专利名称：基于物联网的恒温恒湿纺织车间空调控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种纺织车间空调控制系统，具体涉及基于物联网技术的恒温恒湿纺织车间空调控制系统。
背景技术：
纺织车间空调系统的控制方法是 在车间或回风道内设置温湿度传感器，根据传感器的采样值与设定值之间的偏差，由专用控制器调节风机送风量、水阀开度等执行器，以达到控制车间内相对温湿度的目的。纺织厂空调系统的监测对象主要是空气温湿度，空调系统用以控制温湿度的执行机构一般由以下部分构成新/回风比例混合段、一次加热段、喷淋挡水段(用以加湿和洗涤空气)、二次加热段。控制对象为空调机组、新风机组等，涉及新风窗、回风窗、喷淋室、力口热器、送风机、同风道等设备。空调控制系统目前主要有空调制冷系统、管道系统、自动控制系统三大系统组成。其中，车间自动控制系统是车间空调控制系统中最重要和最基本的部分。车间空调控制系统是采用计算机以及网络技术、自动化控制技术、通讯技术、软件技术等组成的自动化综合管理系统，对车间内部的各种设备所要求的温度、湿度以及工作情况等进行综合的自动化控制与管理。为了在暖通、通风与空气调节设计中采用先进技术，合理利用和节约能源与资源，保证质量和安全，改善并提高劳动条件等，建设部2004年制定《采暖通风与空气调节设计规范》为国家强制性条文和标准，其中明确规定采暖、通风与空气调节系统应设置检测与控制系统，包括参数检测、参数与设备状态显示、自动调节与控制、工况自动转换、设备联锁与自动保护以及中央监控与管理等。近年来，国内纺织空调除尘技术有了一些新的进展，主要表现在将国际上著名的纺织空调除尘设备公司瑞士 Luwa和德国LTG公司的“西欧模式”传入国内并在实际生产中得到应用，但与国外先进的空气调节设备及控制系统仍有比较明显的差距。物联网是本世纪人类面临的又一个发展机遇，其广泛应用将是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息革命。目前世界先进国家都对物联网技术发展高度重视。物联网概念的出现，一系列相关技术的应用，扩大和延伸了基于互联网的信息化系统，加强了在线实时采集和处理数据的能力，可以更加精细和动态的方式管理生产和物流，提升行业整体的信息化水平。能源是影响国民经济持续发展的重要因素，实现纺织行业节能、降耗的一个关键因素是采取合适的空调控制系统。作为自身消耗大量资源和能源的纺织工业，空调系统的自动监测与控制等的物联网技术应用无疑是节能减排最直接的手段。纺织空调开展节能、物联网等新技术的研究，具有十分重要的现实意义和必要性。
发明内容本实用新型针对上述存在问题，提出了一种采用物联网技术的恒温恒湿纺织车间空调控制系统。恒温恒湿纺织车间空调控制系统主要包括空调控制PLC单元、RFID读写单元、集中监控中心、远程监控中心以及GPRS移动单元。现场传感器采集到温湿度值传送到PLC, PLC根据温湿度值进行焓值运算和比较，PID运算输出到预热器、新风阀、二次回风阀、喷淋水泵等执行器，以便进行温湿度参数的调整。相关信息通过RS485网络传输到集中监控中心。RFID读写单元通过RFID卡采集原材料信息或写入成品信息。纺织机械监测单元采集如设备的振动，电动机的运转状态，关键部位的温度等新信息。除尘机组控制单元采集除尘运行机组信息，这些信息通过485网络送入集中监控中心进行分析判断。集中监控中心根据收集的上传信息、相关原料信息和相应的工艺流程，核实关键参数设定是否合理，进行智能控制运算，如模糊智能控制等，然后反馈到现场PLC，校正各相应现场执行器的输出。集中监控中心可通过路由器有线通信方式将信息及画面接入到远程监控中心，实现远程遥控。集中监控中心将一些相关信息传输到RFID读写单元，写入到成品的RFID芯片中。另外，集中监控中心通过GPRS模块将温湿度、执行器等信息随时随地无线传送到移动电脑或手机等。
