影片库房空调自控系统设计

【摘要】：电影是人类重要的文化遗产之一，然而纪录电影的载体电影胶片由于自身构成材料和保存环境因素的影响面临巨大威胁。其中在保存环境的温度、湿度、环境气氛中的酸性气体是影响电影胶片长期保存的关键因素，实践证明低温低湿有利于胶片的长期保存，但是温度湿度过低又会导致胶片脱水、变脆、变形，同时也会大幅增加保存的成本。结合我国的具体国情，我们初步认为电影胶片较为适宜的保存温度范围为-5℃――5℃，相对湿度范围为20%RH――50%RH。

【关键词】：影片库房；PLC；空调；自控系统；设计

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

0.前言

素材是影片的第一手资料,好比照片的底片,有了它才能印制影片翻底,再做成可供放映的拷贝。素材片必须在一定的恒温、隔潮、防碱、防酸等严格的技术条件下保存。如果任素材片老化,150年便可化为粉末,其消亡速度比文物、图书要快上百倍。1984年以后,中国电影资料馆明确指示西安电影资料库为影片素材库,要及时接纳验收各制片厂业已发行2年的影片存底,主要任务是:永久性地保存维护各类国产、进口影片的素材,使其保持完整和良好的技术状况。以所保存的影片素材和拷贝资料,为社会主义的电影生产、研究服务,为发展整个电影事业服务。

1.空调系统组成及分类

空调系统由空调机房系统，空调管道系统（包括送风系统、回风系统及新风系统），冷却水系统及冷冻水系统组成。档案库房空调系统通常采用整体柜式空调系统（至于空调机房内）集中空调方式来满足恒温恒湿的环境要求。空调机房应该与库房隔离设置，空调机房门为甲级防火门。空调系统可根据库房的分区，分为一个系统或者几个系统。每个系统的送风量按每个单库换气次数不小于4.5次/小时考虑。由于库房内平时无人停留，新风量应控制在10%左右。各个单库的送风、回风方式可采用上送上回，送风口为铝合金双层百叶风口，回风为铝合金单层百叶风口。空调机房内设有外墙时，新风应该通过专设的防护密闭通道引入空调机房，以保证战时可以切断新风道，保证库房密闭隔绝通风，以下为通常采用的三种空调形式：

1.1集中空调

大型影片库房选用集中空调，主要取其较大的制冷除湿效果，灵活机动的控制方式，管理维护方便等主要优点。在考虑选用集中空调时，对其利与弊要进行综合评判，扬长避短，从实际出发以定取舍。选用集中空调，馆库的建筑结构必须与之配套，对它占用的馆库建筑面积予以充分考虑。集中空调设备的价格较高，若按馆库负荷需要配足配齐设备，要增加建馆初期的投资。与集中空调配套的辅助设备较多，如水泵站、冷却水管路及机房等。集中空调的末端设备数量庞大，如送风管道、回风管道、逐级控制阀门等。集中空调的用电量较大，一般需建立自己的变配电站，这就要发生较大的电力报装费、变配电站的专用设备购置等，以及增加变配电站值班和维修人员等。集中空调的运行费用较高，对运行管理及运行方案的要求也较高。集中空调的效率损耗（主要是冷空气在管路中的损耗）较大。集中空调的维护维修技术要求较高，维护维修的消耗器材比其它类型空调多。由于集中空调是统一送风，各楼层的送回风管道是互通的，很容易造成因一个库房受污染或发生虫霉情况，而造成多层污染和相互传播。

1.2分层空调

分楼层设置空调，实质上是简化或分散了的集中空调的变形方式。其主要表现形式是将集中在一个机房（或制冷站）的设备分别安装在各个楼层，形成独立系统，一般情况下，它配备的单台空调机的功率或制冷量比较大。分层空调机房面积之和占用馆库面积与集中空调相比没有明显的减少。与之配套的辅助设备设施及相关费用也没有明显减少。因分层空调自成系统，一旦设备出现故障，势必影响库房温湿度的调控。分层空调的运行管理和维护维修的工作量大，难度也大。分层设置空调的优点是，可以减少送回风主管道的长度，降低功率损耗，各楼层之间互不干扰，还可以降低初投资；也可以根据馆库建设需要，逐年逐层配备设备，避免集中使用经费的矛盾。

