温恒湿供风装置一般采用转轮除湿机与加湿器的组合对其出口风湿度进行控制，其中转轮除湿机的除湿效果与其再生加热器的功率成正比。当其出口风湿度高于设定湿度时，需增大再生加热器功率，以除去其中的多余水分；当出口风湿度低于设定湿度时，需增大加湿器功率，以补足需要的水分。现有的加湿器多采用开环控制，仅依赖于再生加热器的单回路PID控制来消除湿度控制偏差。由于加湿器的实际输出并不稳定，单回路PID控制的作用过强，则会使出口风湿度的控制存在较大波动；如果减弱PID控制的作用，则较难跟踪湿度目标值的变化。
恒温恒湿供风装置一般采用后表冷器与加热器的组合对出口风的温度进行控制，后表冷器对出口风进行降温。现有装置一般使用一个加热器对出口风进行升温。配置单个加热器很难实现出口风的快速控制和精确控制。如果配置的加热器功率偏大，可以实现对温度的快速控制，但较小的控制量会引起较大的加热功率变化，则容易引起温度波动，从而较难实现对温度的精确控制。如果配置的加热器功率偏小，可以实现对温度的精确控制，但需较大的控制量变化才会引起加热功率变化，则温度跟踪迟缓，从而较难实现对温度的快速控制。
发明内容
本发明旨在解决恒温恒湿供风装置出口风湿度跟踪迟缓或长时间无法跟踪、且湿度控制过程存在较大波动等问题；出口风温度控制响应时间长和控制精度低的问题。
本发明提供一种能够提高湿度控制精度，改善系统对出口风湿度控制的跟踪性能的面向制药设备的恒温恒湿供风装置控制系统,
所述控制系统包括控制单元，大功率后加热器，小功率后加热器，进风温湿度传感器(2)，压差传感器(3)，前表冷温湿度传感器(6)，后表冷温度传感器(9)，出风露点与温湿度传感器(13)；
进风温湿度传感器(2)安装在进风口(1)处，用于对环境风的温湿度进行检测并将检测数据发送至控制单元；
压差传感器(3)的两个探头分别安装在过滤器(4)的两侧，用于检测过滤器两侧的差压并将检测数据发送至控制单元；
前表冷温湿度传感器(6)安装在前表冷器(5)之后，用于对经过第一次冷却除湿后的风进行温湿度检测并将检测数据发送至控制单元；
后表冷温度传感器(9)安装在后表冷器(8)之后，用于对降温后的风进行温度检测并将检测数据发送至控制单元；
出风露点与温湿度传感器(13)安装在出风口(14)处，用于对出口风温湿度进行检测并将检测数据发送至控制单元；
控制单元采用前馈补偿控制和反馈控制，将入口风的湿度与湿度设定值的差值作为湿度PID控制回路的前馈补偿量；
控制单元采用PID控制算法控制再生加热器和加湿器，同时将入口风和出口风相对湿度的偏差作为前馈量，叠加到加湿器PID控制回路；
当温度偏差较大时，控制单元启用大功率加热器；
当温度偏差较小时，控制单元启用大功率加热器；
进一步的，控制单元采用以下PID算法进行计算加湿器控制回路的控制量：
Figure BDA0002313057670000041
式(1)中，uhh1(k)为当前采样周期加湿器PID控制回路输出的控制量，可取值范围为0～100％，KhhP为加湿器PID控制回路的比例系数，Khhi为加湿器PID控制回路的积分系数，Khhd为加湿器PID控制回路的微分系数，KhhP、Khhi和Khhd取值范围均为0-9999，eh(k)为当前采样周期出口风相对湿度偏差，eh(k-1)为上一个采样周期出口风相对湿度偏差，eh(i)为第i个采样周期出口风相对湿度偏差；
控制单元按下式计算加湿器前馈控制控制量：
uhh2(k)＝KF·eSPH(k)，
式中，uhh2(k)为当前采样周期加湿器的前馈控制量，eSPH(k)为出口风相对湿度与入口风相对湿度的差值；
控制单元按下式计算加湿器的总控制量：
uhh(k)＝uhh1(k)+uhh2(k)，
式中，uhh(k)为当前采样周期加湿器的总控制量，取值范围为0～100％，uhh1(k)为当前采样周期加湿器PID控制回路的控制量，uhh2(k)为当前采样周期加湿器前馈控制量。
