恒壓通風(fēng)自動(dòng)化集散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王虎成

【摘 要】本文主要講述基于PLC、變頻器、軟啟動(dòng)器、MCGS組態(tài)的恒壓通風(fēng)系統(tǒng)及自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

【關(guān)健詞】PLC；變頻器；軟啟動(dòng)器；恒風(fēng)壓控制；RS485網(wǎng)格；MCGS組態(tài)監(jiān)控

前言

本通風(fēng)系統(tǒng)是由1個(gè)總排風(fēng)機(jī)房、14個(gè)小風(fēng)機(jī)房共140多個(gè)風(fēng)機(jī)組成，各小風(fēng)機(jī)房分散在廠區(qū)不同的地方，最遠(yuǎn)距離567米，其中總排風(fēng)機(jī)房有3臺(tái)110KW風(fēng)機(jī)，其中一臺(tái)用變頻器控制，兩臺(tái)共用一臺(tái)軟啟動(dòng)器，通過(guò)差壓傳感器采集總風(fēng)管中的風(fēng)壓信號(hào)，輸入到PLC中，PLC控制變頻器和軟啟動(dòng)器來(lái)調(diào)整三臺(tái)風(fēng)機(jī)的停啟及速度，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)從而達(dá)到對(duì)總風(fēng)管中的風(fēng)壓的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)總排風(fēng)管中的恒風(fēng)壓控制。各小風(fēng)機(jī)房現(xiàn)場(chǎng)設(shè)研華ADAM-4503數(shù)據(jù)采集模塊，實(shí)時(shí)采集各小風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的數(shù)字信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成RS-485標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，傳輸?shù)娇偱棚L(fēng)機(jī)房監(jiān)控工控機(jī)，用MCGS組態(tài)時(shí)實(shí)監(jiān)控14個(gè)小風(fēng)機(jī)房中的風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，從而構(gòu)成一個(gè)分布式自動(dòng)化控制系統(tǒng)，值班人員在總排機(jī)監(jiān)控室就可以全面了解每個(gè)風(fēng)機(jī)房各風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況；根據(jù)工藝要求調(diào)節(jié)控制參數(shù)，也可通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)總排風(fēng)機(jī)電氣參數(shù)及工藝參數(shù)、小風(fēng)機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)做出趨勢(shì)曲線，對(duì)各小風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、監(jiān)測(cè)，供工藝人員分析比較，以便找出排風(fēng)系統(tǒng)的最佳效率，改進(jìn)工藝和管理方法，保證通風(fēng)質(zhì)量，節(jié)能降耗。

一.總排風(fēng)管恒風(fēng)壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

實(shí)際生產(chǎn)中，總排靜壓室的壓力是隨各小風(fēng)機(jī)房用風(fēng)需求在24h內(nèi)是不斷變化的，而通風(fēng)系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，可見(jiàn)，如果能使三臺(tái)總排風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速及停啟隨著系統(tǒng)的壓力變化而自動(dòng)得到調(diào)整，從而可以能達(dá)到對(duì)總排風(fēng)壓的自動(dòng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)恒風(fēng)壓，保證節(jié)能降耗。

具體方案為：總排風(fēng)機(jī)房的1#風(fēng)機(jī)（110kw的電機(jī)）采用變頻器調(diào)速，保證了電機(jī)在10HZ-50HZ之間的調(diào)速，進(jìn)行風(fēng)壓細(xì)調(diào)。其他兩臺(tái)2#和3#風(fēng)機(jī)（110kw電機(jī)）采用軟啟動(dòng)器一拖二啟動(dòng)后切入工頻運(yùn)行進(jìn)行風(fēng)壓粗調(diào)， 選用日本歐姆龍的可編程控制器（PLC）及模擬量模塊作為3臺(tái)總排風(fēng)機(jī)的核心控制件，靜壓室中安裝兩個(gè)微壓差壓變送器，一個(gè)作為監(jiān)測(cè)信號(hào)送入工控機(jī)，另外一個(gè)作為控制信號(hào)，輸入可編程控制器后，經(jīng)可編程控制器內(nèi)部PID控制程序的計(jì)算，輸給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速控制信號(hào)，使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速按實(shí)際用風(fēng)量和設(shè)定壓力要求運(yùn)工作，從而自動(dòng)調(diào)節(jié)1#變頻風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和其他兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)。具體自動(dòng)控制過(guò)程如下：在壓差較小的情況下，1#風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)其速度；當(dāng)其達(dá)到50HZ工頻時(shí)仍滿足不了風(fēng)壓要求時(shí)，通過(guò)軟啟動(dòng)器啟動(dòng)2#風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行，1#風(fēng)機(jī)進(jìn)行微調(diào)；當(dāng)1#風(fēng)機(jī)再次達(dá)到50HZ工頻，仍滿足不了風(fēng)壓要求時(shí)，通過(guò)軟啟動(dòng)器啟動(dòng)3#風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行，三臺(tái)同時(shí)運(yùn)行，1#風(fēng)機(jī)變頻進(jìn)行微調(diào)。降壓時(shí)控制程序相反，三臺(tái)風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)1#風(fēng)機(jī)降至10HZ時(shí)，停止3#風(fēng)機(jī)，此時(shí)由2#風(fēng)機(jī)工頻和1#風(fēng)機(jī)變頻進(jìn)行運(yùn)行；當(dāng)1#風(fēng)機(jī)再次降到10HZ時(shí)，停止2#風(fēng)機(jī)，由1#風(fēng)機(jī)獨(dú)立運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和啟動(dòng)臺(tái)數(shù)隨著靜壓室壓力的變化而變化，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

