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[摘 要]提出了一套改进的油漆喷涂间空调及排风联动控制系统，分析了该系统的工作流程，为实现在不同工况下空调机组与三台喷涂设备排风的联动控制，保证喷涂间的温度和净化等级到达工艺要求，对控制系统控制方法和系统方案改进进行了详细阐述，最后进行了联动控制实验，结果证明，该解决方案系统能消除油漆车间的安全隐患，成本更低，运行更可靠。
[关键词]油漆间；温度；空调机组；联动控制
中图分类号：TM937.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）36-0024-02
1 引言
随着人们物质文化生活水平的改善以及中国对清洁生产的日渐重视，油漆喷涂在保证高装饰性、高防腐蚀性能的同时，正朝着采用环保材料和工艺、简化工序、减少设备投资和运行费用、节能高产的方向发展[1]。油漆涂装工艺已经从喷油发展到喷粉、电泳喷涂等[2]，与之相对应的涂装设备也是多种多样，性能各有不同。现目前的喷涂设备存在结构设计不合理、对环境污染大和科技含量较低等许多问题[3]。喷涂设备结构的不合理主要有：供气系统与排气系统设备风量供应不合理；设备加工精度较低；无法依照被喷涂工件及涂料特性进行柔性调节[4]；喷涂设备厂家良莠不齐、各自为政。喷涂设备科技含量较低又体现在：自动化程度低；设备适用面窄、运用范围单一、不灵活[5-6]；没有相應的废气废水过滤系统；防火材料选材差、具有安全隐患；设备运行不稳定和不便与维护等[7]。
2 喷涂间设计
新建一油漆喷涂车间，建筑面积约150平方米。按工艺要求，该喷涂间内温度范围是5～30℃，净化等级为8级，湿度无要求。喷涂间安装了三台水帘式喷漆设备，每套喷漆设备的额定排风量为15000m3/h，每套喷涂设备自带排风机。按环保要求，其排风要经活性碳吸附塔处理，每台喷涂设备配备一套吸附塔，吸附塔内又安装一台离心风机，因此一套喷涂设备的通风管道上串联了两级风机。采用了一套小型集中控制系统，将净化空调主机、三台废气处理风机、各个电动阀门和传感器集中进行控制。
2.1 喷涂间工作流程
当喷涂间投入使用时，先启动空调机组，再启动三台处理塔风机运行，喷涂设备排风旁通支路上的电动密闭阀与喷涂设备启停状态相反；喷涂设备不工作时，电动密封阀常开，净化间从旁通支路排风，当任一喷涂设备启动时，相应的电动密闭阀关闭，喷涂设备上的排风机和废气处理塔风机同时工作，保证喷涂设备排风量达到喷涂工艺要求。当三台喷涂设备都工作时，空调送风机以最大送风量送风，若仅一台或两台设备工作，空调送风机以较低频率运行，如图1所示为喷涂间的集中控制系统。
2.2 空调机组控制流程
空调机组是实现喷涂区温度和湿度调节的实际装置，采用变频的控制机理。根据喷涂间室内外压差值调节送风量，以维持室内外压差稳定（15Pa）。在空调机组内的风机段，由变频驱动风机，产生一定的风量，先经过几级灰尘过滤处理，成为洁净空气，再通过装有冷交换器和热交换器的制冷段和加热段，使得输送的空气达到工艺要求的温度。如果输送的空气相对湿度偏低，可以通过空调后部的喷淋器加湿，从而提高了送风的湿度，达到控制喷涂区温湿度要求。
2.2.1温度控制
通过控制冷、热水模组上的热水电动调节阀和冷冻水电动调节阀，分别来改变通过空调机组的热水和冷冻水的流量，从而实现对喷漆室温度控制的目的[8]。空调机组内的热媒为130℃热水，冷媒为7—12℃的冷冻水，进、回水压差不低于1.2bar。