进一步的，KhhP整定值为2.0,Khhi整定值为0.3，Khhd整定值为0.1。
进一步的，控制单元采用以下PID算法计算再生加热器的控制量：
Figure BDA0002313057670000042
式中，uht(k)为当前采样周期再生加热器PID控制回路输出的控制量，取值范围为0～100％，KhtP为再生加热器PID控制回路的比例系数，Khti为再生加热器PID控制回路的积分系数，Khtd为再生加热器PID控制回路的微分系数，KhtP、Khti和Khtd取值范围均为0～9999，eh(k)为当前采样周期出口风相对湿度偏差，eh(k-1)为上一个采样周期出口风相对湿度偏差，eh(i)为第i个采样周期出口风相对湿度偏差。
进一步的，KhtP整定值为0.8，Khti整定值为0.5，Khtd整定值为0.1。
进一步的，控制单元采用以下PID算法计算后表冷器的控制量：
Figure BDA0002313057670000051
式中，utc(k)为当前采样周期后表冷器PID控制回路输出的控制量，取值范围为0～100％，Ktcp为后表冷器PID控制回路的比例系数，Ktci为后表冷器PID控制回路的分系数，Ktcd后为表冷器PID控制回路的微分系数，Ktcp、Ktci和Ktcd取值范围为0～9999；
ec(k)为当前采样周期出口风温度的偏差值et(k)减去一个约束项tC，
ec(k)＝et(k)-tc，tC的初始取值为10；
ec(k-1)为上一个采样周期出口风温度的偏差，ec(i)为第i个采样周期出口风相温度的偏差。
进一步的，Ktcp整定值为3.2，Ktci整定值为0.3，Ktcd整定值为0.05。
进一步的，控制单元采用以下PID算法计算后加热器PID控制回路的控制量：
Figure BDA0002313057670000052
式中，utt(k)为当前采样周期后加热器PID控制回路输出的控制量，可取值范围为0～100％，Kttp为后加热器PID控制回路的比例系数，Ktti为后加热器PID控制回路的积分系数，Kttd为后加热器PID控制回路的微分系数，Kttp、Ktti和Kttd取值范围为0～9999，et(k)为当前采样周期出口风温度的偏差，et(k-1)为上一个采样周期出口风温度的偏差，et(i)为第i个采样周期出口风相温度的偏差；
控制单元按下式计算大功率后加热器的控制量：
C1＝100·[utt(k)-δ]/(100-δ)，
控制单元按下式计算小功率后加热器的控制量：
C2＝100·[δ-utt(k)]/δ，
C1和C2的取值范围均为0-100％，δ为分程界，数值由用户设定。
进一步的，Kttp整定值为0.8，Ktti整定值为0.4，Kttd整定值为0.1。
本发明的有益效果是：
本发明协同采用前馈补偿控制和反馈控制，将入口风的湿度与湿度设定值的差值作为湿度PID控制回路的前馈补偿量，部分补偿自然风不确定因素对湿度控制的影响，同时，将现有的湿度开环控制改为闭环控制，结合再生加热器对湿度的控制作用，共同提高湿度的控制精度，改善系统对出口风湿度控制的跟踪性能。将单一的后加热器改为两个后加热器，其中一个为大功率后加热器，另一个为小功率后加热器，结合控制算法和软件，实现对出口风温度的精确控制和快速控制。当温度偏差较大时，则启用大功率加热器，从而实现对温度的快速跟踪控制；当温度偏差较小时，则通过小功率加热器实现对温度的精确控制。
附图说明
图1恒温恒湿供风装置结构示意图
图2恒温恒湿供风装置传感器布局图
图3出口风湿度控制方框图
图4出口风温度方框图
图5后加热器分程控制特性图
图6控制系统程序流程图
附图标记
