梁婷 郭瑞庭 王磊

摘 要：在環(huán)境風(fēng)洞試驗(yàn)室中，新風(fēng)系統(tǒng)是凈化試驗(yàn)艙內(nèi)空氣，補(bǔ)充新鮮干燥的空氣以及維持試驗(yàn)艙內(nèi)濕度穩(wěn)定的必要系統(tǒng)。該文主要介紹了在某環(huán)境風(fēng)洞試驗(yàn)室中新風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，著重從該新風(fēng)系統(tǒng)的除濕原理、主要工作部件、工作過程以及控制系統(tǒng)等方面進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：新風(fēng)系統(tǒng)；環(huán)境風(fēng)洞試驗(yàn)室；控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TU831 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

環(huán)境風(fēng)洞試驗(yàn)室是在室內(nèi)條件下，利用人工方法模擬汽車行駛時(shí)的自然環(huán)境，包括溫度、濕度、日照模擬、氣流和道路負(fù)載等。在環(huán)境風(fēng)洞試驗(yàn)室中， 新風(fēng)系統(tǒng)一方面通過除濕和加濕系統(tǒng)的相互配合實(shí)現(xiàn)了對(duì)濕度的控制和調(diào)節(jié)，另一方面為環(huán)境艙補(bǔ)充新鮮空氣，以平衡試驗(yàn)中尾氣排放系統(tǒng)形成的負(fù)壓。當(dāng)?shù)妆P測功室空氣過于渾濁時(shí)，還可以通過開啟新風(fēng)系統(tǒng)的旁通閥門進(jìn)行凈化通風(fēng)。

1 新風(fēng)系統(tǒng)除濕原理

由新風(fēng)系統(tǒng)產(chǎn)生的干燥空氣，經(jīng)過再熱處理后通過送風(fēng)管道進(jìn)入環(huán)境艙內(nèi)，空氣中的水蒸氣含量逐漸減小，相對(duì)濕度也越來越小，可以達(dá)到環(huán)境艙除濕目的。

2 新風(fēng)系統(tǒng)主要組成部件及工作過程

2.1 新風(fēng)系統(tǒng)主要部件

新風(fēng)系統(tǒng)主要部件由轉(zhuǎn)筒除濕機(jī)、補(bǔ)風(fēng)風(fēng)機(jī)、過濾器、電控柜、電加熱器、壓力傳感器、控制面板、風(fēng)管等構(gòu)成（圖1為新風(fēng)系統(tǒng)主要部件圖解），其中轉(zhuǎn)筒除濕機(jī)是新風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)成的核心部分，它對(duì)新風(fēng)系統(tǒng)除濕功能起決定性作用。

轉(zhuǎn)筒除濕機(jī)的轉(zhuǎn)子由特殊復(fù)合材料制成，可以有效吸收和鎖住空氣中的水分子，并且可以達(dá)到長期使用的要求：當(dāng)轉(zhuǎn)子正向旋轉(zhuǎn)時(shí)空氣中的水分會(huì)被轉(zhuǎn)筒內(nèi)的特殊吸水材料大量吸收，反之除濕機(jī)中的水分子則在離心作用下被熱空氣帶走。

①排氣管；②壓力傳感器（1 Pa～1000 Pa）；③補(bǔ)風(fēng)抽風(fēng)風(fēng)扇④控制系統(tǒng)顯示屏；⑤旁通風(fēng)管；⑥右排氣管；⑦加熱器；⑧電控板；⑨轉(zhuǎn)筒驅(qū)動(dòng)電機(jī)；⑩轉(zhuǎn)筒除濕機(jī)；左排氣管；安全閥（20 Pa～300 Pa）；旁通門蓋板；壓力傳感器（0 Pa～5000 Pa）；補(bǔ)風(fēng)進(jìn)風(fēng)口過濾器；排濕風(fēng)扇；集水板；風(fēng)扇接合器；排濕進(jìn)風(fēng)口過濾器；排濕進(jìn)風(fēng)口加熱器 。

2.2 新風(fēng)系統(tǒng)的工作過程

新風(fēng)系統(tǒng)工作過程如圖2所示，環(huán)境艙外部空氣分為兩路進(jìn)入新風(fēng)系統(tǒng)，一部分空氣由補(bǔ)風(fēng)進(jìn)風(fēng)口經(jīng)過高密度海綿濾芯過濾器的凈化，和制冷機(jī)組的蒸發(fā)器冷卻減濕處理，其焓值、溫度及含濕量均降低，之后被補(bǔ)風(fēng)抽風(fēng)風(fēng)扇吸入緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的除濕轉(zhuǎn)筒，經(jīng)過進(jìn)一步的干燥，再由電加熱器的等濕加熱處理后進(jìn)入環(huán)境艙；另一部分空氣則由排濕進(jìn)風(fēng)口經(jīng)過高密度海綿濾芯過濾器凈化后，經(jīng)過排濕進(jìn)風(fēng)口加熱器的升溫加濕處理，空氣的焓值、溫度及含濕量均升高，由排濕風(fēng)扇將熱濕空氣反向抽出除濕轉(zhuǎn)筒，熱濕空氣將轉(zhuǎn)筒中吸收的水分子帶走，并通過排氣口排出試驗(yàn)室外。根據(jù)除濕轉(zhuǎn)筒的特性，兩路空氣在除濕轉(zhuǎn)筒中同時(shí)作用使轉(zhuǎn)筒中的水量達(dá)到平衡，確保新風(fēng)系統(tǒng)能持續(xù)不斷地工作，即使是在低溫條件下也能提供新鮮的干燥空氣。

