實驗室通風(fēng)系統(tǒng)工程

在研究了智能全自動通風(fēng)系統(tǒng)在實驗室中的應(yīng)用的基礎(chǔ)上，設(shè)計智能通風(fēng)系統(tǒng)，包括主機房和各實驗室的硬件和軟件設(shè)計工作，還有系統(tǒng)的電氣構(gòu)成、程序設(shè)計、界面設(shè)計以及控制方法。

原始通風(fēng)系統(tǒng)根據(jù)通風(fēng)要求風(fēng)管硬件設(shè)計完成，風(fēng)管主風(fēng)機為工頻運行，總通風(fēng)量與各個風(fēng)口風(fēng)量基本固定。系統(tǒng)正常運行過程中，能夠滿足使用要求，系統(tǒng)對于變化的情況就無法適應(yīng)，系統(tǒng)的通風(fēng)基本參數(shù)會發(fā)生變化。由于主風(fēng)機一直處于工頻運行，當(dāng)風(fēng)口使用數(shù)量減少時，其它風(fēng)口風(fēng)量和風(fēng)速都會增加，這樣對其它風(fēng)口的實驗數(shù)據(jù)造成影響。如果風(fēng)口在沒使用的情況下都全開，主風(fēng)機一直在工頻狀態(tài)下運行，這樣會造成能源的浪費。當(dāng)某些風(fēng)口需要在實驗過程中修改風(fēng)口風(fēng)量或風(fēng)速，系統(tǒng)也是不能處理的。舊通風(fēng)控制系統(tǒng)是基于傳統(tǒng)繼電控制系統(tǒng)。為了實現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)的自化控制，必需依靠一點必要的自動化產(chǎn)品來實現(xiàn)，其中包括變頻器，可編程控制器（PLC），觸摸屏等。

一、系統(tǒng)模塊

變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交―直―交方式，先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。系統(tǒng)中使用的模塊除了包括PLC數(shù)字量轉(zhuǎn)摸擬量模塊，摸擬量轉(zhuǎn)數(shù)字量模塊外，還包括有專用通信模塊CC－Link模塊。本系統(tǒng)中采用了PLC與變頻帶器RS-485全雙工通信功能。連接可編程序控制器（PLC）、變頻器、直流調(diào)速器、儀表等工業(yè)控制設(shè)備，利用顯示屏顯示，通過輸入單元（如觸摸屏、鍵盤、鼠標(biāo)等）寫入工作參數(shù)或輸入操作命令，實現(xiàn)人與機器信息交互的數(shù)字設(shè)備，由硬件和軟件兩部分組成。人機界面硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數(shù)據(jù)存貯單元等，其中處理器的性能決定了HMI產(chǎn)品的性能高低，是HMI的核心單元。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計

按照實驗室通風(fēng)管道智能改造要求，由于檢測物品例如硫酸等一些有異味或者容易產(chǎn)生化學(xué)作用的物品時，還有一些材料要檢測噪聲方面的對于通風(fēng)效果要求甚高。現(xiàn)由人機操作介面，變頻器，主站PLC及各區(qū)域從站PLC控制組成，主站及各區(qū)域PLC控制器將使用工控型PLC及相配套的擴展模塊。整個系統(tǒng)采用CC-LINK開放式現(xiàn)場總線控制。

由于每個樓層之間布線的距離相對比較長，而且線槽中強弱電均有分布，故不能采用RS-485的通信方式，所以采取通信速度快，抗干擾能力強的CC-Link來保持主機房與各實驗室間的通信的控制。選擇由F740-18.5K-CHT作為驅(qū)動風(fēng)機的主變頻器，另外增加一個帶機械互鎖的星三角啟動備用，來保障當(dāng)變頻出現(xiàn)故障時得以切換保障風(fēng)機的臨時運行。控制部分采用FX2N-32MR-001的可編程控制器，來采集和處理所有實驗室的數(shù)據(jù)和給出相應(yīng)的控制指令。擴展模塊包括有FX2N-485BD來進行與變頻器的通信，其中包括啟動變頻器的運行，檢測變頻器的輸出頻率，電流和電壓，以便在觸摸屏上顯示，使操作起來更加直觀明了。

各實驗室只是控制實驗室里的通風(fēng)柜和風(fēng)閥，配置一臺PLC和彩色人機界面。實驗室通過CC-Link從站模塊與主機房主站交換數(shù)據(jù)。根據(jù)控制要求通過改變單個風(fēng)口的風(fēng)速可以改變風(fēng)廚的風(fēng)閥和風(fēng)罩的電動截止閥來調(diào)整風(fēng)速。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計

主機房要處理主要任務(wù)控制主風(fēng)機頻率變化，同時將主風(fēng)機運行狀態(tài)（主風(fēng)機頻率、電流、電壓）傳送至實驗室內(nèi)顯示屏顯示。為防止由于實驗室顯示屏故障同時將同一風(fēng)管所有簡單啟停控制功能延伸至主機房內(nèi)控制。控制畫面為控制整個風(fēng)管主風(fēng)機功能。參數(shù)設(shè)置用于設(shè)定系統(tǒng)定時運行以及自動改變頻率功能。遠程控制是能夠通過主電房去控制室內(nèi)實驗室設(shè)備動作。系統(tǒng)監(jiān)視用于監(jiān)視系統(tǒng)主風(fēng)機當(dāng)前運行狀態(tài)。實時報警指系統(tǒng)當(dāng)前報警信息，通過報警信息可以對故障進行快速定位，縮短排除故障的時間。驗證碼為實驗室內(nèi)控制系統(tǒng)主風(fēng)機時使用的密碼。登錄與注銷是指操作本主風(fēng)機時需要密碼進入且有足夠的權(quán)限才能對系統(tǒng)主風(fēng)機進行操作。

實驗室控制程序和界面主要是控制電動截至閥和風(fēng)閥的開度、風(fēng)機的啟動和停止功能、外部控制設(shè)備啟停。啟動時先打開風(fēng)閥或電動截至閥，然后啟動風(fēng)機。這里的風(fēng)機是指室內(nèi)的風(fēng)廚或風(fēng)罩上的小風(fēng)機。在控制畫面里可以設(shè)定風(fēng)閥或電動截止閥的開度。程序功能主要分為一下幾大部分：系統(tǒng)主控制功能、CC－Link通信功能、通信數(shù)據(jù)處理以及其它輔助功能。

四、總結(jié)

經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)試，整個實驗室的通風(fēng)效果達到了預(yù)期的效果。

第一：達到穩(wěn)定的風(fēng)壓系統(tǒng)及靜音效果。

第二：達到了節(jié)能的效果。

第三：這個系統(tǒng)的設(shè)計包括了冗余系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。