温度控制由以下部分实现：温度传感器、PLC、热水加压泵、冷冻水加压泵、温度调节热阀、温度调节冷阀、制冷器、加热器以及不锈钢管道组成。由于热水、冷冻水均为循环水，基本上可看作定流量循环水系统，供水和回水之间的压力差偏低，所以需要在空调机组的冷、热水模组上，采用加压泵增加供回水压力差并构成二次循环回路，以提高冷、热水交换效率。
利用温度传感器将喷涂间的实际温度转换成电信号，传送给PLC控制器，控制器比较设定值和实际值的结果来判断升温还是降温，最后通过响应的PID运算，发出使温度调节阀运行的信号，使水阀的开度增加或减小，并且调节冷热水交换器中的冷冻水（7～12℃）或热水（90℃）流量，改变其温度，从而就改变了通过的新风温度，实现温度调节控制。
2.3 风机组控制流程
喷漆工艺对环境的要求非常高，除一定的温度、湿度外，还需要以一定速度流动的洁净空气。这些流动的空气是实现环境温度、湿度的必要物质基础，并且相互影响、缺一不可。
风速控制是由以下部分实现的：风速传感器、PLC、变频器、风机。风速传感器将当前风速转换为电信号，送到PLC，经过一定的控裁算法，控制变频器的工作频率，调整风机的转速，达到改变风量、从而改变风速的目的，本控制系统的整定风速由实际使用状态测量理想的风速，然后设定到PLC控制系统的参数表中。
2.4 原设计方案的缺点
上述喷涂间的设计存在以下几个缺点：未考虑喷涂设备自带的排风机与废气处理塔风机的联动控制；将三台喷涂设备的排风机采用变频控制，就需加装三个变频器，从而也就增加了成本，并且当变频器控制失灵时，就会引起喷涂设备排风量达不到工艺要求而影响生产，降低了设备运行的可靠性；原方案采用的是一套独立的集控系统，使成本增加。
3 方案改进
将油漆喷涂间设计为净化间，为达到净化等级要求，生产时喷涂间必须保证一定正压；原设计采用集中控制系统并对喷涂设备排风实行变频控制以保证室内正压的稳定，出于减少投资目的，将集控系统和喷涂排风变频器取消；取消集控系统和排风变频器后，为达到基本的控制功能，满足生产工艺要求和消防安全要求，提出了以下改进方案：
（1）对每套喷涂设备及其废气处理设备风道上的两级排风机采用同时启停的联动控制。喷涂设备电控柜作为主控柜，分别引出两路控制线至废气处理设备的洗涤塔风机控制柜和空调控制柜，并将废气处理设备风机控制柜放置在喷涂设备主控柜旁，消除了油漆车间的安全隐患。 （2）对喷涂设备排风机电控柜内加装延时启动元件，延时时间在0～60s范围内可调。
（3）新增三台排风机，安装在屋面，将三台排风机的进风口与喷涂间回风夹道连接，在进风管上安装电动密闭阀。新增的三台排风机在控制上与空调机组相同，也采用联动控制，最终使得当喷涂间开始使用时，空调主机组在接收到三台排风机的启动信号后，空调主控器先打开电动密闭阀，同时空调送风机启动，待电动密闭阀打开到一定程度时，并且空调送风机达到一定送风量时，三台排风机再进行工作。
（4）喷涂设备和空调的启动联动控制方案改进：在排风机工作而喷涂设备均未工作时，操作者启动任一台喷涂设备，喷涂设备两级排风同时延时启动，空调送风机变频器先增大频率达到一定值后，喷涂设备排风机再启动，若工作要求启动三套喷涂设备，那么要求操作者逐台进行启动，第二、三套喷涂设备排风机的启动控制原理与第一套喷涂设备相同，在任一套喷涂设备排风机延时启动时间段内（约0～60s），空调送风机的频率不受室内外压差計压差信号控制，其余时间受压差信号控制。这要求将三套喷涂设备分别编号1#、2#和3#。除考虑以上3套喷涂设备外，也要考虑新增一套喷涂设备的排风系统也应该与空调联动，需预留相应控制接口。