通过构建纺织车间空调智能综合平台，实现对车间温湿度远程监控，了解空调运行状态，同时还能实现原料和成品的智能化识别，同时实时跟踪纺织机械设备运行状态等。本实用新型涉及的技术解决方案基于物联网技术的恒温恒湿纺织车间空调控制系统，主要由空调控制PLC单元、RFID读写单元、集中监控中心、远程监控中心以及GPRS移动单元组成，其特征在于空调控制PLC单元(18)设有可编程控制器PLC (5)，PLC连接文本显示器(4);输入模块连接新风温湿度传感器出)，车间温湿度传感器(7)，压力传感器(8)，水温传感器(9)和开关量输入单元(10);开关量输入单元连接各变频器的报警输出信号；输出模块连接新风阀(11)、制冷器(12)、加热器(13)、回风机(14)、喷淋水泵(15)、送风机(16)、加湿器(17);空调控制PLC单元(18)、RFID读写单元(19)、纺织机械监控单元(21)、除尘机组控制单元(20)通过485网络与集中监控中心(3)相连；集中监控中心的电脑内设GPRS模块(22)，采用无线通信方式，与各地远程电脑(25)或手机(24)连接；集中监控中心还可通过有线电缆连接路由器(2)，并连接远程监控中心(I)。所述的集中监控中心(3)运行上位机软件，可实时显示各工艺参数，能实时显示各设备运行状态，可实时调整各执行器值，还能实现报表打印，各种历史曲线和实时曲线显示，各设备故障报警；且软件配有模糊控制智能控制软件包和开放的数据交换接口。所述的空调控制PLC单元有手动、半自动及全自动三种运行模式，通过485网络与集中监控中心(3)相连；送风机、回风机和喷淋水泵可运行于手动及自动方式。所述的现场PLC控制单元(18)连接输入模块和输出模块，输入模块连接各传感器，输出模块连接各执行器。所述的RFID读写单元(19)通过RFID芯片与原材料或成品进行读写信息交流，通过485网络与集中监控中心进行交互。所述的纺织机械监测单元采集设备的振动，电动机的运转状态，关键部位的温度主要信息，通过485网络与集中监控中心进行交互。所述的除尘机组控制单元(20)收集除尘运行机组信息，通过485网络与集中监控中心进行交互。PLC连接各处的测量模块，获取室外新风、室内车间温湿度信息、水温及室内压力，通过焓值计算，露点计算等，以执行PID控制算法，输出给风机、水泵所需要的合理运行频率，控制各处的风阀到合适的开度，最大限度实现节能和降耗。各温湿度值、水温及压力，各风阀开度、风机频率及水泵频率可由文本显示器4显示。空调控制PLC单元有手动、半自动及全自动三种运行模式，通过485网络与集中监控中心3相连。原材料或成品的信息通过RFID读写单元对内置的RFID芯片进行存储与写入。这些信息同样通过485网络传输到集中监控中心。纺织机械监控单元21采集的主要信息，如设备的振动，电动机的运转状态，关键部位的温度等也通过485网络送入集中监控中心进行分析判断。除尘机组控制单元20将除尘运行机组信息也汇集到集中监控中心。送风机、回风机和喷淋水泵由PLC对变频器进行调节控制以实现节能。送风机、回风机和喷淋水泵都可运行于手动及自动方式，在手动方式下，可以人为地现场对其任意控 制，同时也可设定其运行频率的上、下限值。在自动方式下，由PLC或集中监控中心根据空气状态和智能控制运算结果，以实现自动变频和智能控制。车间温湿度传感器7主要对送风、回风、车间内以及喷淋后的露点的温湿度进行采集，新风温湿度传感器6主要采集室外新风的温湿度，这些参数通过屏蔽通信电缆传输到PLC。PLC通过室内外温湿度变化，根据焓值计算比较，智能控制算法来改变送风量、回风量及喷水量，综合压力传感器8上传的值，来改变排风量，使车间始终保持正压。水温传感器9测量喷淋水池的水温度上传到PLC，PLC可以随时调整制冷器12的开启关停状态以及开启大小，并由此控制喷淋水泵的加湿和降温过程。新风阀11、二次回风阀以及排风阀是对风窗进行控制的执行元件，可运行于手动及自动方式，在手动方式时，可以人为现场设定对风窗的任意控制。在自动方式下，由PLC对风窗进行智能控制。集中监控中心通过GPRS模块22，采用无线通信方式，将相关信息以短消息方式发送到各地的手机或者移动电脑上，另外，也可让异地电脑通过无线网络接入系统。集中监控中心还可通过有线电缆连接路由器2，将系统接入到远程监控中心I。集中监控中心运行自主开发的上位机软件，可实时显示各工艺车间的工艺参数，包括温湿度、原材料参数，能实时显示各设备运行状态，包括除尘机组的运行状态、纺织机械单元各机械设备状态、各变频器运行值。同时还可实时调整各执行器值，包括风阀执行器开度、各风机及喷淋水泵的频率值等。