1——进风口，2——进风温湿度传感器，3——压差传感器，4——过滤器，5——前表冷器，6——前表冷温湿度传感器，7——转轮除湿机，7-1——转轮除湿机入风口，7-2——再生加热器入风口，7-3——再生加热器，7-4——除湿转轮，7-5——转轮除湿机出风口，7-6——再生加热风机，7-7——再生加热器出风口，8——后表冷器，9——后表冷温度传感器，10——后加热器，10-1——小功率后加热器、10-2——大功率后加热器、11——加湿器，12——送风风机，13——出风露点与温湿度传感器，14——出风口，A——自然风在恒温恒湿供风装置中的流向，B——自然风在转轮除湿机再生加热器中的流向。
TT01、HT01——一体化进风温湿度传感器，PT01——压差传感器，TT02，HT02——前表冷温湿度传感器，TT03——后表冷温度传感器，TT04，HT04——一体化出风露点与温湿度传感器。
SPH——出口风湿度设定值，PVH——出口风湿度测量值，KF——前馈系数，PID——比例积分微分控制算法，D/A——数字量/模拟量转换，A/D——模拟量/数字量转换，eSPH——出口风湿度与入口风相对湿度的差值，C1——大功率后加热器控制量，C2——小功率后加热器控制量
具体实施方式
在本发明实施过程中，恒温恒湿供风装置的风源(即入口风)为自然风，输出(即出口风)为恒温恒湿风，供给制药流化床等设备。恒温恒湿供风装置由转轮除湿机、箱体和管路等部件组成，其中箱体为上下两层结构。箱体的下层按照风的流向从左至右分别为进风口、进风温湿度传感器、压差传感器、过滤器、前表冷器以及前表冷温湿度传感器；箱体上层按照风的流向从右至左分别为后表冷器、后表冷温度传感器、后加热器、加湿器、送风风机、出风露点与温湿度传感器以及出风口。
转轮除湿机一般为左右两腔室结构体，自然风先经过过滤器和前表冷器处理后再进入转轮除湿机的左腔室，该腔室按照风的流向从下至上分别为风入口、除湿转轮处理区和风出口。自然风经过再生加热器处理后进入转轮除湿机的右腔室，该腔室按照风的流向从下至上分别为风入口、再生加热器、除湿转轮再生区、再生加热风机以及风出口。
图1为本发明的一个实施例，带箭头的虚线表示风的流向，共涉及两路自然风的流向，标记A表示自然风在箱体和除湿转轮中的流向，标记B表示自然风在转轮除湿机中的流向。
自然风在恒温恒湿供风装置中完成温度和湿度控制，依据自然风在箱体和除湿转轮中的流向，其处理过程涉及到的部件和传感器依次为：进风口1、进风温湿度传感器2、压差传感器3、过滤器4、前表冷器5、前表冷温湿度传感器6、转轮除湿机入风口7-1、除湿转轮7-4、转轮除湿机出风口7-5、后表冷器8、后表冷温度传感器9、后加热器10(小功率后加热器10-1，大功率后加热器10-2)、加湿器11、送风风机12、出风露点与温湿度传感器13、出风口14。
自然风的水分，在恒温恒湿供风装置中的处理过程中由除湿转轮带走，除湿转轮中的水分通过再生加热器产生的热空气带走，并循环往复的运行，直至其出口风中的水分达到要求。依据自然风在转轮除湿机中的流向，其处理过程涉及到的部件依次为：再生加热器入风口7-2、再生加热器7-3、除湿转轮7-4、再生加热风机7-6、再生加热器出风口7-7。
下面通过一个实施例对传感器的安装布局进行说明。
与图1所示的恒温恒湿供风装置相对应的传感器的安装布局如图2所示。恒温恒湿供风装置共配置5个传感器。其中，TT01和HT01为一体化进风温湿度传感器，PT01为压差传感器、TT02与HT02为前表冷温湿度传感器，TT03为后表冷温度传感器，TT04和HT04为一体化出风露点与温湿度传感器。
根据图1的标识，进风温湿度传感器2安装在进风口1处，对环境风的温湿度进行检测；压差传感器3的两个探头分别安装在过滤器4的两侧，即过滤器进风侧与出风侧，检测过滤器两侧的差压，输入到控制系统进行越限报警处理。前表冷温湿度传感器6安装在前表冷器5之后，对经过第一次冷却除湿后的风进行温湿度检测；后表冷温度传感器9安装在后表冷器8之后，对降温后的风进行温度检测；出风露点与温湿度传感器13安装在出风口14处，对出口风温湿度进行检测。
