一种喷涂车间的空调智能控制系统的制作方法

本实用新型涉及一种变频节能控制系统的技术领域，尤其是一种喷涂车间的空调智能控制系统。

背景技术：

温湿度指标对于喷涂房生产环境而言至关重要，为保证产品的品质，要求喷涂房的温湿度指标在规定的范围内尽可能稳定，即使遇到外界的扰动，控制系统也应能迅速地克服干扰，重新达到稳态。喷涂房空调系统的设计是以室内空气参数为基本依据，通过对整个空调系统送风、出风的温度、湿度、送风风机运行状等现场信号的采集，根据所设计的控制策略控制送风湿度、冷热水阀的开度大小以及喷淋室的变频调速等来达到设定的空气状态；由于一年四季复杂多变的天气，在这些不同的季节条件下，外界的温湿度差别非常大，在炎热的夏季，外界温度和湿度都比较高，这种条件下需要降温和除湿；而在寒冷的冬季温度低、气候干燥湿度小，这时需要加热和增湿；但在天气比较复杂的多变的春秋季，一天之内，加热、降温、除湿、增湿要同步进行才能保证喷漆室里的温湿度保持稳定。

传统控制方法是给空调人为设置三种运行模式，即夏季模式、冬季模式和春秋季模式。这三种模式的切换由安装在控制柜上的三位选择旋钮来人为的进行，在哪个季节就将旋钮打到哪种模式；由于需要人为判断，不能自动根据外围环境自控采取某种形式，这样对于空调系统稳定运行及精确控制就产生较大影响。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决上述技术的不足而设计的一种结构设计合理，能效低，运行稳定，控制策略达到最优化，智能化程度较高的一种喷涂车间的空调智能控制系统。

本实用新型所设计的一种喷涂车间的空调智能控制系统，包括温度传感器、湿度传感器、数据采集模块、PLC控制模块、变频器和变频器控制模块；数据采集模块包括相互连接的模拟信号采集模块和模拟信号转换模块；温度传感器和湿度传感器均与数据采集模块的模拟信号采集模块相连；数据采集模块的模拟信号转换模块与PLC控制模块相连，PLC控制模块与变频器相连，变频器与变频器控制模块相连；模拟信号采集模块包括锯齿波发生器、高阻抗信号采集电路、实时对比电路、信号转换电路和隔离输出电路，锯齿波发生器、高阻抗信号采集电路均与实时对比电路相连，实时对比电路与信号转换电路相连，信号转换电路与隔离输出电路相连；模拟信号转换模块包括求和放大器、V/F转换器、施密特整形器和CPU定时计数器依次串接而成，温度传感器和湿度传感器将现场采集的模拟量输入求和放大器，求和放大器将模拟量放大后输入V/F转换器，V/F转换器将放大后的模拟量转换成相应的频率后以电流方式驱动设置在光电隔离器上，光电隔离器将隔离后的频率输入施密特整形器，经施密特整形器整形后由CPU定时计数器转换为数字量，CPU定时计数器与PLC控制模块相连。

上述结构可自动根据室内、外空气的状态(温度、湿度)和环境确定系统的具体运行工况、模式,在保证设计参数、满足生产工艺的特殊要求的前提下,使空调系统运行合理,安全可靠,能耗低,使控制策略达到最优化，运行稳定可靠。

进一步优选，锯齿波发生器包括精密电阻一、精密电阻二、电容一、比较器一、电容二、电容三、电阻一、电阻二、电阻三及三极管，精密电阻二与电容一并联连接后一端接地，电容一的另一端与精密电阻一的一端、比较器的反相输入端连接，精密电阻一的另一端连接外接电源，比较器同相输入端与电容二一端连接后的结点连接电阻一与三极管集电极连接后的结点，电容二的另一端接地，电阻一的另一端连接外接电源，电阻二一端与电阻三一端连接后的结点连接三极管基极，电阻二另一端连接比较器一输出端，电阻三另一端与三极管发射极连接后的结点接地，电容三并联连接在电阻三两端。其结构实现过滤信号中杂波的作用。

进一步优选，高阻抗信号采集电路包括电阻四、电阻五、电阻六及电容四，电阻六与电容四并联连接后一端接地，电容四另一端与电阻五的一端连接，电阻五的另一端与电阻四的一端连接，电阻四的另一端接入模拟信号。其结构采用简单的高阻抗分压电阻实现，可降低设计成本，同时采用小电容滤波，减少杂波干扰。

进一步优选，实时比对电路包括比较器二，电容四与电阻连接的结点与比较器二反向输入端连接，比较器二的同相输入端与电阻一连接，比较器二的输出端与隔离输出电路相连。使用高阻抗的比较器U1B可以对锯齿波信号和模拟信号进行实时比对，输出比对波形，如果需要调整输出波形的参数，可以调整锯齿波信号和模拟信号输入的分压比例实现。

