通过空调控制系统智能调节车间温度

发布时间：2011-04-18 作者：Paul Garcia Wago公司

        YH美国公司（YHA）主要生产汽车流体输送产品、密封剂、助力转向系统和刹车部件。公司在在美国大学广播电台Bluegrass Country的评比中，始终稳坐该行业的头把交椅。汽车行业在经过了一段历史低谷的艰难前行之后，正在重新起飞，这对位于肯塔基州凡尔赛市的YHA公司来说，不啻为天大的好消息。
        “2009年的生产下滑，导致我们开工不足，”YHA的电气控制专家John Martin解释说：“现在公司又重新开足了马力。我们新增了三十台管材成型机，每台都使用一个二十马力的液压泵马达。”在这个扩展中的面积为十二万平方英尺的生产基地中，实际上增加了功率为600马力的热能，因此，YHA必须尽快找到方法为280名两班倒的员工提供凉爽的工作环境。

YHA公司12万平米开放式的工厂，有280名工人两班倒进行生产。车间的顶部装有16套空调机组用于制冷，办公室区域装有6套。

        同步设定
        为了解决这一问题，YHA在车间顶棚安装了22套空调，每台都由管道下方封闭在密码箱内的可编程恒温器控制。虽然看起来好像很简单，但是实际上是非常糟糕的。
        “可编程温控器没有备用电池，”Martin解释道：“因此，如果我们有一个电能闪烁指示，即便它不能关闭制造设备，我们也不需要对每一个空调机组进行重新调节了。看起来，我们永远也无法实现这些同步设定了。”
        员工需要爬着去检查每一台温控器，感受每一个管道的空气流速。除此之外，还有其他不确定的因素。比如：空调中的冷却液是不是充足？压缩机是否正常工作？回答这些问题，需要取决于人的效率。从轮换的角度说，这些空调机组是否合理闲置？周末的时候，温度是否调回六度到八十六华氏度？公司需要一套统一的方法监视和控制每一条管道，尽快拆除屋顶上每台空调机组上的温控器。
        Martin选择了Pro-Face、Air Hydro Power和Wago公司。他们帮助他设计一套完善的空调控制系统。Wago公司提供了22台Wago PFC（及输入输出模块）、一台电源、Topjob接线端子，并将所有这些连接在一起。为了保证效率最高，YHA亲自执行了从安装机箱到控制编程的整个项目过程。常规的空调服务和维修，则由承包商完成。
        “我们在管道下方每一个主要的支撑梁上都安装了Wago IP65等级的机箱，”他解释道。项目还使用了22台Wago 750-84以太网TCP/IP可编程现场总线控制器（PFC）以及与之搭配的输入输出模块。在温度控制方面，项目使用了Wago的750-512中继输出模块。

P65等级的机箱中，包括PFC、电源组件和接线端子。三相电力测量也正在被整合到其中，以便于查看能源使用情况和“耗能大户”所在。

        YHA通过两个阶段排放冷/热空气：阶段1（使用两台压缩机）和阶段2（使用四台压缩机）。Wago的750-461型双通道RTD输入模块与传感器搭配使用，这些传感器通过次级RTD输入模块监控每一条管道和屋顶空调设备的温度。这么做能够起作用的原因在于，车间尤其是大型区域被分割为区域1（开放的生产车间和休息室，有16台空调机组服务）和区域2（办公室，有6台空调机组服务）。
        两个区域之间的协调工作由两台Wago 750-871型以太网TCP/IP可编程现场总线控制器完成，每一台PFC可以确保空调按照编程要求切换到夜间或者舒适模式。“同时，它为每一套空调机组的750-841型PFC提供支持。因此，如果出现断电的情况，750-871型以太网PFC就会接管控制，”Martin说道。他也建议说，如果只是在主控制器周围安装I/O系统，就没有这种灵活性。
        人机界面
        YHA选择了8英寸Pro-Face人机界面来连接Wago的PFC网络浏览器，用以获取操作状态、阶段（比如制冷第一阶段/第二阶段、制热第一阶段/第二阶段）以及22根管道温度的实时系统反馈。这些系统都允许远程接入。

通过替换封闭在密码箱的可编程温控器，由22台PFC控制的空调系统获得了更高的效率和可靠性。

Pro-Face 的HMI与Wago的PFC网络浏览器相连，实现实时反馈，方便远程接入。

        “维修主管或者是车间工作人员都可以过来看一眼，”Martin说：“那个蓝色LED在闪烁吗？有机组需要制冷吗？如果程序变化的时候管道温度不变，我们可以去找承包商。这对诊断来说非常重要，对于故障定位更是大有帮助。”
        Martin在YHA主要的角色是控制设计、机器修正以及制造工程。他学习了CoDeSys编程软件，运用一个制冷和一个制热输出功能模块以及一个辅助功能模块，实现两阶段制冷和制热。
        新的空调控制系统帮助YHA遵循ISO 14001环境管理体系。YHA的员工每个月会开一次会，减少垃圾和能耗，促进循环利用。而同时，控制也节约了空调相关的费用。
        “过去的六七年里，我们在夏天的时候光是空调一项每个月就要花费一万美金，”Martin承认：“这就像一个无底洞，我们根本不知道HVAC系统真正的能耗以及相应的费用情况。”
        控制成本
        八台Wago 750-493型三相电力测量模块，将用于测量HVAC系统实际消耗的电量。Martin和YHA总裁Ed Behn都很支持这项工作。
        “现在，我们对于HVAC系统第一步的能源目标，是每年节约两万美元，”Martin说：“在HVAC系统上的投资预计在两年的时间内收到回报。不过，随着750-493网络功能的启动，这一时间可能会发生变化。”
        在2010年5月，Martin说，尽管增加了600马力的热功率，能耗还是略低于YHA在HVAC系统实现自动化之前的历史最低值。这一数据有助于应用的广泛推广。当有新设备添加进来的时候，YHA可以测量它们的影响。除了帮助制定决策之外，这些数据还可以协助其进行故障定位。
        事实上，收益不仅仅体现在财务报表上。“如果机器在启动的时候需要更多的电力，我们将把它视为‘耗电大户’。然后，通过改变电机或者进行其他的更改来减少能耗。”
        尽管现在还没有安装电力测量模块，但YHA将进行更多改变。每一台空调机组现在都装备有一个传感器驱动的节能装置，如果周边的温度和湿度允许，它就可以通过风扇抽入或者抽出冷气，尽量减少使用压缩机。然而，电阻式传感器不能仅仅依靠风扇，因此Martin正在将它们与Wago的空调控制一起使用，希望可以比风扇制冷更加显著的降低能耗。
        随着空调自动化项目接近完成，Martin指出：“采暖通风系统是能耗大户，因此我的建议是首先安装测量设备。这样，你才能在资源分配方面做出最好的决策。”
        随着客户偏好的不断变化以及日益严格的排放标准和经济形势，汽车行业的未来发展充满了挑战。更加舒适的工作环境、制冷设备和低能耗，将会帮助YHA紧跟时代的脚步。