本项目是通过政府采购中心招标承建的四个环境实验室建设项目，包括纸张试验室，化工试验室，油墨试验室和可靠性试验室。根据四个试验室的参数控制精度和要求不同，采用了不同的空调自控策略，对于控制精度要求较高的系统采用了串级控制的方式，经调试运行均达到了预定的要求。从2005年3月31日投入使用以来一直运行稳定，受到了用户的好评。本文介绍了本项目实施过程中的一些体会。
[关键词]恒温恒湿自控系统串级控制PI调节
1前言
自动控制理论分为经典控制理论和现代控制理论，经典控制理论以反馈控制原理为基础，以传递函数为工具，主要研究单输入-单输出反馈控制系统的理论问题，采用的主要研究方法有根轨迹法和频率法；而现代控制理论以数学矩阵为工具方法，主要研究多变量、变参数、非线性输入-输出的反馈控制系统的理论问题，主要发展分支有控制、自适应控制、系统识别、数字仿真以及大系统工程和人工智能控制。本项目采用了经典控制中的串级控制方法。
随着人类的进步和科学技术的飞速发展以及国防科技的需要，某些实验过程和生产过程需要在一定精度的恒温恒湿超净环境下进行，如何合理建设一个高精度的恒温恒湿实验室就很重要。本文结合四个环境实验室工程谈一谈空调自控系统在项目实施中的一些体会。
2空调自控系统设计
2.1技术参数
四个环境实验室技术参数要求如下：
纸张试验室：温度23℃±1℃，湿度50%±2%HR
化工试验室：温度23℃±1℃，湿度50%±5%HR
油墨试验室：温度25℃±1℃，湿度65%±5%HR
可靠性试验室：温度15℃~45℃，湿度30%HR~90%HR，温度以0.7℃~1.0℃/min的升降速率按规定好的温度变化要求进行调节。
2.2系统组成
由于空调系统冷热惰性大，变化滞后时间长，系统参数控制采用了串级控制的方式。根据四个试验室不同技术参数要求，采用了不同的空调自控系统，其中纸张、化工和油墨试验室的空调自控系统类同，只是配置硬件精度及控制策略上有所不同。空调系统的组成及监控点设置见图1，由风冷冷风机组、一级电加热器、二级电加热器、电热加湿器等组成，其特点是直接控制冷机，不控制冷热水，控制难度比较大。一级电加热器采用固态继电器控制，二级电加热器采用可控硅控制，所不同的是硬件上纸张试验室控制精度要求高，系统采用了进口的高精度电热加湿器和进口的高精度回风温湿度变送器；而化工和油墨试验室控制精度要求不高，系统采用了国产的电热加湿器和普通精度的回风温湿度变送器，软件上纸张试验室采用了开机时如果室外温度低于某一温度（如5℃），则停止制冷机运行，否则启动制冷机运行，直到做完本次实验为止的方式，而化工和油墨试验室则采用了在使用过程中允许制冷机间隙运行的方式。可靠性试验室空调系统由恒温恒湿空调机组另配电加热器组成。新风与回风混合后经恒湿恒湿空调机组及电加热器进行冷热湿处理后送入可靠性试验室，再经回风进行循环。现以纸张实验室为例进行有关说明。
2.3空调监控功能
系统一按键启停：送风机、制冷机由DDC弱电控制箱一按键启停控制
新风阀联锁控制：新风阀与送风机联锁开关控制
制冷机联锁控制：制冷机与送风机联锁启停控制
电加热联锁控制：电加热与送风机及高温报警联锁控制
电加湿联锁控制：电热加湿器与送风机联锁控制
温湿度参数控制：制冷机运行时降温除湿，利用电加热器串级调节室内温度，利用电热加湿器调节室内湿度
2.4串级温度控制
由于温度变化对湿度影响很大，要想实现湿度±2%的控制精度，温度必须控制在±0.5℃以内，本项目采用了串级温度控制的方法，并引入了房间围护结构冷热传递系统和空调系统匹配合理性系数的概念，送风串级温度目标值的函数关系如下：
TSP2=f(TSP1，Tw，Tn)
其中TSP2送风串级温度目标值
TSP1室内设定温度
TW室外实测温度
Tn&mdash室内实测温度
参数控制采用了PI调节规律。
3空调自控系统施工调试运行
3.1自控设备安装
自控设备的安装位置很重要，一定要根据现场实际情况选择合理的位置安装自控设备，使自控设备充分发挥作用，必要时在空调系统设计施工中就要提出要求。
3.2自控系统调试
在完成自控设备的安装接线，空调设备手动运行正常之后，首先进行空调自控设备硬件测试，再进行软件调试，通过观察上位机参数曲线变化情况，改变不同的PI值，直到找到合适PI的控制参数和有关设定值。
3.3运行曲线
图2是纸张实验室于2005年3月30日5点55分~12点57分的参数运行曲线，上面曲线为湿度曲线，下面曲线为温度曲线。由图可见自控系统由静态开始运行后，很快进入了稳定区，进入稳定区后，温度变化范围为22.6℃~23.3℃，湿度变化范围为49.3%RH~50.7%RH，均在设计控制精度范围内，满足了用户的技术参数要求。
3.4系统测试报告
以下为用户委托计量单位进行检测的测试报告摘录。
纸张试验室：
a．测试点分布图
测试点与工作室内壁距离：200mm
下层测试点距工作台上方：10mm
b．测试仪器
精密露点仪，温度精度：±0.1℃，湿度精度：±1%
温湿度巡显仪，温度精度±0.2℃，湿度精度：±1%。
c．参数要求
标称温度：23℃标称温度精度：（23±1）℃
标称湿度：50%RH标称湿度精度：（50±2）%RH
d．自控设定值
温度设定：23℃
湿度设定：50%RH
e．实测数据
f．数据分析
温度正偏差：+0.2℃温度负偏差：-0.5℃温度均匀度：0.7℃温度波动度：±0.35℃
湿度正偏差：+0.4%RH湿度负偏差：-1.0%RH湿度均匀度：1.4%RH湿度波动度：±0.7%RH
g．结果:符合设计要求。
4．结论
通过本工程项目我们认为空调系统采用风冷冷风机组连续运行加电加热和电热加湿，自控系统采用串级控制的方法完全可以实现温度±0.5℃湿度±1%RH高精度恒湿恒湿项目的要求；如果空调系统采用双压缩机加电加热和电热加湿，而自控系统采用串级控制的方法，压缩机间隙运行也可以实现温度±0.5℃湿度±2%RH高精度恒温恒湿项目的要求。