还能实现报表打印，各种历史曲线和实时曲线显示，各设备故障报警等。软件配有模糊控制等智能控制软件包，对下位机采集来的温湿度值以及各执行器输出值，进行智能算法运算后，再反馈到PLC控制单元以进行精细调控。集中监控中心上位机运行软件还包括OPC Server,可对其他软硬件提供开放式的数据交换接口。本实用新型有益效果(一 )采用本实用新型可以除了满足类似组态软件配置灵活等功能外，能紧密结合纺织行业特点，订制纺织空调工艺及图形库等，还能提供多种合适的先进的控制策略及算法。( 二)本实用新型建立了纺织空调的专用控制系统。整个控制系统提供专用图形化监控软件应用平台，具有开放性，可以很容易接入相关设备的控制。(三)本实用新型的控制软件简单、易学和便于维护，标准化和产品化。在纺织空调节能控制技术研究中，能够形成统一的规范标准，也推动工艺流程的标准化。[0029](四)本实用新型推动纺织行业物联网技术的应用，建立纺织空调控制的物联网应用标准及规范，加快传统行业的高新技术改造。通过自主开发的软件，使纺织空调产品从软件上层次和上水平，提高市场竞争力。(五)本实用新型节能可达20%-50%,车间温湿度稳定性好，自动化程度高。远程操作方便，随时随地监控，信息化程度很高。(六)本实用新型具有广阔的推广应用前景。
附图I为本实用新型的总体结构示意图；图中1远程监控中心、2路由器、3集中监控中心、4文本显示器、5可编程控制器PLC、6新风温湿度传感器、7车间温湿度传感器、8压力传感器、9水温传感器、10开关量输 入单元、11新风阀、12制冷器、13加热器、14回风机、15喷淋水泵、16送风机、17加湿器、18空调控制PLC单元、19RFID读写单元、20除尘机组控制单元、21纺织机械监测单元、22GPRS模块、23GPRS基站、24手机、25移动电脑。
具体实施方式
如图I所示，主要工作过程为温湿度传感器采集送风、回风、车间内以及喷淋后的露点的温湿度值，新风温湿度传感器6采集室外新风的温湿度值，压力传感器8采集上传的车间压力值，水温传感器9测量喷淋水池的水温度值，开关量输入单元10收集各变频器的故障信息。这些参数通过屏蔽通信电缆传输到空调控制PLC单元18中。PLC通过室内外温湿度变化，根据焓值计算比较，智能控制算法来改变送风量、回风量及喷水量，使车间始终保持正压，并随时调整制冷器12的开启关停状态以及开启大小，并由此控制喷淋水泵的加湿和降温过程。PLC连接文本显示器4，在文本显示器可以现场显示温湿度值、各传感器测量值、各执行器输出值以及报警信息。各执行器主要有新风阀11、制冷器12、加热器13、回风机14、喷淋水泵15、送风机16、加湿器17。送风机、回风机、喷淋水泵与变频器相连，由变频器输出来调节。在现场，可以通过文本显示器人工设定各执行器的手动、半自动以及自动方式。在手动方式、半自动方式中，可以人为设定各执行器的输出值。PLC为现场控制单元的核心，其连接各处的测量模块，获取室外新风、室内车间温湿度值、水温及室内压力，通过焓值计算，露点计算等，以执行PID控制算法，输出给风机、水泵所需要的合理运行频率，控制各处的风阀到合适的开度，最大限度实现节能和降耗。RFID读写单元19通过内置RFID芯片读取原料参数，比如包含在原棉RFID中的品质长度，均匀度，强力，细度等参数，将成品参数，比如包含在棉纱RFID中的棉杂，断裂强度，重量，伸长率等，写入内置RFID芯片中。除尘机组控制单元20收集除尘机组运行信息。纺织机械监测单元21采集的信息主要包括机械设备的振动，电动机的运转状态，关键部位的温度等。这些信息通过485网络汇集到集中监控中心。一般，一个现场PLC控制单元控制一个工艺车间，若干个工艺车间就需要相应的现场PLC控制单元。集中监控中心可以连接若干个现场PLC控制单元、RFID读写单元、纺织机械监控单元和除尘机组运行监控单元等。[0039]集中监控中心通过GPRS模块22，采用无线通信方式，将相关信息以短消息方式发送到各地的手机或者移动电脑上，另外，也可让异地电脑通过无线网络接入系统。集中监控中心还可通过有线电缆连接路由器2，将系统接入到远程监控中心I。