3 新風(fēng)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)

3.1 新風(fēng)系統(tǒng)控制模式

該新風(fēng)系統(tǒng)有手動(dòng)操作和遠(yuǎn)程自動(dòng)操作2種模式，在手動(dòng)操作模式下，操作員可直接通過控制器顯示屏對(duì)抽風(fēng)風(fēng)機(jī)、加熱器、轉(zhuǎn)筒除濕機(jī)、冷凍機(jī)機(jī)組等新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備的手動(dòng)啟停，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障或不安全行為，操作員可隨時(shí)手動(dòng)停機(jī)，以此確保現(xiàn)場重要設(shè)備的安全性。當(dāng)新鳳系統(tǒng)控制柜切換到遠(yuǎn)程自動(dòng)操作模式時(shí)， 操作員可在FCS（即Facility Control System）系統(tǒng)界面設(shè)置新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備的啟停和閥門的開度，PLC中的CPU接收到指令進(jìn)行分析處理，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的啟?？刂?，同時(shí)通過將新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備上的壓力傳感器、溫度傳感器等收集到的信號(hào)反饋至FCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)操作人員對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。

FCS軟件控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的互可操作性和互用性，它將環(huán)境風(fēng)洞系統(tǒng)中的各子系統(tǒng)集成在一起，便于用戶遠(yuǎn)程操控和監(jiān)控各系統(tǒng)運(yùn)行，而可編程控制器（PLC）具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、維護(hù)量小、與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)通信方便等特點(diǎn)，不僅能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制， 而且還能完成各種閉環(huán)控制。該環(huán)境風(fēng)洞試驗(yàn)室通過FCS軟件控制系統(tǒng)與PLC技術(shù)相結(jié)合，有效提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，同時(shí)增加了用戶對(duì)于控制精度的要求。而試驗(yàn)室的新風(fēng)系統(tǒng)中的PLC電控柜采用的是LS PLC產(chǎn)品中的XGT系列單片機(jī)，具有以下特點(diǎn)：1）多點(diǎn)I/O控制，適用于中小型控制系統(tǒng)；2）支持浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，適用領(lǐng)域廣泛；3）緊湊的尺寸，便于安裝和集成；4）可擴(kuò)展性強(qiáng)，寄存器和注釋備份維護(hù)能力增加，極大提高用戶的便利性；5）內(nèi)置多個(gè)通信通道（包括編程口），也可連接多個(gè)模擬量模塊，內(nèi)置串行通信口可通過以太網(wǎng)或CNET，快速與上下位機(jī)進(jìn)行通信。整個(gè)新風(fēng)系統(tǒng)的硬件設(shè)備如圖3所示。

3.2 新風(fēng)系統(tǒng)主控電路

該新風(fēng)系統(tǒng)的主控電路主要分為6個(gè)部分，如圖4所示，分別為控制補(bǔ)風(fēng)風(fēng)扇電機(jī)、排濕風(fēng)扇電機(jī)、1#冷凍機(jī)和2#冷凍機(jī)/電加熱器及新風(fēng)系統(tǒng)控制柜。當(dāng)PLC中的CPU發(fā)出啟動(dòng)命令時(shí)，補(bǔ)風(fēng)風(fēng)扇電機(jī)、排濕風(fēng)扇電機(jī)開始工作，新風(fēng)系統(tǒng)的直通閥門根據(jù)接收到的FCS界面設(shè)置的開度信號(hào)確定閥門的位置，電加熱器的控制柜根據(jù)試驗(yàn)溫度和補(bǔ)風(fēng)溫度決定電加熱器的功率輸出，當(dāng)位于補(bǔ)風(fēng)進(jìn)風(fēng)口處的蒸發(fā)器傳感器溫度高于8 ℃時(shí)，2#冷凍機(jī)先開始工作，而當(dāng)蒸發(fā)器傳感器溫度低于8 ℃而高于6 ℃時(shí)，1#冷動(dòng)機(jī)隨之啟動(dòng)。當(dāng)PLC中的CPU發(fā)出停止命令時(shí)，各電路觸點(diǎn)開關(guān)依次斷開，新風(fēng)系統(tǒng)停止工作。

4 結(jié)論

隨著PLC技術(shù)的日益成熟，更多的計(jì)算機(jī)、工業(yè)控制技術(shù)及控制算法被引入環(huán)境風(fēng)洞試驗(yàn)系統(tǒng)當(dāng)中，大大增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。新風(fēng)系統(tǒng)作為環(huán)境風(fēng)洞系統(tǒng)中的重要子系統(tǒng)之一，該文通過簡單介紹某環(huán)境風(fēng)洞試驗(yàn)室中的新風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和設(shè)備組成，希望為其他試驗(yàn)室新風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。

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