进一步优选，隔离输出模块包括光耦、电阻七及电容五，电阻七一端与电容五一端连接后的结点连接光耦副边，电阻七的另一端连接外接电源，电容五的另一端接地，光耦与模拟信号转换模块相连。其结构使得信号比较清晰。如果需要信号的反转，也可以把信号反转电路加在这级后面，得到反转的信号作用。

进一步优选，信号转换电路包括电阻、电阻及三极管；其中，三极管基极与电阻一端连接后的结点连接电阻的一端，电阻的另一端连接实时比对电路的输出端，三极管发射极与电阻另一端连接后的结点接地，三极管集电极连接隔离输出电路输入端。其结构为了满足对输出波形的初始状态值和占空比的要求。

进一步优选，PLC控制模块通过以太网交换机与上位机相连，完全满足了遥测、遥信、遥控和无人值班(少人值守)的需要。

本实用新型所设计的一种喷涂车间的空调智能控制系统，其结构设计合理，在模拟量采集时的抗干扰性较强，实现精确的将传感器的数据进行采集，并且在模拟信号转换时进行高效率、高精度转换使得输出的数字信号精度高，转换速度较快；因此经前述数据采集模块采集的数据使得PLC控制模块可更加精确的形成控制指令，以达到变频器控制模块更精确的控制变频喷淋泵，而且系统运行相当稳定，运行时的能耗较低。

附图说明

图1是实施例1的整体结构示意图；

图2是实施例1的模拟信号采集模块结构意图；

图3是实施例1的模拟信号采集模块的电路结构意图；

图4是实施例1的模拟信号转换模块的电路结构意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：

如图1-图4所示，本实施例所描述的一种喷涂车间的空调智能控制系统，包括温度传感器3、湿度传感器4、数据采集模块1、PLC控制模块2、变频器5和变频器控制模块6；数据采集模块1包括相互连接的模拟信号采集模块10和模拟信号转换模块20；温度传感器3和湿度传感器4均与数据采集模块1的模拟信号采集模块10相连；数据采集模块1的模拟信号转换模块20与PLC控制模块2相连，PLC控制模块2与变频器5相连，变频器5与变频器控制模块6相连；模拟信号采集模块10包括锯齿波发生器101、高阻抗信号采集电路102、实时对比电路103、信号转换电路104和隔离输出电路105，锯齿波发生器101、高阻抗信号采集电路102均与实时对比电路103相连，实时对比电路103与信号转换电路104相连，信号转换电路104与隔离输出电路105相连；模拟信号转换模块20包括求和放大器201、V/F转换器202、施密特整形器205和CPU定时计数器204依次串接而成，温度传感器3和湿度传感器4将现场采集的模拟量输入求和放大器201，求和放大器201将模拟量放大后输入V/F转换器202，V/F转换器202将放大后的模拟量转换成相应的频率后以电流方式驱动设置在光电隔离器203上，光电隔离器203将隔离后的频率输入施密特整形器205，经施密特整形器205整形后由CPU定时计数器204转换为数字量，CPU定时计数器205与PLC控制模块2相连。

上述结构的工作原理：锯齿波发生器101的输出端与实时比对电路103的输入端电性连接，用于根据需要调整锯齿波的频率、上升沿和下降沿，获得所需波形的锯齿波信号，输出给实时比对电路，高阻抗信号采集电路102的输出端与实时比对电路103的输入端电性连接，用于接入模拟信号，输出给实时比对电路，实时比对电路103的输出端与隔离输出电路104的输入端电性连接，用于对锯齿波信号和模拟信号进行实时比对，输出信号经信号转换电路处理后接入隔离输出电路输入端，隔离输出电路104隔离输出占空比与模拟信号生成一定比例的固定频率的脉冲宽度调制(PWM)信号，其信号输入模拟量转换模块中进行转换信号，转换时求和放大器201将输入的0-20mV电压放大后以0-1V电压输入V/F转换器202，V/F转换器202将放大后的模拟量转换成0-100KHZ频率后，以电流方式驱动设置在远端(可达10500米)的光电隔离器203。光电隔离器203采用光电隔离器203对模拟量转换的频率进行光电隔离，光电隔离后的频率输入施密特整形器205，施密特整形器205整形后由CPU定时计数器204计数并根据各路的定时计数值按已标定值算出温度传感器的实际准确的温度的数字量信号，其数字量信号输入PLC控制模块中生成控制信号后，控制信号输入冷水阀、热水阀和变频器，变频器识别控制信号后将控制信号输入变频器控制模块内生成控制变频喷淋泵的指令，以达到精确控制喷淋泵的效果。