在集中监控中心运行我们在VB. net 2008环境下自主开发的上位机软件，该上位机软件可提供类似组态软件功能，可实时显示各工艺车间的工艺参数，包括温湿度、原材料参数，能实时显示各设备运行状态，包括除尘机组的运行状态、纺织机械单元各机械设备状态、各变频器运行值，同时还实时调整各执行器值，包括风阀执行器开度、各风机及喷淋水泵的频率值等，还能实现报表打印，各种历史曲线和实时曲线显示，各设备故障报警等。控制系统软件简单、易学和便于维护，标准化和产品化，推动了纺织工艺流程的标准化。该软件能紧密结合纺织行业特点，订制纺织空调工艺及图形库等，还能提供多种 合适的先进的控制策略及算法，配有模糊控制等智能控制软件包，综合下位机采集来的温湿度值以及各执行器输出值，进行智能算法运算后，再反馈到PLC控制单元以进行精细调控。整个控制系统具有开放性，可以很容易接入相关设备的控制，上位机运行软件含有OPCServer,可对其他软硬件提供开放式的数据交换接口。综上，本实用新型所设计的基于物联网的纺织空调控制系统，推动纺织行业物联网技术的应用，建立纺织空调控制的物联网应用标准及规范，加快传统行业的高新技术改造，通过自主开发的软件，使纺织空调产品从软件上层次和上水平，节能和降耗明显，运行效率高，大大提高市场竞争力，可以达到预期的目的。
权利要求1.基于物联网的恒温恒湿纺织车间空调控制系统，主要由空调控制PLC单元、RFID读写单元、集中监控中心、远程监控中心以及GPRS移动单元组成，其特征在于空调控制PLC单元(18)设有可编程控制器PLC (5)，PLC连接文本显示器(4);输入模块连接新风温湿度传感器出)、车间温湿度传感器(7)、压力传感器(8)、水温传感器(9)和开关量输入单元(10);开关量输入单元连接各变频器的报警输出信号；输出模块连接新风阀(11)、制冷器(12)、加热器(13)、回风机(14)、喷淋水泵(15)、送风机(16)、加湿器(17);空调控制PLC单元(18)、RFID读写单元(19)、纺织机械监控单元(21)，除尘机组控制单元(20)通过485网络与集中监控中心(3)相连；集中监控中心的电脑内设GPRS模块(22)，采用无线通信方式，与各地远程电脑(25)或手机(24)连接；集中监控中心还可通过有线电缆连接路由器(2)，并连接远程监控中心(I)。
2.根据权利要求I所述的基于物联网的恒温恒湿纺织车间空调控制系统，其特征在于所述的空调控制PLC单元有手动、半自动及全自动三种运行模式，通过485网络与集中监控中心(3)相连；送风机、回风机和喷淋水泵可运行于手动及自动方式。
3.根据权利要求I所述的基于物联网的恒温恒湿纺织车间空调控制系统，其特征在于所述的现场PLC控制单兀(18)连接输入模块和输出模块,输入模块连接各传感器,输出模块连接各执行器。
4.根据权利要求I所述的基于物联网的恒温恒湿纺织车间空调控制系统，其特征在于所述的RFID读写单元(19)通过RFID芯片与原材料或成品进行读写信息交流，通过485网络与集中监控中心进行交互。
5.根据权利要求I所述的基于物联网技术的恒温恒湿纺织车间空调控制系统，其特征在于所述的纺织机械监测单元采集设备的振动，电动机的运转状态，关键部位的温度主要信息，通过485网络与集中监控中心进行交互。
6.根据权利要求I所述的基于物联网的恒温恒湿纺织车间空调控制系统，其特征在于所述的除尘机组控制单元(20)收集除尘运行机组信息，通过485网络与集中监控中心进行交互。
专利摘要本实用新型涉及一种纺织车间空调控制系统。基于物联网的恒温恒湿纺织车间空调控制系统，主要由空调控制PLC单元、RFID读写单元、集中监控中心、远程监控中心以及GPRS移动单元组成。其特征在于空调控制PLC单元设有可编程控制器PLC，PLC连接文本显示器；输入模块连接新风温湿度传感器，车间温湿度传感器，压力传感器，水温传感器和开关量输入单元。本实用新型结构精巧，本实用新型可以除了满足类似组态软件配置灵活等功能外，能紧密结合纺织行业特点，订制纺织空调工艺及图形库等，还能提供多种合适的先进的控制策略及算法。本实用新型节能可达20％-50％，车间温湿度稳定性好，自动化程度高。远程操作方便，信息化程度很高。
文档编号G05B19/418GK202649779SQ20122003252
公开日2013年1月2日 申请日期2012年1月14日 优先权日2012年1月14日
发明者邓小龙, 岳睿, 张建林, 徐亮 申请人:邓小龙