1 行業(yè)介紹

環(huán)境監(jiān)測(cè)是通過(guò)對(duì)人類(lèi)和環(huán)境有影響的各種物質(zhì)的含量、排放量的檢測(cè)，跟蹤環(huán)境質(zhì)量的變化，確定環(huán)境質(zhì)量水平，為環(huán)境管理、污染治理等工作提供基礎(chǔ)和保證。早期的環(huán)境監(jiān)測(cè)主要采用分析化學(xué)的方法對(duì)污染物進(jìn)行分析，但由于環(huán)境污染物含量低（通常是ppm或ppb級(jí)別）、變化快，實(shí)際上是分析化學(xué)的發(fā)展，后來(lái)伴隨著自動(dòng)化行業(yè)的發(fā)展，環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)也進(jìn)入自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)化。本次系統(tǒng)就是很好的體現(xiàn)，利用自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)環(huán)境氣候箱內(nèi)的恒溫恒濕，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的檢測(cè)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 方案背景

永宏經(jīng)濟(jì)型PLC相對(duì)于其它品牌的產(chǎn)品，性?xún)r(jià)比更高，能很好的滿足客戶(hù)。在環(huán)境檢測(cè)氣候箱應(yīng)用中，永宏P(guān)LC的應(yīng)用前景很好。

客戶(hù)從事多年的環(huán)境檢測(cè)設(shè)備行業(yè)，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提出了以下要求：1、手動(dòng)模式和自動(dòng)模式，各自獨(dú)立工作，在自動(dòng)模式下由PID自動(dòng)調(diào)控溫度濕度，在手動(dòng)模式下客戶(hù)可自主選擇性控制水塔和水箱的溫度。2、控溫和控濕倆套PID，互不干擾。3、露點(diǎn)溫度通過(guò)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的濕度（各地海拔不同導(dǎo)致相同溫度下濕度可能不一樣）。4、水塔、水箱、柜體溫度可監(jiān)控，柜體濕度可監(jiān)控。5、可顯示歷史曲線以及實(shí)時(shí)曲線。6、溫度控制精度±0.2，濕度控制精度±1%。

2.2 解決方案

環(huán)境檢測(cè)氣候箱系統(tǒng)主要用于控制柜體中溫度、濕度、來(lái)實(shí)現(xiàn)后續(xù)氣體的檢測(cè)。根據(jù)工藝要求，該系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)；其中系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)包括硬件（產(chǎn)品）配置、機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣控制等三部分，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括流程控制、I/O配置和程序設(shè)計(jì)等三部分。  

控制系統(tǒng)采用永宏經(jīng)濟(jì)型FBs系列PLC控制器，主要完成PID運(yùn)算，加熱制冷等；執(zhí)行器：壓縮機(jī)、加熱帶。上位機(jī)推薦采用永宏C3系列HMI操作界面，本次客戶(hù)由于自身原因使用的是昆侖觸摸屏，HMI提供PID設(shè)置、報(bào)警、曲線顯示，用戶(hù)可隨著工藝流程或手動(dòng)進(jìn)行各項(xiàng)操作和參數(shù)設(shè)置。

3 硬件配置

環(huán)境檢測(cè)氣候箱的硬件系統(tǒng)由永宏FBs-20MAT2-AC PLC控制器、10寸 HMI觸摸屏、FBs-6AD、以及加熱帶、壓縮機(jī)、溫度儀表、濕度儀表、外圍輸入輸出線路等組成。

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 工藝流程

整個(gè)系統(tǒng)分為倆部分，第一部分為水塔加熱水，產(chǎn)生水蒸氣，水蒸氣通過(guò)管道，由循環(huán)風(fēng)機(jī)吹動(dòng)，流到柜體，達(dá)到柜體濕度提升，濕度下降控制原理與上相反，濕度需下降時(shí)，降低水塔溫度，水溫下降產(chǎn)生的水蒸氣濃度降低，對(duì)應(yīng)的柜體濕度也會(huì)降低。第二部分是水箱，水箱中的水流經(jīng)的管道發(fā)布在柜體中，水的流動(dòng)將柜體中水溫下降或上升，原理類(lèi)似北方暖氣系統(tǒng)原理。實(shí)際濕度或?qū)嶋H溫度低于設(shè)定值時(shí)，PLC按PID原理逐步調(diào)整水塔、水箱的水溫，以達(dá)到控制效果。

4.2 控制流程

初始化完成一些準(zhǔn)備工作，初始值的給定，液位判斷等；而后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，包括溫度、濕度、數(shù)據(jù)處理，將模塊采集值處理為工程所需值；選擇手動(dòng)后，根據(jù)相應(yīng)的手動(dòng)操作進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理后輸出；選擇自動(dòng)模式后，進(jìn)入PID自動(dòng)調(diào)控，當(dāng)實(shí)際值比設(shè)定值小時(shí)，繼續(xù)逐步用PID輸出控制電加熱，直到實(shí)際值無(wú)限接近與設(shè)定值。

5 結(jié)論（實(shí)施結(jié)果）

通過(guò)耐心的PID調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了該項(xiàng)目的全部要求。調(diào)試水箱控制柜體溫度時(shí)，比較順利，PID初值確定的很快，精度控制在要求的0.2℃。但調(diào)試水塔控制濕度時(shí)遇到了問(wèn)題，水塔產(chǎn)生的熱水蒸氣，經(jīng)由循環(huán)風(fēng)機(jī)吹動(dòng)到柜體，整個(gè)傳導(dǎo)過(guò)程很慢，循環(huán)一個(gè)柜體的周期要2個(gè)小時(shí)左右，PID調(diào)控出的曲線一直在波動(dòng)。首先用經(jīng)典PID調(diào)試方法，去掉積分、微分項(xiàng)，調(diào)試出理想的P值，再者加上積分項(xiàng)去掉穩(wěn)態(tài)誤差，D值有預(yù)測(cè)的效果，調(diào)到一個(gè)合適值，曲線波動(dòng)是比較小了，但是還是有波動(dòng)，后將柜體采集傳感器向管道處移了一點(diǎn)，水蒸氣流動(dòng)速率改成可調(diào)節(jié)，最后調(diào)試趨于穩(wěn)定，濕度誤差穩(wěn)定在1%。

綜上所述，永宏P(guān)LC應(yīng)用于環(huán)境檢測(cè)氣候箱的項(xiàng)目調(diào)試成功，客戶(hù)對(duì)程序功能滿意，上圖紅色曲線為濕度曲線，黃色為溫度曲線。