（5）喷涂设备和空调的停机联动控制方案：当三套喷涂设备在同时工作时要将它们全部停机，则要求操作者进行逐台停机，这时空调送风机频率仅由压差计信号控制；当停掉第一套喷涂设备时，喷涂室内正压逐渐变大，空调送风机频率相应逐渐减小；再停第二套喷涂设备时，空调送风机频率再减小；当第三套喷涂设备停机时，空调也随之停机；若喷涂间仍然在进行非喷涂作业，则需重新启动排风机，空调送风机也随之启动，或在停最后一套喷涂设备前，先启动排风机，稳定后再将最后一套喷涂设备停掉，空调送风机维持较低频率运行。当喷涂间不工作时，操作者手动停掉排风机，空调主机相应自动停机。
（6）增加一套对废气处理洗涤塔中各级过滤器压差进行显示和报警的装置，并且该装置能同时监测4套（含一套备用设备接口）喷涂设备后端活性炭过滤器前后压差，将显示面板安装在喷涂室内便于观察的位置。为进一步提高过滤器的运行可靠性，还要求洗涤塔上也安装电子压差计和指针式压差计。
（7）将原设计方案中安装在三套喷涂设备排风旁通管上的三个电动密闭阀改装到三台排风机的进风管上，仍然受空调主控制器控制。从而使得当消防安全系统检测到喷涂间漆雾浓度超标时，消防安全系统发出信号到三台排风机电控箱，三台排风机就可以自动延时启动，空调主控制器接收到排风机启动信号后立即启动送风机送风。
（8）改进方案要求三台排风机具有手动和自动两种启动方式。手动启停方式便于操作者日常的开关机，而自动方式启动排风机，适用于当喷涂间漆雾浓度超标时，消防安全系统发出控制信号命令，打开一台或者三台排风机。
4 试验结论
将改进后的喷涂间进行了检验试验，得到以下试验结论：
（1）对三套喷涂设备及其废气处理设备风机采用的联动控制的方案，使得喷涂间运行时，各系统在升温、降温、通风、排风等操作更加准确，达到了工艺要求，提高了运行的可靠性。
（2）同时采用了手动和自动的启动方式，保证了喷涂车间在不同工况下的安全运行。
（3）对喷涂设备排风机增加的延时元件，便于控制系统在采集到室内外压差信号后，调整空调送风机频率，保证了室内正压的稳定性。
（4）喷涂设备和空调启停机联动控制方案的采用，使得设备在各种工况下，喷涂间室内的气压差始终能保持稳定。
（5）显示和报警装置的采用，使得控制系统能准确、快速的监测到各级过滤器的压差信号，从而进行相关的排风或送风操作。
5 总结
对油漆喷涂间的设计方案及其工作流程进行了分析，由于原设计方案存在联动控制、制造成本以及运行可靠性等问题，在此基础上提出了相应的改进方法，改进后的系统达到预期控制效果，经过一年多运行检验，系统运行稳定可靠，喷涂间温度、湿度和净化等级均达到工艺要求。
参考文献
[1] 姚国梁.空调变频水泵节能问题探讨.暖通空调.2000。6：20～22.
[2] 刘金平，周登锦.空调系统变冷水温度调节的节能分析.暖通空调.2004，5：28～29.
[3] 高振生，严应政，邓沪秋.空调冷热源方案优化及抉择.暖通空调.2004，4：26～27.
[4] 方承远.工厂电气控制技术.北京：机械工业出版社，2000
[5] 赵明.工厂电气控制设备，北京：机械工业出版社，1995.
[6] 陈小华.现代控制继电器实用技术手册.北京：人民邮电出版社，1998.
[7] 刘光文.常用电器及电气标准.成都：电子科技大学出版社，1994.
