通信系統(tǒng)、銀行等聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用，其工作穩(wěn)定性要求極高，一旦發(fā)生故障，經(jīng)濟(jì)損失巨大。此類系統(tǒng)核心機(jī)房中有大量的電子設(shè)備，室溫過(guò)高或濕度過(guò)小都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生電路故障。由于長(zhǎng)時(shí)間工作，空調(diào)系統(tǒng)能耗很大，很多現(xiàn)有系統(tǒng)不能符合國(guó)家對(duì)節(jié)能和環(huán)保的要求。另外現(xiàn)有的溫濕度控制系統(tǒng)采用的溫濕度變送器多數(shù)為模擬量傳送，傳送距離近，容易受到過(guò)程干擾，控制精度低。為此我們研制了基于PLC控制的節(jié)能型恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)以歐姆龍CP1H型PLC為核心，以觸摸屏為人機(jī)界面。溫度和濕度經(jīng)過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換后，由單片機(jī)處理成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)RS485總線傳送給PLC，在PLC中將數(shù)據(jù)處理后，應(yīng)用PID控制方式進(jìn)行控制。通過(guò)控制壓縮機(jī)、加濕閥、風(fēng)機(jī)及風(fēng)閥達(dá)到恒溫恒濕的目的。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 節(jié)能恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2、溫濕度傳感器設(shè)計(jì)

2.1濕度采集

濕敏傳感器是將濕度和電容相關(guān)聯(lián)。在某一短時(shí)間內(nèi)，時(shí)間t=1/RC；同時(shí)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(wěn)的中間段，得出一條簡(jiǎn)單的濕度和電容之間的變化公式：

%RH=2.254*Hz-263.7

在下位機(jī)處理過(guò)程中，由AT89C2051的計(jì)數(shù)器自動(dòng)完成。原理圖中采用兩個(gè)555定時(shí)器來(lái)產(chǎn)生脈沖，其中一路產(chǎn)生固定頻率，另一路是受濕度傳感器影響而產(chǎn)生的變化頻率，設(shè)定單片機(jī)定時(shí)器為計(jì)數(shù)方式，T0，T1分別對(duì)這兩路脈沖進(jìn)行采集，兩個(gè)計(jì)數(shù)器的差值T0減T1即為采集的濕度變化量。

雙時(shí)基電路的設(shè)計(jì)可以消除由于溫度或電源波動(dòng)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(hào)直接轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，精度等級(jí)為0.0625度，該傳感器是單總線形式，信息經(jīng)過(guò)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(tǒng)

2.3 串行通信【2，3】

下位機(jī)與上位PLC之間的通信是由485總線來(lái)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(nèi)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(dá)8 kV的靜電放電沖擊，片內(nèi)集成4個(gè)瞬時(shí)過(guò)壓保護(hù)管，可承受高達(dá)400 V的瞬態(tài)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(duì)一些環(huán)境比較惡劣的現(xiàn)場(chǎng)，可直接與傳輸線相接而不需要任何外加保護(hù)元件。該芯片還有一個(gè)獨(dú)特的設(shè)計(jì)，當(dāng)輸入端開路時(shí)，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(shí)，不影響系統(tǒng)的正常工作。另外，它的輸入阻抗為RS485標(biāo)準(zhǔn)輸入阻抗的2倍（≥24 kΩ），故可以在總線上連接64個(gè)收發(fā)器。

在RS-485總線構(gòu)筑的半雙工通信系統(tǒng)中，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)任一時(shí)刻只能有一個(gè)節(jié)點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)并向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，其他所有節(jié)點(diǎn)都必須處于接收狀態(tài)。如果有2個(gè)節(jié)點(diǎn)或2個(gè)以上節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，將會(huì)導(dǎo)致所有發(fā)送方的數(shù)據(jù)發(fā)送失敗。因此，在系統(tǒng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)中，應(yīng)首先力求避免因異常情況而引起本節(jié)點(diǎn)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)而導(dǎo)致總線數(shù)據(jù)沖突。以MCS51系列的單片機(jī)為例，因其在系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，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(qū)動(dòng)器使能端DE相連，會(huì)在CPU復(fù)位期間使DE為高電平，從而使本節(jié)點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)。如果此時(shí)總線上有其他節(jié)點(diǎn)正在發(fā)送數(shù)據(jù)，則此次數(shù)據(jù)傳輸將被打斷而告失敗，甚至引起整個(gè)總線因某一節(jié)點(diǎn)的故障而通信阻塞，繼而影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。考慮到通信的穩(wěn)定性和可靠性，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)中應(yīng)將控制RS485總線接口芯片的發(fā)送引腳設(shè)計(jì)成DE端的反邏輯，即控制引腳為邏輯“1”時(shí)，DE端為“0”；控制引腳為邏輯“0”時(shí)，DE端為“1”。將CPU的引腳接到驅(qū)動(dòng)DE端，這樣就可以使控制引腳為高電平或者異常復(fù)位時(shí)使SN75LBC184始終處于接收狀態(tài)，從而從硬件上有效避免節(jié)點(diǎn)因異常情況而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成的影響。

3、恒溫恒濕控制電路

恒溫恒濕系統(tǒng)的控制電路如圖4所示，分為控制機(jī)箱內(nèi)部電路和壓縮機(jī)箱控制電路兩部分【4】，由PLC控制繼電器KAn來(lái)控制各風(fēng)閥及兩個(gè)壓縮機(jī)的啟動(dòng)和停止。本系統(tǒng)采用了雙壓縮機(jī)工作制，當(dāng)使用環(huán)境發(fā)熱量較小時(shí)只啟動(dòng)一臺(tái)壓縮機(jī)，當(dāng)不能滿足降溫需求時(shí)，雙壓縮機(jī)共同工作。

圖4 恒溫恒濕系統(tǒng)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(tài)有五種，一種是監(jiān)視狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，系統(tǒng)只讀取環(huán)境的溫度和濕度，不做任何控制動(dòng)作。第二種是手動(dòng)控制狀態(tài)，當(dāng)用戶需要強(qiáng)制壓縮機(jī)工作或者強(qiáng)制加濕時(shí)可以使用這種方式，可以通過(guò)觸摸屏直接起動(dòng)壓縮機(jī)1，壓縮機(jī)2及加水閥。第三種是加濕自動(dòng)控制，當(dāng)起動(dòng)這種控制方式時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)設(shè)定的濕度上限和濕度下限與實(shí)時(shí)測(cè)得的環(huán)境濕度進(jìn)行比較，按圖6所示的控制流程進(jìn)行工作。第四種是降溫自動(dòng)控制，當(dāng)起動(dòng)這種控制方式時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)設(shè)定的溫度上限和溫度下限與實(shí)時(shí)測(cè)得的環(huán)境溫度進(jìn)行比較，同時(shí)監(jiān)測(cè)室外溫度是否小于14℃，按圖6所示的控制流程進(jìn)行工作。第五種工作方式是循環(huán)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(jìn)行調(diào)節(jié)后再判斷濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

5、結(jié)論

本系統(tǒng)采用PLC控制以及數(shù)字化溫度和濕度的數(shù)據(jù)傳送，保證了溫濕控制系統(tǒng)的高控制性能和穩(wěn)定性，由于采用了室外溫度降溫方式，在中國(guó)北方地區(qū)有明顯的節(jié)能效果，在白山市網(wǎng)通公司、四平網(wǎng)通公司及公主嶺網(wǎng)通公司安裝了五臺(tái)，運(yùn)行穩(wěn)定，效果好，與同功率只用壓縮機(jī)調(diào)節(jié)的系統(tǒng)相比年平均減少能耗30%左右。 

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