1 行業(yè)介紹

環(huán)境監(jiān)測是通過對人類和環(huán)境有影響的各種物質(zhì)的含量、排放量的檢測，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和保證。早期的環(huán)境監(jiān)測主要采用分析化學的方法對污染物進行分析，但由于環(huán)境污染物含量低（通常是ppm或ppb級別）、變化快，實際上是分析化學的發(fā)展，后來伴隨著自動化行業(yè)的發(fā)展，環(huán)境監(jiān)測技術(shù)也進入自動化、計算機化。本次系統(tǒng)就是很好的體現(xiàn)，利用自動化技術(shù)實現(xiàn)環(huán)境氣候箱內(nèi)的恒溫恒濕，從而實現(xiàn)進一步的檢測。

2 系統(tǒng)設計方案

2.1 方案背景

永宏經(jīng)濟型PLC相對于其它品牌的產(chǎn)品，性價比更高，能很好的滿足客戶。在環(huán)境檢測氣候箱應用中，永宏P(guān)LC的應用前景很好。

客戶從事多年的環(huán)境檢測設備行業(yè)，根據(jù)行業(yè)標準提出了以下要求：1、手動模式和自動模式，各自獨立工作，在自動模式下由PID自動調(diào)控溫度濕度，在手動模式下客戶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、露點溫度通過行業(yè)經(jīng)驗轉(zhuǎn)化為對應的濕度（各地海拔不同導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時曲線。6、溫度控制精度±0.2，濕度控制精度±1%。

2.2 解決方案

環(huán)境檢測氣候箱系統(tǒng)主要用于控制柜體中溫度、濕度、來實現(xiàn)后續(xù)氣體的檢測。根據(jù)工藝要求，該系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)硬件設計和系統(tǒng)軟件設計；其中系統(tǒng)硬件設計包括硬件（產(chǎn)品）配置、機械結(jié)構(gòu)和電氣控制等三部分，系統(tǒng)軟件設計包括流程控制、I/O配置和程序設計等三部分。  

控制系統(tǒng)采用永宏經(jīng)濟型FBs系列PLC控制器，主要完成PID運算，加熱制冷等；執(zhí)行器：壓縮機、加熱帶。上位機推薦采用永宏C3系列HMI操作界面，本次客戶由于自身原因使用的是昆侖觸摸屏，HMI提供PID設置、報警、曲線顯示，用戶可隨著工藝流程或手動進行各項操作和參數(shù)設置。

3 硬件配置

環(huán)境檢測氣候箱的硬件系統(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、溫度儀表、濕度儀表、外圍輸入輸出線路等組成。

4系統(tǒng)軟件設計

4.1 工藝流程

整個系統(tǒng)分為倆部分，第一部分為水塔加熱水，產(chǎn)生水蒸氣，水蒸氣通過管道，由循環(huán)風機吹動，流到柜體，達到柜體濕度提升，濕度下降控制原理與上相反，濕度需下降時，降低水塔溫度，水溫下降產(chǎn)生的水蒸氣濃度降低，對應的柜體濕度也會降低。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，水的流動將柜體中水溫下降或上升，原理類似北方暖氣系統(tǒng)原理。實際濕度或?qū)嶋H溫度低于設定值時，PLC按PID原理逐步調(diào)整水塔、水箱的水溫，以達到控制效果。

4.2 控制流程

初始化完成一些準備工作，初始值的給定，液位判斷等；而后進行數(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；選擇手動后，根據(jù)相應的手動操作進行相關(guān)數(shù)據(jù)處理后輸出；選擇自動模式后，進入PID自動調(diào)控，當實際值比設定值小時，繼續(xù)逐步用PID輸出控制電加熱，直到實際值無限接近與設定值。

5 結(jié)論（實施結(jié)果）

通過耐心的PID調(diào)試，實現(xiàn)了該項目的全部要求。調(diào)試水箱控制柜體溫度時，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)試水塔控制濕度時遇到了問題，水塔產(chǎn)生的熱水蒸氣，經(jīng)由循環(huán)風機吹動到柜體，整個傳導過程很慢，循環(huán)一個柜體的周期要2個小時左右，PID調(diào)控出的曲線一直在波動。首先用經(jīng)典PID調(diào)試方法，去掉積分、微分項，調(diào)試出理想的P值，再者加上積分項去掉穩(wěn)態(tài)誤差，D值有預測的效果，調(diào)到一個合適值，曲線波動是比較小了，但是還是有波動，后將柜體采集傳感器向管道處移了一點，水蒸氣流動速率改成可調(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應用于環(huán)境檢測氣候箱的項目調(diào)試成功，客戶對程序功能滿意，上圖紅色曲線為濕度曲線，黃色為溫度曲線。