[8] 余成波，胡新宇，赵勇.传感器与自动检测技术.北京：高等教育出版社，2004.
作者简介
中国电子科技集团公司第十研究所制造工艺及设备选型安全工程师。
[关键词]油漆间；温度；空调机组；联动控制
中图分类号：TM937.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）36-0024-02
1 引言
随着人们物质文化生活水平的改善以及中国对清洁生产的日渐重视，油漆喷涂在保证高装饰性、高防腐蚀性能的同时，正朝着采用环保材料和工艺、简化工序、减少设备投资和运行费用、节能高产的方向发展[1]。油漆涂装工艺已经从喷油发展到喷粉、电泳喷涂等[2]，与之相对应的涂装设备也是多种多样，性能各有不同。现目前的喷涂设备存在结构设计不合理、对环境污染大和科技含量较低等许多问题[3]。喷涂设备结构的不合理主要有：供气系统与排气系统设备风量供应不合理；设备加工精度较低；无法依照被喷涂工件及涂料特性进行柔性调节[4]；喷涂设备厂家良莠不齐、各自为政。喷涂设备科技含量较低又体现在：自动化程度低；设备适用面窄、运用范围单一、不灵活[5-6]；没有相應的废气废水过滤系统；防火材料选材差、具有安全隐患；设备运行不稳定和不便与维护等[7]。
2 喷涂间设计
新建一油漆喷涂车间，建筑面积约150平方米。按工艺要求，该喷涂间内温度范围是5～30℃，净化等级为8级，湿度无要求。喷涂间安装了三台水帘式喷漆设备，每套喷漆设备的额定排风量为15000m3/h，每套喷涂设备自带排风机。按环保要求，其排风要经活性碳吸附塔处理，每台喷涂设备配备一套吸附塔，吸附塔内又安装一台离心风机，因此一套喷涂设备的通风管道上串联了两级风机。采用了一套小型集中控制系统，将净化空调主机、三台废气处理风机、各个电动阀门和传感器集中进行控制。
2.1 喷涂间工作流程
当喷涂间投入使用时，先启动空调机组，再启动三台处理塔风机运行，喷涂设备排风旁通支路上的电动密闭阀与喷涂设备启停状态相反；喷涂设备不工作时，电动密封阀常开，净化间从旁通支路排风，当任一喷涂设备启动时，相应的电动密闭阀关闭，喷涂设备上的排风机和废气处理塔风机同时工作，保证喷涂设备排风量达到喷涂工艺要求。当三台喷涂设备都工作时，空调送风机以最大送风量送风，若仅一台或两台设备工作，空调送风机以较低频率运行，如图1所示为喷涂间的集中控制系统。
2.2 空调机组控制流程
空调机组是实现喷涂区温度和湿度调节的实际装置，采用变频的控制机理。根据喷涂间室内外压差值调节送风量，以维持室内外压差稳定（15Pa）。在空调机组内的风机段，由变频驱动风机，产生一定的风量，先经过几级灰尘过滤处理，成为洁净空气，再通过装有冷交换器和热交换器的制冷段和加热段，使得输送的空气达到工艺要求的温度。如果输送的空气相对湿度偏低，可以通过空调后部的喷淋器加湿，从而提高了送风的湿度，达到控制喷涂区温湿度要求。
2.2.1温度控制
通过控制冷、热水模组上的热水电动调节阀和冷冻水电动调节阀，分别来改变通过空调机组的热水和冷冻水的流量，从而实现对喷漆室温度控制的目的[8]。空调机组内的热媒为130℃热水，冷媒为7—12℃的冷冻水，进、回水压差不低于1.2bar。
温度控制由以下部分实现：温度传感器、PLC、热水加压泵、冷冻水加压泵、温度调节热阀、温度调节冷阀、制冷器、加热器以及不锈钢管道组成。由于热水、冷冻水均为循环水，基本上可看作定流量循环水系统，供水和回水之间的压力差偏低，所以需要在空调机组的冷、热水模组上，采用加压泵增加供回水压力差并构成二次循环回路，以提高冷、热水交换效率。