下面通过一个实施例对出口风的温湿度控制方法进行说明
由于恒温恒湿供风装置的出口风一般作为制药流化床等设备的入口风，因此需要对其温度和湿度进行控制，使其达到工艺要求。
A出口风湿度控制：
为了使出口风的湿度达到某一设定值，首先通过转轮除湿机除去自然风中的水分，即通过调节再生加热器的功率来调节除湿转轮除去风中水分的作用强弱，再生加热器功率大，除湿转轮带走的水分就多，出口风湿度则会降低。自然风中的水分除去后，再根据出口风的相对湿度设定值，通过加湿器的加湿处理和控制，使出口风的相对湿度达到目标设定值。整个控制过程包括转轮除湿机再生加热器控制和加湿器控制两部分。再生加热器和加湿器控制均采用PID控制算法，同时将入口风和出口风相对湿度的偏差作为前馈量，叠加到加湿器PID控制回路，以快速克服入口风湿度变化对湿度控制的影响。
出口风湿度控制方框图如图3所示。
B加湿器控制：
加湿器控制回路的设定值为出口风相对湿度设定值SPH，测量值为出口风相对湿度测量值PVH，PVH与SPH的差值为eh，改变加湿器的控制量即可改变加湿器的加湿强弱。加湿器控制回路的控制量按以下PID算法进行计算：
Figure BDA0002313057670000101
式(1)中，uhh1(k)为当前采样周期加湿器PID控制回路输出的控制量，可取值范围为0～100％，KhhP、Khhi和Khhd分别为加湿器PID控制回路的比例系数，积分系数和微分系数，可取值范围均为0-9999，eh(k)为当前采样周期出口风相对湿度偏差，eh(k-1)为上一个采样周期出口风相对湿度偏差，eh(i)为第i个采样周期出口风相对湿度偏差。
Khhp、Khhi和Khhd的整定值如下：
Khhp＝2.0；
Khhi＝0.3；
Khhd＝0.1；
上述参数可以在控制系统界面上进行修改或重新整定，以适应湿度传感器、加湿器对象特性等长时间运行后引起的变化。
加湿器前馈控制控制量按下式进行计算：
uhh2(k)＝KF·eSPH(k) (2)
式(2)中，uhh2(k)为当前采样周期加湿器的前馈控制量，eSPH(k)为出口风相对湿度与入口风相对湿度的差值。
加湿器的总控制量为：
uhh(k)＝uhh1(k)+uhh2(k) (3)
式(3)中，uhh(k)为当前采样周期加湿器的总控制量，可取值范围为0～100％，uhh1(k)为当前采样周期加湿器PID控制回路的控制量，uhh2(k)为当前采样周期加湿器前馈控制量。
C再生加热器控制：
加湿器的作用是增加出口风的湿度，如果需要降低出口风的湿度，一方面需要降低或关闭加湿器的输出，另一方面则是通过再生加热器作用于除湿转轮，使其不断带走风中的水分，使出口风的湿度降低。改变再生加热器的加热功率，即可调节除湿作用的强弱。再生加热器的控制量按下列PID算法进行计算：
Figure BDA0002313057670000111
式(4)中，uht(k)为当前采样周期再生加热器PID控制回路输出的控制量，可取值范围为0～100％，KhtP、Khti和Khtd分别为再生加热器PID控制回路的比例系数，积分系数和微分系数，可取值范围均为0～9999，eh(k)为当前采样周期出口风相对湿度偏差，eh(k-1)为上一个采样周期出口风相对湿度偏差，eh(i)为第i个采样周期出口风相对湿度偏差。
Khtp、Khti和Khtd的整定值如下：
Khtp＝0.8；
Khti＝0.5；
Khtd＝0.1；
上述参数可以在控制系统界面上进行修改或重新整定，以适应湿度传感器、再生加热器对象特性等长时间运行后引起的变化。
D出口风温度控制：
后表冷器和后加热器均用于控制出口风的温度，当出口风的温度高于目标设定值时，后表冷器的制冷作用加强，后加热器的加热作用减弱或关闭；当出口风的温度低于目标设定值时，表冷器的制冷作用减弱，后加热器的加热作用加强。
