通信系統、銀行等聯網系統在國民經濟發展中起著至關重要的作用，其工作穩定性要求極高，一旦發生故障，經濟損失巨大。此類系統核心機房中有大量的電子設備，室溫過高或濕度過小都會導致系統發生電路故障。由于長時間工作，空調系統能耗很大，很多現有系統不能符合國家對節能和環保的要求。另外現有的溫濕度控制系統采用的溫濕度變送器多數為模擬量傳送，傳送距離近，容易受到過程干擾，控制精度低。為此我們研制了基于PLC控制的節能型恒溫恒濕空調系統。
1 系統組成
本系統以歐姆龍CP1H型PLC為核心，以觸摸屏為人機界面。溫度和濕度經過傳感器轉換后，由單片機處理成數字信號，再經RS485總線傳送給PLC，在PLC中將數據處理后，應用PID控制方式進行控制。通過控制壓縮機、加濕閥、風機及風閥達到恒溫恒濕的目的。其結構框圖如圖1所示。
圖1 節能恒溫恒濕空調系統結構圖
2、溫濕度傳感器設計
2.1濕度采集
濕敏傳感器是將濕度和電容相關聯。在某一短時間內，時間t=1/RC；同時t=1/f，所以可知，頻率和電容成正比【1】。圖2所示為濕敏傳感器的電容――濕度變化曲線。
圖2 濕敏傳感器的電容――濕度變化曲線
取線性比較平穩的中間段，得出一條簡單的濕度和電容之間的變化公式：
%RH=2.254*Hz-263.7
在下位機處理過程中，由AT89C2051的計數器自動完成。原理圖中采用兩個555定時器來產生脈沖，其中一路產生固定頻率，另一路是受濕度傳感器影響而產生的變化頻率，設定單片機定時器為計數方式，T0，T1分別對這兩路脈沖進行采集，兩個計數器的差值T0減T1即為采集的濕度變化量。
雙時基電路的設計可以消除由于溫度或電源波動形成的干擾。
2.2 溫度采集
溫度采集用DS18b20傳感器，該傳感器將溫度信號直接轉變為數字信號，精度等級為0.0625度，該傳感器是單總線形式，信息經過單線接口送入DS1820或從DS1820中送出，因此從CPU到DS1820僅需連接一條線。 圖3所示為溫濕度采集電路的原理圖。
圖3 溫濕采集控制系統
2.3 串行通信【2，3】
下位機與上位PLC之間的通信是由485總線來完成的，在該電路中，使用了一種RS-485接口芯片SN75LBC184，它采用單一電源Vcc接口，電壓在+3～+5.5 V范圍內都能正常工作。與普通的RS-485芯片相比，它不但能抗雷電的沖擊而且能承受高達8 kV的靜電放電沖擊，片內集成4個瞬時過壓保護管，可承受高達400 V的瞬態脈沖電壓。因此，它能顯著提高防止雷電損壞器件的可靠性。對一些環境比較惡劣的現場，可直接與傳輸線相接而不需要任何外加保護元件。該芯片還有一個獨特的設計，當輸入端開路時，其輸出為高電平，這樣可保證接收器輸入端電纜有開路故障時，不影響系統的正常工作。另外，它的輸入阻抗為RS485標準輸入阻抗的2倍（≥24 kΩ），故可以在總線上連接64個收發器。
在RS-485總線構筑的半雙工通信系統中，在整個網絡任一時刻只能有一個節點處于發送狀態并向總線發送數據，其他所有節點都必須處于接收狀態。如果有2個節點或2個以上節點同時向總線發送數據，將會導致所有發送方的數據發送失敗。因此，在系統各個節點的硬件設計中，應首先力求避免因異常情況而引起本節點向總線發送數據而導致總線數據沖突。以MCS51系列的單片機為例，因其在系統復位時，I/O口都輸出高電平，如果把I/O口直接與RS-485接口芯片的驅動器使能端DE相連，會在CPU復位期間使DE為高電平，從而使本節點處于發送狀態。如果此時總線上有其他節點正在發送數據，則此次數據傳輸將被打斷而告失敗，甚至引起整個總線因某一節點的故障而通信阻塞，繼而影響整個系統的正常運行。考慮到通信的穩定性和可靠性，在每個節點的設計中應將控制RS485總線接口芯片的發送引腳設計成DE端的反邏輯，即控制引腳為邏輯“1”時，DE端為“0”；控制引腳為邏輯“0”時，DE端為“1”。將CPU的引腳接到驅動DE端，這樣就可以使控制引腳為高電平或者異常復位時使SN75LBC184始終處于接收狀態，從而從硬件上有效避免節點因異常情況而對整個系統造成的影響。
3、恒溫恒濕控制電路
恒溫恒濕系統的控制電路如圖4所示，分為控制機箱內部電路和壓縮機箱控制電路兩部分【4】，由PLC控制繼電器KAn來控制各風閥及兩個壓縮機的啟動和停止。本系統采用了雙壓縮機工作制，當使用環境發熱量較小時只啟動一臺壓縮機，當不能滿足降溫需求時，雙壓縮機共同工作。
圖4 恒溫恒濕系統的控制電路
4、恒溫恒濕控制流程
PLC的控制主流程如圖5所示，控制狀態有五種，一種是監視狀態，在這種狀態下，系統只讀取環境的溫度和濕度，不做任何控制動作。第二種是手動控制狀態，當用戶需要強制壓縮機工作或者強制加濕時可以使用這種方式，可以通過觸摸屏直接起動壓縮機1，壓縮機2及加水閥。第三種是加濕自動控制，當起動這種控制方式時，系統會根據設定的濕度上限和濕度下限與實時測得的環境濕度進行比較，按圖6所示的控制流程進行工作。第四種是降溫自動控制，當起動這種控制方式時，系統會根據設定的溫度上限和溫度下限與實時測得的環境溫度進行比較，同時監測室外溫度是否小于14℃，按圖6所示的控制流程進行工作。第五種工作方式是循環工作方式，是第三種和第四種工作方式的組合，先判斷溫度進行調節后再判斷濕度進行調節。
5、結論
本系統采用PLC控制以及數字化溫度和濕度的數據傳送，保證了溫濕控制系統的高控制性能和穩定性，由于采用了室外溫度降溫方式，在中國北方地區有明顯的節能效果，在白山市網通公司、四平網通公司及公主嶺網通公司安裝了五臺，運行穩定，效果好，與同功率只用壓縮機調節的系統相比年平均減少能耗30%左右。
文章來源：佳力圖機房精密空調http://www.ejwym.cn/jingmikongtiao/canatal.html
注：文章內容和圖片均來源于網絡，只起到信息的傳遞，不是用于商業，如有侵權請聯系刪除！
