恒压通风自动化集散控制系统设计

王虎成

【摘 要】本文主要讲述基于PLC、变频器、软启动器、MCGS组态的恒压通风系统及自动化监控系统的设计。

【关健词】PLC；变频器；软启动器；恒风压控制；RS485网格；MCGS组态监控

前言

本通风系统是由1个总排风机房、14个小风机房共140多个风机组成，各小风机房分散在厂区不同的地方，最远距离567米，其中总排风机房有3台110KW风机，其中一台用变频器控制，两台共用一台软启动器，通过差压传感器采集总风管中的风压信号，输入到PLC中，PLC控制变频器和软启动器来调整三台风机的停启及速度，构成一个闭环控制系统从而达到对总风管中的风压的调整，实现总排风管中的恒风压控制。各小风机房现场设研华ADAM-4503数据采集模块，实时采集各小风机运转状况的数字信号，并转换成RS-485标准信号，传输到总排风机房监控工控机，用MCGS组态时实监控14个小风机房中的风机运行状态，从而构成一个分布式自动化控制系统，值班人员在总排机监控室就可以全面了解每个风机房各风机的运行情况；根据工艺要求调节控制参数，也可通过计算机对总排风机电气参数及工艺参数、小风机运行台数做出趋势曲线，对各小风机的排风量进行统计、监测，供工艺人员分析比较，以便找出排风系统的最佳效率，改进工艺和管理方法，保证通风质量，节能降耗。

一.总排风管恒风压控制系统设计方案

实际生产中，总排静压室的压力是随各小风机房用风需求在24h内是不断变化的，而通风系统中的风机负载转矩与转速的平方成正比，可见，如果能使三台总排风机转速及停启随着系统的压力变化而自动得到调整，从而可以能达到对总排风压的自动调整，实现恒风压，保证节能降耗。

具体方案为：总排风机房的1#风机（110kw的电机）采用变频器调速，保证了电机在10HZ-50HZ之间的调速，进行风压细调。其他两台2#和3#风机（110kw电机）采用软启动器一拖二启动后切入工频运行进行风压粗调， 选用日本欧姆龙的可编程控制器（PLC）及模拟量模块作为3台总排风机的核心控制件，静压室中安装两个微压差压变送器，一个作为监测信号送入工控机，另外一个作为控制信号，输入可编程控制器后，经可编程控制器内部PID控制程序的计算，输给变频器一个转速控制信号，使风机转速按实际用风量和设定压力要求运工作，从而自动调节1#变频风机转速和其他两台风机的启动。具体自动控制过程如下：在压差较小的情况下，1#风机启动，通过变频器调节其速度；当其达到50HZ工频时仍满足不了风压要求时，通过软启动器启动2#风机工频运行，1#风机进行微调；当1#风机再次达到50HZ工频，仍满足不了风压要求时，通过软启动器启动3#风机工频运行，三台同时运行，1#风机变频进行微调。降压时控制程序相反，三台风机同时运行时，当1#风机降至10HZ时，停止3#风机，此时由2#风机工频和1#风机变频进行运行；当1#风机再次降到10HZ时，停止2#风机，由1#风机独立运行，从而实现风机的转速和启动台数随着静压室压力的变化而变化，达到节能降耗的目的。

在总排风机都没开的情况下，小风机房风机如果开启的话，会造成其它风机房“倒灌风”的现象，因此所有小风机房控制电源都由PLC控制，程序设计只有当总排1#、2#、3#风机中有一个工作情况下，小风机房的控制电源才有电。

软起动器的主电路采用晶闸管，控制其分断或接通的保护装置一般做成故障检测模块，用来完成对电动机起动前后的异常故障检测，如断相、过热、短路、漏电和不平衡负载等故障，并发出相应的动作指令。

总排三套风机的电机、风阀、变频器、软启动器的工作状态信号都进入了PLC，通过PLC的RS232C口用串行通信的方式和工控机相联，在工控机上用MCGS组态进行现场监控。

二、通风系统计算机监控系统方案及配置

厂区有1个总排风机房、14个小风机房共140多个风机，分散在厂区不同的地方，最远距离567米。在总排设监控室，负责监控整个排风系统中各风机工作状态。设监控管理计算机一台，总排风机房中可编程控制器同计算机的直接通讯。14个小风机房中设置22块研华ADAM-4503數据采集模块和16块直流电源置于现场控制柜，实时采集风机运转状况的数字信号，并转换成RS-485标准信号，送入RS-485 网络中到达总排风机房中的监控室。通信电缆选用DJYVP22-2*2*1.5计算用屏蔽电缆，线芯为两对两芯1.5m铜芯线，使用一对，备用一对。在总排监控室工控机中用MCGS编程进行监控。

1.监测性：监测总排风机电气参数及电机的运行状态信息，检测小排风机的运行状态信息；

2.统计分析性：根据采集的信息，建立各类信息库；根据工艺要求调节控制参数，也可通过计算机对各类工艺参数、小风机运行台数做出趋势曲线，对各小风机的排风量进行统计、监测，供工艺人员分析比较，以便找出排风系统的最佳运行规律，改进工艺和管理方法，保证排风质量，节能降耗。

3.可扩展性：以后在厂内各风机处设必要的风量（压）传感器、变送器及测量模块，通过通讯线送至监控管理计算机。

4.可操作性：计算机屏幕上可显示具有多种画面，包括：排风系统平面图，通过主画面进入各小排风机房画面，小风机运行台数变化趋势画面，故障画面，设备运行状况画面等。

5.可维护性：显示风机故障记录，通过声光报警，通知维修人员对故障风机进行及时维修。

6.安全性：在工业过程控制中，为了防止由于现场人为的误操作所引发的故障或事故，严格限制各类操作的权限，使不具备操作资格的人员无法进行操作。endprint