E后表冷器控制：
采用出口风温度的设定值和测量值的偏差作为输入，通过PID算法控制后表冷器的作用强弱，后表冷器的控制量按下列PID算法进行计算：
Figure BDA0002313057670000121
式(5)中，utc(k)为当前采样周期后表冷器PID控制回路输出的控制量，可取值范围为0～100％，Ktcp、Ktci和Ktcd分别为表冷器PID控制回路的比例系数，积分系数和微分系数，可取值范围为0～9999。
ec(k)为当前采样周期出口风温度的偏差值et(k)减去一个约束项tC，即：
ec(k)＝et(k)-tc，tC的初始取值为10。
ec(k-1)为上一个采样周期出口风温度的偏差，ec(i)为第i个采样周期出口风相温度的偏差。
Ktcp、Ktci和Ktcd的整定值如下：
Ktcp＝3.2；
Ktci＝0.3；
Ktcd＝0.05；
上述参数可以在控制系统界面上进行修改或重新整定，以适应温度传感器、后表冷器对象特性等长时间运行后引起的变化。
F后加热器控制：
后加热器有两个，其中一个为大功率后加热器，另一个为小功率后加热器，两个加热器的控制量均来自于出口风的温度控制回路的输出，通过分程控制实现两个加热器的控制。
后加热器PID控制回路的控制量按下式计算：
Figure BDA0002313057670000131
式(6)中，utt(k)为当前采样周期后加热器PID控制回路输出的控制量，可取值范围为0～100％，Kttp、Ktti和Kttd分别为后加热器PID控制回路的比例系数，积分系数和微分系数，可取值范围为0～9999，et(k)为当前采样周期出口风温度的偏差，et(k-1)为上一个采样周期出口风温度的偏差，et(i)为第i个采样周期出口风相温度的偏差。
Kttp、Ktti和Kttd的整定值如下：
Ktcp＝0.8；
Ktci＝0.4；
Ktcd＝0.1；
上述参数可以在控制系统界面上进行修改或重新整定，以适应温度传感器、大功率后加热器、小功率后加热器对象特性等长时间运行后引起的变化。
依据图5所示的分程控制特性，分程界δ的初始值为50％，可以通过控制系统的界面进行修改，以适应大功率后加热器、小功率后加热器对象特性长时间运行后引起的变化。
大功率后加热器的控制量按下式计算：
C1＝100·[utt(k)-δ]/(100-δ) (7)
小功率后加热器的控制量按下式计算：
C2＝100·[δ-utt(k)]/δ (8)
C1和C2的可取值范围均为0-100％。
下面通过一个实施例对控制程序进行说明。
恒温恒湿供风装置控制程序由初始化程序、数据采集程序、加湿器控制程序、再生加热器控制程序、后表冷器控制程序和后加热器控制程序等模块组成，其程序流程图如图6所示。
在本发明实施过程中，控制单元可以是单片机，PLC或DCS等具有数据处理和过程控制能力的设备，通过这些设备执行上述程序模块。
初始化程序用于实现数据采集点TT01、HT01、PT01、TT02、HT02、TT03和TT04和HT04的量程上限、量程下限，报警上限、报警下限等的初始化，加湿器控制回路、再生加热器控制回路、后表冷器控制回路、后加热器控制回路等的比例系数、积分系数和微分系数等的初始化，约束项tc和分程界δ的初始化等。
数据采集程序模块用于实现TT01、HT01、PT01、TT02、HT02、TT03和TT04和HT04的测量值的采集，并将其转换为对应的工程量，存入控制系统中。
加湿器控制程序模块用于实现加湿器控制回路的设定值处理、偏差计算、PID计算和控制量的处理和D/A转换输出等功能，通过改变加湿器的作用强弱来调节出口风的湿度。
再生加热器控制程序模块用于实现再生加热器控制回路的设定值处理、偏差计算、PID计算、控制量的处理和D/A转换输出等功能，通过改变再生加热器的功率大小来改变除湿转轮带走的风中水分量，从而调节出口风的湿度。