1.3柜式空调

相对集中空调和分层空调而言，柜式空调以节省经费、安装方便、灵活机动、便于管理及自控化程度较高而得到普遍使用，在柜式空调系列产品中，又以分体立柜式空调使用最广泛。柜式空调机适用于不同面积的各类档案库房，可根据其制冷功率和库房面积大小，在库内设置一台或多台柜机。柜式空调机对电源配置没有特别要求，一般有220V-----380V,15A-----50A,15H2的民用电源即可满足使用，可以节省大量的初投资。柜式空调机直接安装在库内，省去了大量的前端和末端设备设施，降低了初投资和运行费用。柜式空调机安装在库内，可以减少建筑结构上的送风、回风通道，避免因送回风管道关闭不严密，造成库内库外空气对流，使运行时已经降下来的库内温湿度，又迅速回升反弹。柜式空调还适合馆库内对温湿度有特殊要求的其它技术用房。柜式空调机也有局限性，比如，柜式空调机安装在库内，容易出现空调死角，这就需要调整档案柜架，或合理安装柜机；柜式空调机安装在库内，需要解决新风和库内空气置换；现在市场上已有新风和空气置换产品销售，效果好，安装使用方便；柜式空调机的除湿排水要统一考虑排放，防止泄漏在库内；对已使用柜式空调机的馆库，当发现该柜式空调机去湿量偏小时，可配备适当的去湿机，会起到良好的效果。

2.PLC空调系统

2.1PLC技术的概念

PLC即可编程控制器（ProgrammablelogicController）,是以计算机技术为基础的新型工业控制装置。PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。

2.2.PLC的功能。

随着自动化技术、计算机技术以及网络通讯技术的迅速发展，PLC的功能日益增多。它不仅能实现单机控制，而且能实现多机群控制；不仅能实现逻辑控制，还能实现过程控制、运动控制和数据处理等，其主要功能如下：

2.2.1开关量逻辑控制

这是PLC的最基本的功能。PLC具有强大的逻辑运算能力，它提供了与、或、非等各种逻辑指令，可实现继电器触点的串联、并联和串并联等各种连接的开关控制，常用于取代传统的继电器控制系统。

2.2.2拟模量控制

在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。PLC提供了各种智能模块，如模拟量输入模块、模拟量输出模块、模拟量输入输出模块、热电阻用模拟量输入模块、热电阻用模拟量输出模块等等，通过使用这些模块，把现场输入的模拟量经A/D转换后送CPU处理；而CPU处理的数字结果，经D/A转换成模拟量去控制被控设备，以完成对连续量的控制。

2.2.3闭环过程控制

使用PLC不仅可以对模拟量进行开环控制，而且还可以进行闭环控制。配置PID控制单元或模块，对控制过程中某一变量（如速度、温度、电流、电压等等）进行PID控制。

2.2.4定时、定位、计数控制

PLC具有定时控制功能，它为客户提供了若干个定时器，定时器的时间可以由用户编写程序时设定，也可以用拨盘开关在外部设定，实现定时或延时控制。定位控制是PLC不可缺少的控制功能之一。PLC提供了定位模块、脉冲输出模块等智能模块，以实现各种需求的定位控制。PLC具有计数控制的功能，它为客户提供了若干个计数器或高速计数模块。计数器的计数值可以由用户在编程时设定，也可以用拨盘开关在外部设定，实现计数控制。

3.空调系统设计

3.1空调系统的控制部分：

3.1.1控制系统通过控制器显示空气的温度、湿度，空调机组的工作状态，分析各传感器反馈回来的信号，对各机组各功能发出功能指令，达到控制空气温、湿度的目的。

3.1.2主控制器：是控制系统的中心部分，负责采集各传感器的数据进行分析处理，并将处理指令传输到各个功能系统。

3.1.3温湿度传感器：负责采样、采集空气温湿度数据并传输到控制器。

3.1.4输入、输出单元：负责将各种传感器数据采集并传输到控制器，同时执行控制器的指令（通过继电器输出）。

3.1.5功能传感器系统：包括压缩机排气压力传感器（高压保护），吸气传感器（吸气压力过低保护），气流传感器，水温传感器（水冷机组）等。

3.1.6监控器（主控器备份单元）：实时监控主控制器的运行状态，当主控制器出现故障时第一时间接替其工作。

3.1.7报警输出及远程监控系统：资料库专用空调机组常处于无人值守状态，为了更安全、更可靠的工作，资料库装用空调通常都会带有智能监控用通讯接口，便于人员进行进程或远程的监控。