在總排風(fēng)機(jī)都沒(méi)開(kāi)的情況下，小風(fēng)機(jī)房風(fēng)機(jī)如果開(kāi)啟的話，會(huì)造成其它風(fēng)機(jī)房“倒灌風(fēng)”的現(xiàn)象，因此所有小風(fēng)機(jī)房控制電源都由PLC控制，程序設(shè)計(jì)只有當(dāng)總排1#、2#、3#風(fēng)機(jī)中有一個(gè)工作情況下，小風(fēng)機(jī)房的控制電源才有電。

軟起動(dòng)器的主電路采用晶閘管，控制其分?jǐn)嗷蚪油ǖ谋Ｗo(hù)裝置一般做成故障檢測(cè)模塊，用來(lái)完成對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)前后的異常故障檢測(cè)，如斷相、過(guò)熱、短路、漏電和不平衡負(fù)載等故障，并發(fā)出相應(yīng)的動(dòng)作指令。

總排三套風(fēng)機(jī)的電機(jī)、風(fēng)閥、變頻器、軟啟動(dòng)器的工作狀態(tài)信號(hào)都進(jìn)入了PLC，通過(guò)PLC的RS232C口用串行通信的方式和工控機(jī)相聯(lián)，在工控機(jī)上用MCGS組態(tài)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。

二、通風(fēng)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)方案及配置

廠區(qū)有1個(gè)總排風(fēng)機(jī)房、14個(gè)小風(fēng)機(jī)房共140多個(gè)風(fēng)機(jī)，分散在廠區(qū)不同的地方，最遠(yuǎn)距離567米。在總排設(shè)監(jiān)控室，負(fù)責(zé)監(jiān)控整個(gè)排風(fēng)系統(tǒng)中各風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)。設(shè)監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)一臺(tái)，總排風(fēng)機(jī)房中可編程控制器同計(jì)算機(jī)的直接通訊。14個(gè)小風(fēng)機(jī)房中設(shè)置22塊研華ADAM-4503數(shù)據(jù)采集模塊和16塊直流電源置于現(xiàn)場(chǎng)控制柜，實(shí)時(shí)采集風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的數(shù)字信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成RS-485標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，送入RS-485 網(wǎng)絡(luò)中到達(dá)總排風(fēng)機(jī)房中的監(jiān)控室。通信電纜選用DJYVP22-2*2*1.5計(jì)算用屏蔽電纜，線芯為兩對(duì)兩芯1.5m銅芯線，使用一對(duì)，備用一對(duì)。在總排監(jiān)控室工控機(jī)中用MCGS編程進(jìn)行監(jiān)控。

1.監(jiān)測(cè)性：監(jiān)測(cè)總排風(fēng)機(jī)電氣參數(shù)及電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)信息，檢測(cè)小排風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)信息；

2.統(tǒng)計(jì)分析性：根據(jù)采集的信息，建立各類信息庫(kù)；根據(jù)工藝要求調(diào)節(jié)控制參數(shù)，也可通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)各類工藝參數(shù)、小風(fēng)機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)做出趨勢(shì)曲線，對(duì)各小風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、監(jiān)測(cè)，供工藝人員分析比較，以便找出排風(fēng)系統(tǒng)的最佳運(yùn)行規(guī)律，改進(jìn)工藝和管理方法，保證排風(fēng)質(zhì)量，節(jié)能降耗。

3.可擴(kuò)展性：以后在廠內(nèi)各風(fēng)機(jī)處設(shè)必要的風(fēng)量（壓）傳感器、變送器及測(cè)量模塊，通過(guò)通訊線送至監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)。

4.可操作性：計(jì)算機(jī)屏幕上可顯示具有多種畫面，包括：排風(fēng)系統(tǒng)平面圖，通過(guò)主畫面進(jìn)入各小排風(fēng)機(jī)房畫面，小風(fēng)機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)變化趨勢(shì)畫面，故障畫面，設(shè)備運(yùn)行狀況畫面等。

5.可維護(hù)性：顯示風(fēng)機(jī)故障記錄，通過(guò)聲光報(bào)警，通知維修人員對(duì)故障風(fēng)機(jī)進(jìn)行及時(shí)維修。

6.安全性：在工業(yè)過(guò)程控制中，為了防止由于現(xiàn)場(chǎng)人為的誤操作所引發(fā)的故障或事故，嚴(yán)格限制各類操作的權(quán)限，使不具備操作資格的人員無(wú)法進(jìn)行操作。endprint