新型人工气候室自动控制系统设计 - 肖隽-

1、收稿日期:2004-04-28作者简介:肖隽(1966-,女,江苏苏州人,高级讲师,研究方向:电气自动化。新型人工气候室自动控制系统设计肖隽(浙江机电职业技术学院电气系,浙江杭州310053摘要:在分析了人工气候室的要求和现状的基础上,介绍了一种基于PLC 技术、变频控制技术及计算机PID 控制技术的人工气候室,介绍了它的软、硬件结构。关键词:人工气候室;PLC ;组态软件;触摸屏中图分类号:TP273;S26+3文献标识码:A文章编号:1001-4551(200405-0034-04New Design of Manpower Climate Autocontrol SystemXIAO J

2、un(Department of Electrical Engineering ,Zhejiang Institute of Mechanical and ElectricalEngineer ing ,H ang zhou 310053,China A bstract :Analyzes the control requirements and status of the manpower climate room ,introduces a new manpower cli mate room based on the technology of PLC 、frequency conver

3、sion and PID control ,it 's handware and software is also discussed .Key words :manpower climate room ;PLC ;touch screen人工气候室是具有恒温、恒湿、恒CO2、恒光照功能及调温、调湿、调CO2、调光照功能的大型实验设备,它是生物、遗传、医学、农业、林业等生产和科研部门理想的实验设备,广泛应用于植物的发芽、育苗,组织细胞、微生物的培养及其它用途的人工气候实验。目前的人工气候室,大多采用传统的模拟电路与小规模数字电路,温、湿度控制精度低且相互干扰。为了克服原人工气候室的缺点

4、,我们采用先进的智能传感器技术、PLC 技术、变频控制技术及计算机PID 控制技术,对气候室加以控制,达到了预想目标。控制系统采用2层网络拓扑结构,底层采用西门子S7-200PLC +触摸屏,上层采用工控机+组态软件,上下位机之间采用USS 协议,物理层采用RS -485,操作简便,性能可靠。1人工气候室的技术要求温度控制范围:460温度控制精度:±0.51(25湿度控制范围:40%98%RH湿度控制精度:±3%5%RH照度控制:可控范围010klx ,照度变化可任意编程设定C O 2控制范围:010kppm C O 2控制精度:+10ppm模拟自然环境变化,对温度、湿度、

5、光照、C O 2进行编程控制,24h 或任意设定周期循环。必须具有良好的人机界面,能方便地在线修改参数,并对实验数据进行实时记录、显示、保存。2系统硬件的设计根据人工气候室工艺流程与控制要求,上位机采用工控机+组态软件,下位机以西门子公司生产的S7-200PLC 为核心,每个人工气候室用触摸屏监控,其硬件图如图1所示。该系统包括1个S7-226CPU 、1个模拟量输出模块E M232、1个模拟量混合模块E M235、1个通信模块E M277。6个数字量输出点为Q1.0,Q1.1,Q1.2,Q1.3,Q1.4,Q1.5分别控制3组灯负载,加热器开关,CO 2控制阀,加湿器阀。3个模拟量输入分别输

6、入湿度、温度、CO 2的变送值。3个模拟量输出分别控制新风阀、加湿器、灯光调光执行器。图1系统硬件图S7-226CPU配有2个RS-485通信口,具有PPI通信能力,并实现与上位机通信。利用通信模块E M277与触摸屏实现通信。上位机的主要功能是:集中显示所有气候室的运行状态;保存所有气候室的运行参数;设定、修改所有气候室的控制参数;监控所有气候室的运行状况,发生异常情况时进行报警。每个人工气候室触摸屏主要功能是显示各气候室的实时参数、设定参数、历史数据、设定界面、手动操作界面。3系统控制功能3.1温度控制利用空调作为冷/热源进行温度控制,自动进行空调制冷或制热的温度模式判断,当室外温度低于机

7、组热泵启动温度时,自动切换成电炉加热制热。每间气候室的送风系统中独立安装一套变频风管式空调机组,进行制冷制热运行,每间气候室温度可单独设定独立控制。气候室的循环风机采用变频器驱动,在计算机控制系统的协调下组成变风量系统。根据负载特性选用SIE MENS MM43变频器。根据性价比选择了PW M控制方式。由于气候室的热负荷变化较大,单台变频空调无法匹配,故系统设置了2台空调,空调运行的数量由控制系统根据负荷(温度变化速率进行自动切换。3.2湿度控制控制系统根据湿度设定值与实际的室内湿度变化趋势,自动确定加湿/除湿模式。(1加湿控制。打开加湿器电源,根据湿度变化趋势计算加湿量,输出加湿器控制模拟量

8、调节加湿量。(2除湿控制。停止蒸汽加湿器工作,根据温度控制回路的工作状态,强制空调处于制冷除湿模式。相应的温差由电炉加热补偿。3.3C O2控制根据CO2设定值与实际的室内C O2变化趋势,控制系统自动确定加C O2/除CO2模式;(1加C O2控制。根据CO2变化趋势计算加C O2量,输出PW M开关信号,控制CO2电磁阀调节加C O2量;(2除CO2控制。由于植物生长的原因,气候室内的C O2含量超过设定值时,采取增加新风量的方式进行调控。3.4光(照度控制培养架型气候室采用可调光型电子整流器,该整流器采用110V(>0.6mA/只直流电压控制,对应光照强度变化为3%100%,为与P

