Design and Implementation of Control System for Ultrasonic Humidifier of Process Air
Conditioning in Cigarette Factory
杨川 YANG Chuan
（山东中烟工业有限责任公司济南卷烟厂，济南 250104）
（Ji'nan Cigarette Factory，China Tobacco Shandong Industrial Co.，Ltd.，Ji'nan 250104，China）
摘要：为进一步提高卷烟生产区域温湿度控制水平，通过设计一套基于PLC控制的超声波加湿电控系统，优化工艺空调现有加湿控制模式，提高生产区域湿度控制稳定性，尤其是满足过渡季节卷烟工厂生产工艺对湿度的控制精度的要求。
Abstract: In order to further improve the temperature and humidity control level in the cigarette production area, an ultrasonic humidification electronic control system based on PLC control is designed to optimize the existing humidification control mode of the process air conditioner, and improve the humidity control stability in the production area, especially to meet the requirement of humidity control accuracy of the production process of cigarette factory in transition season.
关键词：工艺空调；温度湿度控制；超声波加湿；PLC
Key words: process air conditioning；temperature and humidity control；ultrasonic humidification；PLC
中图分类号：TU831.8 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）29-0171-03
0 引言
由于在卷烟烟丝生产与卷制过程中湿度过低会造成烟丝燥碎等生产问题。因此，在生产环境中生产工艺对温湿度的波动较为敏感，为保证工艺质量的稳定性，在重要的卷烟生产环节温湿度控制快速响应，根据现场参数反馈，快速对湿度进行补偿。[1]
当前，在卷烟工厂使用广泛的加湿方式有气水加湿、蒸汽加湿等。蒸汽加湿为等温补偿，蒸汽在加湿过程中带来温度的上升，为消除加湿带来的高温，需要通过制冷配合，因此，该种方式带来能源的消耗较大。而汽水加湿通过压缩空气与水源的共同作用实现的。气水加湿器使用初期效果良好，但随着使用时间的增长，出现喷头雾化效果差的情况，加湿量远远低于实际需求。因此，在过渡季节需要大量使用蒸汽加湿器，造成温湿度指标的不稳定，增加了空调系统的能耗。[2]而超声波加湿原理与蒸汽加湿不同，加湿强度大，加湿均匀，加湿效率高；可实现湿度自动平衡，同时具有无水自动保护等安全保护功能，因此，超声波加湿方式有其独特的优点。
1 超声波加湿系统原理
超声波加湿器系统为等焓加湿，其采用电子超频震荡（震荡频率为1.7MHz），通过雾化片的高频谐振，将水抛离水面而产生自然飘逸的水雾，不需要加热或化学剂而产生1－5微米的水颗粒漂浮于空气中，从而达到提高空气相对湿度的作用。
2 超声波加湿机控制系统设计
超声波加湿是当前加湿方式中较为成熟的等晗加湿的方式之一。因在工艺空调送风中满足工艺需要的着水量，为工艺空调送风提高那个高度致密的、均匀的水雾，以达到最佳着水的效果。
2.1 超声波加湿机主要参数
超声波加湿机应用于工艺空调箱体内部，系统由雾化箱部分、控制箱部分、电源、通讯、供水组成。
2.1.1 雾化箱
雾化箱包括为加湿提供水源的储水池，安装于储水池底部的雾化片，以及水位监测等模块。为保证雾化加湿效果，同时保证设备安全，超声波加湿选用24V，5.5A雾化片提供震荡雾化，并通过空调内送风量带入生产区域。每片雾化片均配有检流模块一支，检测雾化片工作电流，正常工作电流约为5.5A，模块正常检测电流范围为4.8~5.8A，工作电流超出此范围模块检测异常输出，控制柜面板左侧红色指示灯亮起。如果检流模块仍检测到雾化片电流异常，控制柜面板左侧红色指示灯会再次亮起，则该雾化板出现故障需更换相应雾化片。为保证雾化效果及设备运行，在储水池内安装液位检测，当液位过低时，无法保证雾化效果时进行报警提示。
2.1.2 控制箱
为保证生产区域加湿工艺要求同时考虑加湿机安装控件，通过测算，安装42块雾化片，并对42块雾化片进行控制布局。通过测算，分成6档，每档分别需要6组、6组、6组、9组、6组、9组。可灵活开启雾化片，达到雾化效果的同时，实现能源高效利用。
2.1.3 电源模块
加湿机电源模块主要涉及动力电及控制电两部分。动力电主要涉及雾化片供电，控制电主要涉及PLC供电及控制面板供电等。雾化器功能比较简单，为了实现良好的用户界面，采用了触摸屏，并且增加了4个LED来指示。同时，为了控制雾化器的功率，使用了MOSFET来控制电源，采用PWM进行功率的控制。此外，为了保证能够可切断超声波驱动电路，增加了继电器。电路原理如图1所示。
2.2 控制系统设计
2.2.1 启停控制
加湿机电控系统主要涉及加湿量控制模块，加湿机清洁模块，加湿机安全模块。（图2）
超声波加湿机可分为本地和远程两种模式，可通过本地控制柜自由切换模式。当远程控制时，可通过本地控制柜选择，进入远程模式，此时可有远程工控机控制加湿机雾化片的运行台数，当切换到本地，远程控制失效，由本地进行控制。为保证设备安全运行，在开启之前，应先有系统检查空调风机是否开启，雾化储水池内是否有水，电源状态是否正常。若正常后，可进行开启与停止操作。若不正常，对故障报警，设备开启被锁定，需解除故障后，方可使用，并通过PLC程序将上述功能予以实现。如图3所示。
2.2.2 箱体清洁控制
为避免箱体内水质存放时间过长而变质粘稠，影响空气以及设备正常使用。在本地触摸屏中，点击“参数设置”，进入参数设置界面，可设置紫外线运行时间为每次运行时间，紫外线停止时间为两次紫外线开启时的间隔。
在日常运维中，可根据运行情况自行设置清洗时间以及紫外线运行时间及间隔时间。定期（设备停机时）检查控制箱电源组件，定期（30天）打开过滤器排污阀排污，以达到定期清理维护雾化箱的目的。
2.3 项目实现
通过改造，超声波加湿机可实现远程与本地控制两种模式，并可在远程进行启停与加适量控制操作，同时，可及时获取设备远程报警。如图4所示，通过工控机实现远程自动控制功能，提高了设备控制和维护的便利性。
参考文献：
[1]黄伟，熊伟鹏，车文学.模糊控制在风光混合储能微网系统中的应用[J].现代电力，2017，34（1）.
[2]蔡君巍，尚昆，杨川.卷烟厂空调机组气水加湿器的改进与应用[J].山东工业技术，2016.
[3]杨川.济南卷烟厂能耗数据管理与可视分析软件系统的设计与实现[D].山东大学，2014.
[4]曾娟.某项目空调冷源配置方案研究[J].价值工程，2019，38（22）：202-203.
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