后表冷器控制程序模块用于实现后表冷器控制回路的设定值处理、偏差计算、PID计算、控制量的处理和D/A转换输出等功能，通过改变后表冷器流过的冷却介质流量的大小来调节出口风的温度。
后加热器控制程序模块用于实现后加热器控制回路的设定值处理、偏差计算、PID计算、控制量的处理和D/A转换输出等功能，通过改变大功率加热器或小功率加热器的功率来调节出口风的温度。
逻辑控制程序用于实现设备的联锁保护、报警处理和设备启停控制等功能。
下面通过一个实施例对具体实现步骤进行说明。
第一步：按照图1将前表冷器、后表冷器、加湿器、大功率后加热器和小功率后加热器等设备安装到恒温恒湿供风装置的箱体内，连接相应的管路，并将其箱体及其管路与转轮除湿机相连，通过管路连通后表冷器与冷却介质供应设备。
第二步：按照图2将各传感器布局到恒温恒湿箱体上。
第三步：以PLC、DCS或工业微机搭建控制系统硬件，编写控制系统初始化、数据采集、加湿器控制、再生加热器控制、后表冷器控制、后加热器控制以及逻辑控制等控制程序。
第四步：设计控制系统的操作界面，提供流程图显示和趋势图显示，加湿器控制、再生加热器控制、后表冷器控制、后加热器控制的设定值和测量值显示，各PID控制参数及相关控制参数的显示和修改等功能。
第五步：调试和运行控制系统，整定加湿器控制回路的PID参数、再生加热器控制回路参数、后表冷器控制回路的PID参数及其约束项，后加热器控制回路的PID参数及其分程界δ等，直至达到稳定运行。
最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种面向制药设备的恒温恒湿供风装置控制系统,其特征在于，所述控制系统包括，控制单元，大功率后加热器，小功率后加热器，进风温湿度传感器(2)，压差传感器(3)，前表冷温湿度传感器(6)，后表冷温度传感器(9)，出风露点与温湿度传感器(13)；
进风温湿度传感器(2)安装在进风口(1)处，用于对环境风的温湿度进行检测并将检测数据发送至控制单元；
压差传感器(3)的两个探头分别安装在过滤器(4)的两侧，用于检测过滤器两侧的差压并将检测数据发送至控制单元；
前表冷温湿度传感器(6)安装在前表冷器(5)之后，用于对经过第一次冷却除湿后的风进行温湿度检测并将检测数据发送至控制单元；
后表冷温度传感器(9)安装在后表冷器(8)之后，用于对降温后的风进行温度检测并将检测数据发送至控制单元；
出风露点与温湿度传感器(13)安装在出风口(14)处，用于对出口风温湿度进行检测并将检测数据发送至控制单元；
控制单元采用前馈补偿控制和反馈控制，将入口风的湿度与湿度设定值的差值作为湿度PID控制回路的前馈补偿量；
控制单元采用PID控制算法控制再生加热器和加湿器，同时将入口风和出口风相对湿度的偏差作为前馈量，叠加到加湿器PID控制回路；
当温度偏差较大时，控制单元启用大功率加热器；
当温度偏差较小时，控制单元启用大功率加热器。
2.如权利要求1所述的一种面向制药设备的恒温恒湿供风装置控制系统,其特征在于，控制单元采用以下PID算法进行计算加湿器控制回路的控制量：
Figure RE-FDA0002386019790000021
式(1)中，uhh1(k)为当前采样周期加湿器PID控制回路输出的控制量，可取值范围为0～100％，KhhP为加湿器PID控制回路的比例系数，Khhi为加湿器PID控制回路的积分系数，Khhd为加湿器PID控制回路的微分系数，KhhP、Khhi和Khhd取值范围均为0-9999，eh(k)为当前采样周期出口风相对湿度偏差，eh(k-1)为上一个采样周期出口风相对湿度偏差，eh(i)为第i个采样周期出口风相对湿度偏差；
控制单元按下式计算加湿器前馈控制控制量：
uhh2(k)＝KF·eSPH(k)，
