，為復雜環(huán)境參數(shù)的高精度調(diào)節(jié)提供了堅實保障。

一

；蜷_關(guān)狀態(tài)。

模擬量輸出模塊 (AO)： 對需要連續(xù)調(diào)節(jié)的執(zhí)行器（如比例調(diào)節(jié)閥、變頻器驅(qū)動的水泵/風機）輸出控制信號（如4-20mA）

。

• CPU： 執(zhí)行用戶編寫的控制程序

  ，處理邏輯運算、PID計算及通信任務
  。

• I/O模塊：

• 通信模塊： 實現(xiàn)PLC與上位機（HMI/SCADA）

  、其他PLC或樓宇管理系統(tǒng)（BMS）的數(shù)據(jù)交互（常用Modbus TCP/IP、Profinet
  、EtherNet/IP）
  。

執(zhí)行層 - 環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備：

• 制冷系統(tǒng)： 壓縮機、冷凝器

  、蒸發(fā)器（表冷器）
  、節(jié)流裝置。

• 加熱系統(tǒng)： 電加熱管

  、熱水/蒸汽加熱盤管及控制閥
  。

• 加濕系統(tǒng)： 電極/電熱蒸汽加濕器、高壓噴霧/超聲波加濕器

  、濕膜加濕器

  。

• 除濕系統(tǒng)： 除濕主要依賴制冷系統(tǒng)（通過表冷器冷凝除濕），特殊場合使用轉(zhuǎn)輪除濕機

  。

• 送風系統(tǒng)： 風機（常配變頻器）

  、風閥

  、風道。

人機交互層 - HMI/SCADA：

• 提供直觀的圖形化界面

  ，顯示實時溫濕度

  、設(shè)備狀態(tài)、歷史曲線

  、報警信息

  。

• 允許操作人員設(shè)定目標值、調(diào)整控制參數(shù)

  、啟停設(shè)備
  、確認報警。

二

、 PLC的核心控制邏輯與策略

PLC作為控制大腦

，其內(nèi)部程序是實現(xiàn)精準、穩(wěn)定、高效控制的關(guān)鍵：

1. 數(shù)據(jù)采集與處理：

• 通過AI模塊周期性地

  、高速掃描讀取所有溫濕度傳感器信號。

• 進行濾波（如移動平均

  、中值濾波）消除噪聲干擾
  。

• 進行工程單位換算（如將4-20mA電流值轉(zhuǎn)換為實際的℃和%RH）。

• 數(shù)據(jù)有效性檢查（超量程

  、斷線檢測）
  。

2. 閉環(huán)控制算法 - PID的精髓：

• 比例項 (P)： 提供與當前偏差成比例的基本響應，快速減小偏差

  。

• 積分項 (I)： 累積歷史偏差，消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差（如環(huán)境熱損失造成的溫差）

  。

• 微分項 (D)： 預測偏差未來的變化趨勢

  ，抑制超調(diào)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性
  。

• PLC最核心的任務是運行PID（比例-積分-微分）控制算法

  。

• 溫度控制回路： 將實測溫度與設(shè)定值比較，產(chǎn)生偏差e(t)

