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实验室通风系统工程

在研究 了智能全自动通风系统在实验室中的应用的基础上,设计智能通风系统,包括主 机房和各实验室的硬件和软件设计工作,还有系统的电气构成、程序设计、界面设 计以及控制方法。

原始通 风系统根据通风要求风管硬件设计完成,风管主 风机为工频运行,总通风 量与各个风口风量基本固定。系统正常运行过程中,能够满足使用要求,系统对 于变化的情况就无法适应,系统的 通风基本参数会发生变化。由于主 风机一直处于工频运行,当风口 使用数量减少时,其它风 口风量和风速都会增加,这样对 其它风口的实验数据造成影响。如果风 口在没使用的情况下都全开,主风机 一直在工频状态下运行,这样会 造成能源的浪费。当某些 风口需要在实验过程中修改风口风量或风速,系统也是不能处理的。旧通风 控制系统是基于传统继电控制系统。为了实 现通风系统的自化控制,必需依 靠一点必要的自动化产品来实现,其中包括变频器,可编程控制器(PLC),触摸屏等。

一、系统模块

变频器 是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现 在使用的变频器主要采用交―直―交方式,先把工 频交流电源通过整流器转换成直流电源,然后再 把直流电源转换成频率、电压均 可控制的交流电源以供给电动机。变频器 的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。系统中 使用的模块除了包括PLC数字量转摸拟量模块,摸拟量 转数字量模块外,还包括 有专用通信模块CC-Link模块。本系统中采用了PLC与变频带器RS-485全双工通信功能。连接可编程序控制器(PLC)、变频器、直流调速器、仪表等工业控制设备,利用显示屏显示,通过输入单元(如触摸屏、键盘、鼠标等)写入工 作参数或输入操作命令,实现人 与机器信息交互的数字设备,由硬件 和软件两部分组成。人机界 面硬件部分包括处理器、显示单元、输入单元、通讯接口、数据存贮单元等,其中处 理器的性能决定了HMI产品的性能高低,是HMI的核心单元。

二、系统硬件设计

按照实 验室通风管道智能改造要求,由于检 测物品例如硫酸等一些有异味或者容易产生化学作用的物品时,还有一 些材料要检测噪声方面的对于通风效果要求甚高。现由人机操作介面,变频器,主站PLC及各区域从站PLC控制组成,主站及各区域PLC控制器将使用工控型PLC及相配套的扩展模块。整个系统采用CC-LINK开放式现场总线控制。

由于每 个楼层之间布线的距离相对比较长,而且线 槽中强弱电均有分布,故不能采用RS-485的通信方式,所以采取通信速度快,抗干扰能力强的CC-Link来保持 主机房与各实验室间的通信的控制。选择由F740-18.5K-CHT作为驱 动风机的主变频器,另外增 加一个带机械互锁的星三角启动备用,来保障 当变频出现故障时得以切换保障风机的临时运行。控制部分采用FX2N-32MR-001的可编程控制器,来采集 和处理所有实验室的数据和给出相应的控制指令。扩展模块包括有FX2N-485BD来进行 与变频器的通信,其中包 括启动变频器的运行,检测变 频器的输出频率,电流和电压,以便在触摸屏上显示,使操作 起来更加直观明了。

各实验 室只是控制实验室里的通风柜和风阀,配置一台PLC和彩色人机界面。实验室通过CC-Link从站模 块与主机房主站交换数据。根据控 制要求通过改变单个风口的风速可以改变风厨的风阀和风罩的电动截止阀来调整风速。

三、系统软件设计

主机房 要处理主要任务控制主风机频率变化,同时将 主风机运行状态(主风机频率、电流、电压)传送至 实验室内显示屏显示。为防止 由于实验室显示屏故障同时将同一风管所有简单启停控制功能延伸至主机房内控制。控制画 面为控制整个风管主风机功能。参数设 置用于设定系统定时运行以及自动改变频率功能。远程控 制是能够通过主电房去控制室内实验室设备动作。系统监 视用于监视系统主风机当前运行状态。实时报 警指系统当前报警信息,通过报 警信息可以对故障进行快速定位,缩短排除故障的时间。验证码 为实验室内控制系统主风机时使用的密码。登录与 注销是指操作本主风机时需要密码进入且有足够的权限才能对系统主风机进行操作。

实验室 控制程序和界面主要是控制电动截至阀和风阀的开度、风机的 启动和停止功能、外部控制设备启停。启动时 先打开风阀或电动截至阀,然后启动风机。这里的 风机是指室内的风厨或风罩上的小风机。在控制 画面里可以设定风阀或电动截止阀的开度。程序功 能主要分为一下几大部分:系统主控制功能、CC-Link通信功能、通信数 据处理以及其它辅助功能。

四、总结

经过系统调试,整个实 验室的通风效果达到了预期的效果。

第一:达到稳 定的风压系统及静音效果。

第二:达到了节能的效果。

第三:这个系 统的设计包括了冗余系统,保证了系统的稳定性。

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