本实施例中，锯齿波发生器包括精密电阻一R1、精密电阻二R2、电容一C1、比较器一U1A、电容二C2、电容三C3、电阻一R3、电阻二R4、电阻三R5及三极管Q1，精密电阻二R2与电容一C1并联连接后一端接地，电容一C1的另一端与精密电阻一R1的一端、比较器一U1A的反相输入端连接，精密电阻一R1的另一端连接外接电源，比较器一U1A同相输入端与电容二C2一端连接后的结点连接电阻一R3与三极管Q1集电极连接后的结点，电容二C2的另一端接地，电阻一R3的另一端连接外接电源，电阻二R4一端与电阻三R5一端连接后的结点连接三极管Q1基极，电阻二R4另一端连接比较器一U1A输出端，电阻三R5另一端与三极管Q1发射极连接后的结点接地，电容三C3并联连接在电阻三R5两端。精密电阻一R1、精密电阻二R2组成基准电源的分压电阻，由电容一C1滤波，组成比较器一U1A的负端比较电压源；电阻一R3和电容二C2组成电容充电电路，形成锯齿波波形的上升沿波形。在充电过程中，当没有达到比较器一U1A反相输入端的基准电压时，比较器一U1A输出端输出低电平，三极管Q1的基极通过电阻R5保持低电位，三极管Q1的基极电压(Vbe)没有得到有效电压，所以三极管Q1没有放大直至饱和导通，此时，三极管Q1集电极的波形是电容二C2的充电波形。当比较器一U1A同相输入端电压达到基准的比较电压时，比较器一U1A的输出端电压反转，变为高电平，这个电平根据电阻二R4和电阻三R5的合理分压，及电容三C3过滤杂波(电容C3视实际情况可去除)，加到三极管Q1基极上，使得三极管Q1从截止状态转成饱和导通状态，该过程是锯齿波波形的下降沿，这个时间可以通过调整电阻二R4和电阻三R5的合理分压，电容三C3的电容值，以及三极管Q1的参数进行调整。然后，由于三极管Q1饱和导通，使得电容二C2上存储的电荷立即通过三极管Q1释放，在电容二C2电荷释放完成后，比较器一U1A同相输入端又变为低电位，其同相输入端的电压低于反相输入端的基准电压，从而比较器一U1A输出端输出低电平，三极管Q1重新进入截止状态，电容二C2和电阻三R3充电，下一循环开始，如此周而复始，生成满足要求的锯齿波信号。

本实施例中，高阻抗信号采集电路包括电阻四R6、电阻五R7、电阻六R8及电容四C4，电阻六R8与电容四C4并联连接后一端接地，电容四C4另一端与电阻五R7的一端连接，电阻五R7的另一端与电阻四R6的一端连接，电阻四R6的另一端接入模拟信号。高阻抗信号采集电路102采用简单的高阻抗分压电阻实现，可降低设计成本，同时采用小电容滤波，减少杂波干扰。高阻抗信号采集电路102看似简单，但电阻四R6、电阻五R7、电阻六R8必须选择合适的电阻阻值，太小的阻抗容易引起信号的失真，太大的阻抗有容易引入干扰，同时要考虑实时比对电路103中比较器二U1B需要的输入电流，是微安(uA)级别的还是纳安(nA)级别，所以一般阻抗可以在100千欧到1兆欧之间考虑。另外为了有效表达输入信号的范围，必须选择合适的分压范围，使得到的输出占空比的信号在比较广的范围内，不能在整个范围内一直很小或一直很大，影响采样精度和灵敏度。

本实施例中，实时比对电路包括比较器二U1B，电容四C4与电阻R7连接的结点与比较器二U1B反向输入端连接，比较器二U1B的同相输入端与电阻一R3连接，比较器二U1B的输出端与隔离输出电路相连。使用高阻抗的比较器二U1B可以对锯齿波信号和模拟信号进行实时比对，输出比对波形，如果需要调整输出波形的参数，可以调整锯齿波信号和模拟信号输入的分压比列实现。

本实施例中，隔离输出模块包括光耦U2、电阻七R9及电容五C5，电阻七R9一端与电容五C5一端连接后的结点连接光耦U2副边，电阻七R9的另一端连接外接电源，电容五C5的另一端接地，光耦U2的输入端与输出端与模数转换芯片相连。电阻R9是上拉电阻，给光耦U2的输出级一定的工作电流，电容五C5为高频的滤波电容，使得信号比较清晰。如果需要信号的反转，也可以把信号反转电路加在这级后面，得到反转的信号。

本实施例中，信号转换电路包括电阻R10、电阻R101及三极管Q2；其中，三极管Q2基极与电阻R101一端连接后的结点连接电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接实时比对电路的输出端，三极管Q2发射极与电阻R101另一端连接后的结点接地，三极管Q2集电极连接隔离输出电路输入端。其结构为了满足对输出波形的初始状态值和占空比的要求。

上述模拟信号采集模块的电路结构能够对温度、湿度等一系列能最终表达成电压信号的模拟量较精确传输和采集，只要对所测模拟量和对应的占空比能实时曲线的标定，那么实际的使用之中就比较容易获得所需采集的模拟量，且电路结构简单，成本低。

本实施例中，PLC控制1模块通过以太网交换机8与上位机9相连，完全满足了遥测、遥信、遥控和无人值班(少人值守)的需要。

本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。