王虎成/寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司

恒壓通風自動化集散控制系統(tǒng)設計

王虎成/寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司

本文主要講述基于PLC、變頻器、軟啟動器、MCGS組態(tài)的恒壓通風系統(tǒng)及自動化監(jiān)控系統(tǒng)的設計。

PLC；變頻器；軟啟動器；恒風壓控制；RS485網(wǎng)格；MCGS組態(tài)監(jiān)控

前言

本通風系統(tǒng)是由1個總排風機房、14個小風機房共140多個風機組成，各小風機房分散在廠區(qū)不同的地方，最遠距離567米，其中總排風機房有3臺110KW風機，其中一臺用變頻器控制，兩臺共用一臺軟啟動器，通過差壓傳感器采集總風管中的風壓信號，輸入到PLC中，PLC控制變頻器和軟啟動器來調整三臺風機的停啟及速度，構成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)從而達到對總風管中的風壓的調整，實現(xiàn)總排風管中的恒風壓控制。各小風機房現(xiàn)場設研華ADAM-4503數(shù)據(jù)采集模塊，實時采集各小風機運轉狀況的數(shù)字信號，并轉換成RS-485標準信號，傳輸?shù)娇偱棚L機房監(jiān)控工控機，用MCGS組態(tài)時實監(jiān)控14個小風機房中的風機運行狀態(tài)，從而構成一個分布式自動化控制系統(tǒng)，值班人員在總排機監(jiān)控室就可以全面了解每個風機房各風機的運行情況；根據(jù)工藝要求調節(jié)控制參數(shù)，也可通過計算機對總排風機電氣參數(shù)及工藝參數(shù)、小風機運行臺數(shù)做出趨勢曲線，對各小風機的排風量進行統(tǒng)計、監(jiān)測，供工藝人員分析比較，以便找出排風系統(tǒng)的最佳效率，改進工藝和管理方法，保證通風質量，節(jié)能降耗。

一.總排風管恒風壓控制系統(tǒng)設計方案

實際生產(chǎn)中，總排靜壓室的壓力是隨各小風機房用風需求在24h內是不斷變化的，而通風系統(tǒng)中的風機負載轉矩與轉速的平方成正比，可見，如果能使三臺總排風機轉速及停啟隨著系統(tǒng)的壓力變化而自動得到調整，從而可以能達到對總排風壓的自動調整，實現(xiàn)恒風壓，保證節(jié)能降耗。

具體方案為：總排風機房的1#風機（110kw的電機）采用變頻器調速，保證了電機在10HZ-50HZ之間的調速，進行風壓細調。其他兩臺2#和3#風機（110kw電機）采用軟啟動器一拖二啟動后切入工頻運行進行風壓粗調， 選用日本歐姆龍的可編程控制器（PLC）及模擬量模塊作為3臺總排風機的核心控制件，靜壓室中安裝兩個微壓差壓變送器，一個作為監(jiān)測信號送入工控機，另外一個作為控制信號，輸入可編程控制器后，經(jīng)可編程控制器內部PID控制程序的計算，輸給變頻器一個轉速控制信號，使風機轉速按實際用風量和設定壓力要求運工作，從而自動調節(jié)1#變頻風機轉速和其他兩臺風機的啟動。具體自動控制過程如下：在壓差較小的情況下，1＃風機啟動，通過變頻器調節(jié)其速度；當其達到50HZ工頻時仍滿足不了風壓要求時，通過軟啟動器啟動2＃風機工頻運行，1＃風機進行微調；當1＃風機再次達到50HZ工頻，仍滿足不了風壓要求時，通過軟啟動器啟動3＃風機工頻運行，三臺同時運行，1＃風機變頻進行微調。降壓時控制程序相反，三臺風機同時運行時，當1＃風機降至10HZ時，停止3＃風機，此時由2＃風機工頻和1＃風機變頻進行運行；當1＃風機再次降到10HZ時，停止2＃風機，由1＃風機獨立運行，從而實現(xiàn)風機的轉速和啟動臺數(shù)隨著靜壓室壓力的變化而變化，達到節(jié)能降耗的目的。

在總排風機都沒開的情況下，小風機房風機如果開啟的話，會造成其它風機房“倒灌風”的現(xiàn)象，因此所有小風機房控制電源都由PLC控制，程序設計只有當總排1#、2#、3#風機中有一個工作情況下，小風機房的控制電源才有電。

軟起動器的主電路采用晶閘管，控制其分斷或接通的保護裝置一般做成故障檢測模塊，用來完成對電動機起動前后的異常故障檢測，如斷相、過熱、短路、漏電和不平衡負載等故障，并發(fā)出相應的動作指令。

總排三套風機的電機、風閥、變頻器、軟啟動器的工作狀態(tài)信號都進入了PLC，通過PLC的RS232C口用串行通信的方式和工控機相聯(lián)，在工控機上用MCGS組態(tài)進行現(xiàn)場監(jiān)控。

恒風壓自動化控制工作原理

二、通風系統(tǒng)計算機監(jiān)控系統(tǒng)方案及配置

廠區(qū)有1個總排風機房、14個小風機房共140多個風機，分散在廠區(qū)不同的地方，最遠距離567米。在總排設監(jiān)控室，負責監(jiān)控整個排風系統(tǒng)中各風機工作狀態(tài)。設監(jiān)控管理計算機一臺，總排風機房中可編程控制器同計算機的直接通訊。14個小風機房中設置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)場控制柜，實時采集風機運轉狀況的數(shù)字信號，并轉換成RS-485標準信號，送入RS-485 網(wǎng)絡中到達總排風機房中的監(jiān)控室。通信電纜選用DJYVP22-2*2*1.5計算用屏蔽電纜,線芯為兩對兩芯1.5m銅芯線,使用一對,備用一對。在總排監(jiān)控室工控機中用MCGS編程進行監(jiān)控。

1.監(jiān)測性：監(jiān)測總排風機電氣參數(shù)及電機的運行狀態(tài)信息，檢測小排風機的運行狀態(tài)信息；

2.統(tǒng)計分析性：根據(jù)采集的信息，建立各類信息庫；根據(jù)工藝要求調節(jié)控制參數(shù)，也可通過計算機對各類工藝參數(shù)、小風機運行臺數(shù)做出趨勢曲線，對各小風機的排風量進行統(tǒng)計、監(jiān)測，供工藝人員分析比較，以便找出排風系統(tǒng)的最佳運行規(guī)律，改進工藝和管理方法，保證排風質量，節(jié)能降耗。

3.可擴展性：以后在廠內各風機處設必要的風量（壓）傳感器、變送器及測量模塊，通過通訊線送至監(jiān)控管理計算機。

4.可操作性：計算機屏幕上可顯示具有多種畫面，包括：排風系統(tǒng)平面圖，通過主畫面進入各小排風機房畫面，小風機運行臺數(shù)變化趨勢畫面，故障畫面，設備運行狀況畫面等。

5.可維護性：顯示風機故障記錄，通過聲光報警，通知維修人員對故障風機進行及時維修。

6.安全性：在工業(yè)過程控制中，為了防止由于現(xiàn)場人為的誤操作所引發(fā)的故障或事故，嚴格限制各類操作的權限，使不具備操作資格的人員無法進行操作。

通風系統(tǒng)監(jiān)控原理圖