利用温度传感器将喷涂间的实际温度转换成电信号，传送给PLC控制器，控制器比较设定值和实际值的结果来判断升温还是降温，最后通过响应的PID运算，发出使温度调节阀运行的信号，使水阀的开度增加或减小，并且调节冷热水交换器中的冷冻水（7～12℃）或热水（90℃）流量，改变其温度，从而就改变了通过的新风温度，实现温度调节控制。
2.3 风机组控制流程
喷漆工艺对环境的要求非常高，除一定的温度、湿度外，还需要以一定速度流动的洁净空气。这些流动的空气是实现环境温度、湿度的必要物质基础，并且相互影响、缺一不可。
风速控制是由以下部分实现的：风速传感器、PLC、变频器、风机。风速传感器将当前风速转换为电信号，送到PLC，经过一定的控裁算法，控制变频器的工作频率，调整风机的转速，达到改变风量、从而改变风速的目的，本控制系统的整定风速由实际使用状态测量理想的风速，然后设定到PLC控制系统的参数表中。
2.4 原设计方案的缺点
上述喷涂间的设计存在以下几个缺点：未考虑喷涂设备自带的排风机与废气处理塔风机的联动控制；将三台喷涂设备的排风机采用变频控制，就需加装三个变频器，从而也就增加了成本，并且当变频器控制失灵时，就会引起喷涂设备排风量达不到工艺要求而影响生产，降低了设备运行的可靠性；原方案采用的是一套独立的集控系统，使成本增加。
3 方案改进
将油漆喷涂间设计为净化间，为达到净化等级要求，生产时喷涂间必须保证一定正压；原设计采用集中控制系统并对喷涂设备排风实行变频控制以保证室内正压的稳定，出于减少投资目的，将集控系统和喷涂排风变频器取消；取消集控系统和排风变频器后，为达到基本的控制功能，满足生产工艺要求和消防安全要求，提出了以下改进方案：
（1）对每套喷涂设备及其废气处理设备风道上的两级排风机采用同时启停的联动控制。喷涂设备电控柜作为主控柜，分别引出两路控制线至废气处理设备的洗涤塔风机控制柜和空调控制柜，并将废气处理设备风机控制柜放置在喷涂设备主控柜旁，消除了油漆车间的安全隐患。 （2）对喷涂设备排风机电控柜内加装延时启动元件，延时时间在0～60s范围内可调。
（3）新增三台排风机，安装在屋面，将三台排风机的进风口与喷涂间回风夹道连接，在进风管上安装电动密闭阀。新增的三台排风机在控制上与空调机组相同，也采用联动控制，最终使得当喷涂间开始使用时，空调主机组在接收到三台排风机的启动信号后，空调主控器先打开电动密闭阀，同时空调送风机启动，待电动密闭阀打开到一定程度时，并且空调送风机达到一定送风量时，三台排风机再进行工作。
（4）喷涂设备和空调的启动联动控制方案改进：在排风机工作而喷涂设备均未工作时，操作者启动任一台喷涂设备，喷涂设备两级排风同时延时启动，空调送风机变频器先增大频率达到一定值后，喷涂设备排风机再启动，若工作要求启动三套喷涂设备，那么要求操作者逐台进行启动，第二、三套喷涂设备排风机的启动控制原理与第一套喷涂设备相同，在任一套喷涂设备排风机延时启动时间段内（约0～60s），空调送风机的频率不受室内外压差計压差信号控制，其余时间受压差信号控制。这要求将三套喷涂设备分别编号1#、2#和3#。除考虑以上3套喷涂设备外，也要考虑新增一套喷涂设备的排风系统也应该与空调联动，需预留相应控制接口。