9、LC模拟量模块输出能力匹配,中间应加入驱动单元(按6只培养架计,需驱动电流172.8 m A,每只培养架的灯电源按三相电源配置,每间气候室的灯电源设PLC控制的固态继电器。4人工气候室软件设计人工气候室软件设计主要为下位机PLC程序设计与上位机组态软件程序设计。4.1PLC程序设计PLC软件控制流程图,如图2所示。主要模块的功能为:(1运行初始化模块对设定值、状态字、历史数据外的数据区清0,读取参数默认设置,一般测量的参数设置,报警参数极限值,系统运行模式判断。(2温度模式判断温度模式初入判断,制冷制热模式判断,当温度偏差小于0,开始制冷,制冷时的差分处理。当温度偏差大于0,开始制热,制热时的

10、差分处理。(3湿度模式判断湿度模式初入判断,加湿除湿模式判断,湿度偏差小于0,开始除湿。当湿度偏差大于0,开始加湿。置加湿参数初值,计算湿度偏差,湿度控制时间比例输出。(4光照度处理程序 图2PLC程序图如当前时间在某段控制时间之内,置灯光标志位。初次开灯时,先开到最大,同时开冷却风阀30 s。灯冷却故障则报警。(5CO2处理程序CO2异常时关闭;C O2浓度偏低时,增加浓度,计算浓度增加的PW M值。C O2浓度偏高,减少CO2,计算浓度减少的新风阀的开度值。(6加热处理程度室外温度过低,用加热器制热,除湿时打开加热器补偿。(7I/O控制输出处理设置发送间隔计数器初值为30,如果本次输出与上

11、次输出相同,发送间隔计数器值减10。如发送间隔计数器小于0或上一次发送错误,则发置送时间计数器值为30,并发送I/O数据。4.2组态程序设计组态程序主要功能是: (1集中显示所有气候室的运行状态;(2保存所有气候室的运行参数;(3设定修改所有气候室的控制参数;(4对一些复杂的控制模式提供运算支持;(5对一些在触摸屏上操作困难的设置提供支持;(6提供数据查询和打印运行报告的功能;(7监控所有气候室的运行状况,发生异常情况进行报警;(8提供实验室运行管理功能(如气候室分配、实验进程管理;(9传送实时数据及相关报警参数。组态软件的工作流程图如图3所示。图3组态软件程序样图组态软件的界面图之一如图4所

12、示。从界面上可以方便的监控各气候室内的温度、湿度、光照度、C O2含量等实时数据,历史数据,设定数据及系统运行情况。图4组态软件界面 先进制造技术基于CAE、DOE和模糊加权的注塑成型工艺参数的优化配置杨炜1,2,胡树根2,金光3(1.宁波工程学院机械系,浙江宁波315010;2.浙江大学机械与能源工程学院,浙江杭州310027;3.宁波大学信息学院,浙江宁波315211摘要:从改进传统的试模方法、降低试模成本的思想出发,将CAE和DOE技术引入注塑成型参数配置和优化中,在正交试验基础上初选出试验产品较优的成型参数;同时采用模糊加权综合评价方法,解决多指标评价中权值确定问题,并用试验验证了该方

13、法的有效性。关键词:注塑成型;优化;计算机辅助工程;试验设计;模糊加权中图分类号:TP391.7;TQ320.66文献标识码:A文章编号:1001-4551(200406-0037-04Setup and Optimization of the Parameters in Injection MoldingBased on CAE,DOE and Fuzzy W eightsYANG Wei1,2,HU Shu-gen2,JIN Guang3(1.Depar tment of Mechanical Engineer ing,Ningb o College of Technology,Ningb

14、o315010,China;2.College o f M echanical and Energy Engineering,Zhejiang University,Hang zhou310027,China;3.Faculty of Infor mation Science and Technology,Ningb o University,Ningbo315211,ChinaA bstract:The process parameters of injection molding affect the qualities of plastic parts and productivitie

15、s directl y.In con-sideration of impoving traditional method and reduction of the costs,CAE and DOE are introduced into the setup and optimization of molding parameters.In this way,initial optimal moldin g parameters are obtained.On the other hand,comprehensive valuation equation of fuzzy weight is

16、helpful to determine the weight of muli-target valuation.And the result of CAE experiment proves the ideas in the papers effective finally.Key words:injection molding;optimization;C AE;DOE;fuzzy weights收稿日期:2004-03-04修订日期:2004-04-12作者简介:杨炜(1975-,女,浙江嘉兴人,实验师,浙江大学硕士研究生,研究方向为模具CAD/CA M和人工智能。5结束语系统采用智能网络型环境控制,以PLC控制单元为核心,在计算机PI D算法的控制下,采用先进的智能传感和变频控制技术,对温度、湿度、光照、C O2等进行精确控制和过程记录。模拟自然环境温度、湿度、光照和CO2的变化,按设定曲线对温度和光照进行