3.2送风系统

3.2.1送风机及驱动电机：资料库装用空调系统均自带一套送风系统。机组内的各项功能（制冷、除湿、加热、加湿等）对资料库内的空气进行处理时，均需要空气流动来完成热、湿的交换，机房内气体好戏保持一定流速，防止尘埃沉积，并及时将悬浮于空气的尘埃率除掉。因此，送风机必不可少。一般资料库房专用空调采用前径向曲线叶轮离心式风机，优点是较小的体积可以产生较大的风量。送风机主要有两种送风方式：一种采用风机由电机直接驱动；风机与电机在同一轮上，此种风机体积较小，但是如果要改变风压，只能改变风机的电机转速，调节风压、风量的能力小；另一种是风机与电机之间采用皮带传动，它的优点是风压和风量可以通过改变电机与主、从动皮带轮轮径比来进行调整，缺点是体积比较大，长期运动时传动皮带会有磨损，需要注意及时调整松紧度。

3.2.2空气过滤器：为保证机房内的洁净度，资料库房专用空调单位冷量所配备的风量远大于普通舒适型空调，以保证资料库房内的空气在整体流动，使得尘埃颗粒随空气一同流动，不会下降到资料库房内的资料内，通常在资料库房专用空调的回气端设置专用的中高效空气过滤器。

3.2.3气流传感器：当风机电机或传动系统出现故障时，气流突然减少时，或空气过滤器过脏，阻塞气流通过时，气流传感器会给控制器一个气流故障的信号，同时切断风机电源，控制器也会停止本系统的其他所有功能系统的工作。

3.3制冷循环系统：

压缩机及控制、保护系统为整个制冷系统提供动力，使得制冷剂能在系统内循环。为保护压缩机不会过载，在压缩机排气管处均设有压力过高保护，通常在使用R22制冷剂的系统里，当排气压力大于23----24bar时，高压开关会切断压缩机工作电源；资料库专用空调通常采用的是全封闭压缩机，压缩机电机靠制冷剂回气冷却，当压缩机回气不足时（吸气压力小于1----1.5bar时），会造成电机过热，低压开关将切断压缩机工作电源。

3.4加湿系统

资料库房的热量来源主要是库房设备工作时产生的热量，而潜热则较少会有增加，但在较炎热的季节，室外空气中的含湿度会很大，在空气中能产生较大的水蒸汽分压力（例如，28℃，90%时水蒸汽分压力约为34×102Pa）。资料库房内空气由于要保持恒温，空气中的含湿量就会较少，水蒸汽分压力亦比较低，此时，由于资料库房内、外所存在的水蒸汽分压力差，水蒸汽会在即使是没有空气直接流动的情况下，通过资料库房的各种缝隙、门窗以及随着新风等向机房内不断渗透。因此，在此期间资料库房内一般不需加湿即可保持相当湿度，甚至需经常除湿（根据资料库房的密封性来决定）。但是在每年的秋季以后，随着室外空气的温度、相对湿度的不断下降，空气中的水蒸汽分压力不断降低，当降低到低于资料库房内保持的较稳定温湿度时的水蒸汽分压力时，资料库房内水蒸汽将会在压力差的作用下向室外渗透，造成资料库房相对湿度下降，此时就需要资料库房专用空调的加湿系统工作，向资料库房内的空气补充水蒸汽，维持资料库房内的相对湿度。

4.结束语

综合上述所述，针对西安电影资料库的空调自动系统的设计，本文浅谈一下自己的想发和观点。具体设计方案如下：

选用的空调硬件PLC用西门子S7―300型，与计算机构成可视化系统，

空调系统湿度优先控制：

（1）湿度传感器（一房间一个）高于65%，空调系统自动降温除湿。

（2）温度传感器（一个房间6个）高于-1度，空调系统自动开机降温。

（3）酸度传感器（一个房间1个）高于某个标准，空调开机通风。

（4）通风口为页片板，分级开启（电机控制），每个通风口独立控制。

(5)空调主机使用变频，主管道保证压力，需压力传感器，需求决定主机功率。