式中，uhh2(k)为当前采样周期加湿器的前馈控制量，eSPH(k)为出口风相对湿度与入口风相对湿度的差值；
控制单元按下式计算加湿器的总控制量：
uhh(k)＝uhh1(k)+uhh2(k)，
式中，uhh(k)为当前采样周期加湿器的总控制量，取值范围为0～100％，uhh1(k)为当前采样周期加湿器PID控制回路的控制量，uhh2(k)为当前采样周期加湿器前馈控制量。
3.如权利要求2所述的一种面向制药设备的恒温恒湿供风装置控制系统,其特征在于，KhhP整定值为2.0,Khhi整定值为0.3，Khhd整定值为0.1。
4.如权利要求1所述的一种面向制药设备的恒温恒湿供风装置控制系统,其特征在于，控制单元采用以下PID算法计算再生加热器的控制量：
Figure RE-FDA0002386019790000022
式中，uht(k)为当前采样周期再生加热器PID控制回路输出的控制量，取值范围为0～100％，KhtP为再生加热器PID控制回路的比例系数，Khti为再生加热器PID控制回路的积分系数，Khtd为再生加热器PID控制回路的微分系数，KhtP、Khti和Khtd取值范围均为0～9999，eh(k)为当前采样周期出口风相对湿度偏差，eh(k-1)为上一个采样周期出口风相对湿度偏差，eh(i)为第i个采样周期出口风相对湿度偏差。
5.如权利要求4所述的一种面向制药设备的恒温恒湿供风装置控制系统,其特征在于，KhtP整定值为0.8，Khti整定值为0.5，Khtd整定值为0.1。
6.如权利要求1所述的一种面向制药设备的恒温恒湿供风装置控制系统,其特征在于，控制单元采用以下PID算法计算后表冷器的控制量：
Figure RE-FDA0002386019790000031
式中，utc(k)为当前采样周期后表冷器PID控制回路输出的控制量，取值范围为0～100％，Ktcp为后表冷器PID控制回路的比例系数，Ktci为后表冷器PID控制回路的分系数，Ktcd为后表冷器PID控制回路的微分系数，Ktcp、Ktci和Ktcd取值范围为0～9999，
ec(k)为当前采样周期出口风温度的偏差值et(k)减去一个约束项tC，
ec(k)＝et(k)-tc，tC的初始取值为10；
ec(k-1)为上一个采样周期出口风温度的偏差，ec(i)为第i个采样周期出口风相温度的偏差。
7.如权利要求6所述的一种面向制药设备的恒温恒湿供风装置控制系统,其特征在于，Ktcp整定值为3.2，Ktci整定值为0.3，Ktcd整定值为0.05。
8.如权利要求1所述的一种面向制药设备的恒温恒湿供风装置控制系统,其特征在于，控制单元采用以下PID算法计算后加热器PID控制回路的控制量：
Figure RE-FDA0002386019790000041
式中，utt(k)为当前采样周期后加热器PID控制回路输出的控制量，可取值范围为0～100％，Kttp为后加热器PID控制回路的比例系数，Ktti为后加热器PID控制回路的积分系数，Kttd为后加热器PID控制回路的微分系数，Kttp、Ktti和Kttd取值范围为0～9999，et(k)为当前采样周期出口风温度的偏差，et(k-1)为上一个采样周期出口风温度的偏差，et(i)为第i个采样周期出口风相温度的偏差；
控制单元按下式计算大功率后加热器的控制量：
C1＝100·[utt(k)-δ]/(100-δ)，
控制单元按下式计算小功率后加热器的控制量：
C2＝100·[δ-utt(k)]/δ，
C1和C2的取值范围均为0-100％，δ为分程界，数值由用户设定。
9.如权利要求8所述的一种面向制药设备的恒温恒湿供风装置控制系统,其特征在于，Kttp整定值为0.8，Ktti整定值为0.4，Kttd整定值为0.1。
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