  。PID根據(jù)偏差大小
  、持續(xù)時間和變化趨勢，計算出控制量（如加熱功率百分比或制冷閥開度）：

• 濕度控制回路： 原理相同

  ，控制對象變?yōu)榧訚衿鬏敵龌虺凉衲芰ΓㄍǔＭㄟ^調(diào)節(jié)表冷器溫度或除濕機啟停）
  。

• 參數(shù)整定： PID參數(shù)（Kp, Ki, Kd）的設(shè)定至關(guān)重要，直接影響系統(tǒng)響應速度

  、穩(wěn)定性和精度
  。需根據(jù)系統(tǒng)特性（慣性
  、滯后）進行現(xiàn)場調(diào)試整定或使用自整定功能。

3. 高級控制策略：

• 解耦控制： 溫度

  、濕度調(diào)節(jié)常相互影響（如制冷除濕會同時降溫）
  。PLC需實現(xiàn)一定程度的解耦邏輯（如濕度優(yōu)先時，補償加熱）

  。

• 分程控制： 針對同一參數(shù)（如溫度）

  ，協(xié)調(diào)控制冷熱兩個相反方向的執(zhí)行器（如制冷閥和加熱器），避免冷熱抵消造成的能源浪費

  。

• 前饋控制： 對可測量的主要干擾（如新風溫濕度變化

  、設(shè)備發(fā)熱量突變）提前做出補償控制，提升抗干擾能力

  。

• 設(shè)備互鎖與保護： 嚴格的安全邏輯（如壓縮機啟停延時保護

  、風機運行是加熱/加濕/制冷的前提條件、傳感器故障時的安全模式）
  。

4. 邏輯控制與模式管理：

• 設(shè)備啟停順序控制（如開機先開風機

  ，再開冷熱源；關(guān)機反之）
  。

• 運行模式切換（自動/手動/值班/節(jié)能模式）

  。

• 時序控制： 根據(jù)預設(shè)時間表自動切換設(shè)定值（如晝夜模式、周末模式）

  。

5. 報警與事件管理：

• 實時監(jiān)測參數(shù)超限（高/低溫

  、高/低濕）、設(shè)備故障（過載
  、傳感器失效
  、通信中斷）。

• 記錄報警事件（時間

  、類型
  、值），觸發(fā)聲光提示
  、消息推送
  、或聯(lián)動備用設(shè)備。

三

、 PLC控制的顯著優(yōu)勢

相較于傳統(tǒng)繼電器控制或簡單的溫濕度控制器

，PLC方案優(yōu)勢突出：

• 高精度與穩(wěn)定性： 強大的PID算法處理能力和高速掃描周期確保溫濕度波動范圍極小（如±0.5℃, ±2%RH）

  。

• 靈活性與可擴展性： 程序可編程

  ，適應不同工藝需求；I/O模塊可擴展，方便系統(tǒng)擴容或改造
  。

• 強大邏輯處理能力： 輕松實現(xiàn)復雜連鎖

  、互鎖、時序

  、模式切換等邏輯

  。

• 卓越的可靠性與抗干擾性： 工業(yè)級設(shè)計，適應惡劣環(huán)境

  ，平均無故障時間長

  。

• 集中監(jiān)控與管理： 通過HMI/SCADA實現(xiàn)遠程集中監(jiān)控、數(shù)據(jù)記錄

  、報表生成

  ，便于維護和管理。

• 易于集成： 標準通信接口

  ，易于融入工廠自動化網(wǎng)絡或樓宇管理系統(tǒng)

  。

四、 應用場景實例

• 制藥車間： 嚴格遵守GMP規(guī)范

  ，PLC精確控制潔凈區(qū)的溫濕度

  ，保障藥品生產(chǎn)環(huán)境。

• 電子廠房： 防止靜電

  、控制錫膏焊接質(zhì)量

  ，精密電子制造對溫濕度極其敏感。

• 數(shù)據(jù)中心機房： 維持服務器最佳運行環(huán)境

  ，防止設(shè)備過熱或濕度過高導致冷凝

  。

• 博物館/檔案館： 保護珍貴文物、古籍免受溫濕度變化帶來的物理化學損害

  。

• 生物實驗室： 細胞培養(yǎng)

  、動物房等需要高度穩(wěn)定的特定環(huán)境。

• 高端農(nóng)業(yè)（溫室）： 優(yōu)化植物生長環(huán)境

  ，實現(xiàn)精準農(nóng)業(yè)

  。

五、 實施與維護要點

• 合理選型： 根據(jù)控制點數(shù)量

  、復雜度、精度要求選擇合適的PLC型號及I/O模塊（特別是AI模塊的分辨率和精度）
  。

• 精確的傳感器部署： 傳感器位置要代表被測區(qū)域真實環(huán)境

  ，避免局部熱源、氣流死角影響
  。

• 專業(yè)的PID參數(shù)整定： 這是系統(tǒng)性能優(yōu)劣的關(guān)鍵

  ，需要經(jīng)驗豐富的工程師調(diào)試。

• 完善的報警系統(tǒng)： 設(shè)置合理閾值

  ，確保故障能被及時發(fā)現(xiàn)和處理

  。

• 定期維護： 校準傳感器

  、清潔設(shè)備（尤其是加濕器水垢、表冷器灰塵）

  、檢查執(zhí)行機構(gòu)

  、備份程序。

結(jié)語

PLC以其強大的控制內(nèi)核