（5）喷涂设备和空调的停机联动控制方案：当三套喷涂设备在同时工作时要将它们全部停机，则要求操作者进行逐台停机，这时空调送风机频率仅由压差计信号控制；当停掉第一套喷涂设备时，喷涂室内正压逐渐变大，空调送风机频率相应逐渐减小；再停第二套喷涂设备时，空调送风机频率再减小；当第三套喷涂设备停机时，空调也随之停机；若喷涂间仍然在进行非喷涂作业，则需重新启动排风机，空调送风机也随之启动，或在停最后一套喷涂设备前，先启动排风机，稳定后再将最后一套喷涂设备停掉，空调送风机维持较低频率运行。当喷涂间不工作时，操作者手动停掉排风机，空调主机相应自动停机。
（6）增加一套对废气处理洗涤塔中各级过滤器压差进行显示和报警的装置，并且该装置能同时监测4套（含一套备用设备接口）喷涂设备后端活性炭过滤器前后压差，将显示面板安装在喷涂室内便于观察的位置。为进一步提高过滤器的运行可靠性，还要求洗涤塔上也安装电子压差计和指针式压差计。
（7）将原设计方案中安装在三套喷涂设备排风旁通管上的三个电动密闭阀改装到三台排风机的进风管上，仍然受空调主控制器控制。从而使得当消防安全系统检测到喷涂间漆雾浓度超标时，消防安全系统发出信号到三台排风机电控箱，三台排风机就可以自动延时启动，空调主控制器接收到排风机启动信号后立即启动送风机送风。
（8）改进方案要求三台排风机具有手动和自动两种启动方式。手动启停方式便于操作者日常的开关机，而自动方式启动排风机，适用于当喷涂间漆雾浓度超标时，消防安全系统发出控制信号命令，打开一台或者三台排风机。
4 试验结论
将改进后的喷涂间进行了检验试验，得到以下试验结论：
（1）对三套喷涂设备及其废气处理设备风机采用的联动控制的方案，使得喷涂间运行时，各系统在升温、降温、通风、排风等操作更加准确，达到了工艺要求，提高了运行的可靠性。
（2）同时采用了手动和自动的启动方式，保证了喷涂车间在不同工况下的安全运行。
（3）对喷涂设备排风机增加的延时元件，便于控制系统在采集到室内外压差信号后，调整空调送风机频率，保证了室内正压的稳定性。
（4）喷涂设备和空调启停机联动控制方案的采用，使得设备在各种工况下，喷涂间室内的气压差始终能保持稳定。
（5）显示和报警装置的采用，使得控制系统能准确、快速的监测到各级过滤器的压差信号，从而进行相关的排风或送风操作。
5 总结
对油漆喷涂间的设计方案及其工作流程进行了分析，由于原设计方案存在联动控制、制造成本以及运行可靠性等问题，在此基础上提出了相应的改进方法，改进后的系统达到预期控制效果，经过一年多运行检验，系统运行稳定可靠，喷涂间温度、湿度和净化等级均达到工艺要求。
参考文献
[1] 姚国梁.空调变频水泵节能问题探讨.暖通空调.2000。6：20～22.
[2] 刘金平，周登锦.空调系统变冷水温度调节的节能分析.暖通空调.2004，5：28～29.
[3] 高振生，严应政，邓沪秋.空调冷热源方案优化及抉择.暖通空调.2004，4：26～27.
[4] 方承远.工厂电气控制技术.北京：机械工业出版社，2000
[5] 赵明.工厂电气控制设备，北京：机械工业出版社，1995.
[6] 陈小华.现代控制继电器实用技术手册.北京：人民邮电出版社，1998.
[7] 刘光文.常用电器及电气标准.成都：电子科技大学出版社，1994.
[8] 余成波，胡新宇，赵勇.传感器与自动检测技术.北京：高等教育出版社，2004.
作者简介
中国电子科技集团公司第十研究所制造工艺及设备选型安全工程师。