实验室智能通风系统设计

【摘要】 本文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，设计了肇庆市质检所实验室的智能通风系统，完成了主机房和各实验室的硬件和软件设计工作，包括了系统的电气构成、程序设计、界面设计以及控制方法。

【关键词】 变频器；PLC；CC－Link网络 

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。本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，还包括有三菱专用通信模块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，由于质检所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控制器将使用三菱工控型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，详情如图1所示。

 

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。选择由三菱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。控制部分采用三菱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风厨和风阀，配置一台三菱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

最后经过系统调试，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。由于整个智能通风系统工期比较紧张，布线和人机界面画面设计相对比较平淡，动态显示效果相对比较少。