基于智能邏輯模塊的排風機組控制系統設計

王鴻康

（曼奈柯斯工業電氣（南京）有限公司，江蘇 南京 211100）

1 前言

某倉庫有屋頂動力排風機3臺，用于庫內夏季通風降溫。手動開關控制箱，不能按溫度調節啟停，人工操作費時費力，經常發生排風機長時間無需要運轉，增加機械磨損和能耗。本文針對上述問題，設計了一種基于智能邏輯模塊LOGO！由3臺排風機構成的分組控制系統，按照室溫信號控制倉庫的排風機投運臺數，實現變風量策略運行，依次輪換，故障切換，備用自投，消息顯示。

智能邏輯模塊是適用于小型自動化工程的邏輯開關控制元件，體積緊湊，適合小空間導軌安裝，用途廣泛。LOGO！模塊為智能邏輯規塊的一種。目前其0BA7代版本模塊，支持8個基本功能塊，36個集成功能塊，電路程序規?？蛇_400個功能塊，支持以太網通信互聯，可在PC上運行LOGO！Soft Comfort V7軟件編制工程的功能塊圖或梯形圖電路程序寫入LOGO！，并能仿真運行，在線監視，節省了現場調試時間。

2 控制策略

設倉庫溫度T的區間端點設定值為t1＜t2＜t3＜t4，當t1≤T＜t2時，啟動1臺排風機作為一組工作；當t2≤T＜t3時，啟動2臺排風機作為一組工作；當t3≤T＜t4時，啟動3臺排風機作為一組工作。如此定義組和按溫度區間端點設計滯廻工作特性，可有效減少排風機啟停次數，又能滿足室溫的波動。區間端點設定溫度可調，LOGO!模塊根據當前溫度T與端點設定值的比較，確定是否投運組和組的排風機數。

投運依次輪換是指每次啟動每組1臺或2臺排風機工作時，排風機組輪換排序投入的方式。要保證3臺均等的投入機會，讓停止時間最長的無故障排風機最先輪換投入工作，避免了某臺排風機長期工作過熱，使排風機系統壽命延長。另外排風機位于屋頂不同的位置，輪換工作則有利于改善室內的空氣流通和溫度均勻性。故障切換是指當發生風機過載故障時，能關閉故障風機，使停止工作的無故障排風機投入運行，并輸出報警信號。無故障排風機繼續依次輪換，故障排風機故障復位后，又能自動加入輪換序列。

3 控制設計實現

3.1 溫度設定與檢測

如果以2只雙金屬工業電接點溫度計WSSX型為溫度設定檢測元件，其接點接入LOGO!輸入端，通過現場設定其接點上下限溫度點t1－t4，雖能實現策略要求的溫度檢測，但設定和測量精度不高，使用不便。

圖1 基于LOGO!基本型和AM2 RTD模塊的溫度測量及控制電路

由一個LOGO!基本型12/24RC，一個LOGO!AM2 RTD模塊和一個PT100熱電阻及電源模塊LOGO!POWER 24V，組成控制電路如圖1所示。在LOGO!Soft Comfort V7軟件中進行功能塊組態后的溫度閾值比較程序如圖2所示。它能根據溫度設定閾值調整數字量輸出。

圖2 溫度閾值比較程序

對于12/24V DC電源供電的LOGO!基本型，其擴展的第一個模擬量模塊AM2 RTD的第一個模擬量輸入通道占用模擬量輸入地址AI3。圖2中的模擬量閾值觸發器B001－B003對應設置不同的閾值溫度區間[t1,t2)，[t2,t3)，[t3,t4)。例如，設定B001的off-on 區間為 [30.5,32.5)℃，B002的off-on 區間為 [32.5,33.5)℃，B003的off-on區間為[33.5,34.5)℃。在模擬量閾值觸發器的塊屬性中，選擇傳感器PT 100，攝氏，分辨率×0.1，故設定值和測量值均應除以10才是實際的溫度值。例如，30.5℃對應的輸入值應為305，設定接通on斷開off閾值，使閾值觸發器輸出在測量值高于閾值時被置位或低于閾值時被復位。通過多個模擬量閾值觸發器即可模擬多只電接點溫度計的接入，文本數字可顯示于面板，精度優于指針式雙金屬電接點溫度計，使用靈活方便，滿足策略。

3.2 排風機控制程序設計

（1）運行分組臺數可控當室溫到達32.5℃時，啟動1臺排風機降溫，對應的模擬量閾值觸發器B001=1，B002=0，B003=0；當室溫到達33.5℃時，啟動2臺排風機降溫，對應B001=1，B002=1，B003=0；當室溫到達34.5℃時，啟動3臺排風機降溫，對應B001=1，B002=1，B003=1。而當溫度回到33.5℃時，關閉其中1臺排風機，啟動2臺排風機降溫，即B001=1，B002=1，B003=0；當室溫回到32.5℃時，關閉其中2臺排風機，啟動1臺排風機降溫，即B001=1，B002=0，B003=0；當室溫回到30.5℃時，所有排風機停止工作。通過3個閾值觸發器實現可調滯廻比較輸出，獲得投入排風機臺數信號。

（2）依次輪換電路程序

圖3 3臺排風機1臺工作原理電路程序（部分）

依次輪換啟停方式的工作原理圖如3所示。設3臺排風機分別是排風機A排風機B和排風機C，則每當要求1臺排風機起動（即B001=1）時,排風機按順序A→B→C→A循環選取投入。由于2進制計數器的狀態數N=2n，n為計數器的位數，它的n位二進制狀態按N次變化循環，利用它的狀態變化實現按次輪換和故障切換是一種可行的選擇。使N≥排風機數量，這里n=2應為合理。

圖4 計數器狀態轉換圖

圖3中的功能塊脈沖繼電器帶有RS端具有觸發翻轉功能，其特性方程為Q*=Q′R′+S，式中Q*為其輸出端新狀態，Q為輸出端現狀態，當R=0且S=0時，輸出邏輯新狀態為現態的非。當S=1，R=0，Q*=1；當S=0，R=1，Q*=0。由脈沖繼電器輸入端Trg的信號由0到1轉換時產生輸出變化。因此，使用2個脈沖繼電器B005、B006可構成2位二進制減法計數器，高位脈沖繼電器B006的狀態翻轉在低一位脈沖繼電器B005產生借位信號后產生。由于B006和B005的狀態上電時為00，之后每個Trg狀態0到1的轉換會引起4個狀態00→11→10→01→00循環，而3臺排風機僅需用3個狀態，這里將00狀態作為無效狀態，由帶邊緣觸發的與門B004和M1構成了無效狀態反饋環節，使得B005輸出強制為1，B006和B005的輸出為11→10→01→11循環，B007-B009譯碼輪換分配輸出1狀態。將脈沖繼電器的觸發翻轉功能用之于產生輪換工作方式的排風機選通信號，計數器狀態轉換圖如圖4(a)所示。

對于B001=1，B002=1，B003=0的情況，對應的邏輯原理相同，但計數器狀態對應驅動的排風機為AB→BC→CA→AB。對于B001=1，B002=1，B003=1的情況，排風機全部投入運行。

（3）故障切除備用自投反饋電路程序

如圖1所示，排風機A、B、C過載繼電器KH1、KH2、KH3之報警觸點接入LOGO!的輸入端I5、I6、I7。圖3中給出B010與門與M2支路為故障切換回路，將風機A故障信號I5送入B010的一個輸入端，當故障有效時，將B005狀態復位，B006和B005計數器的輸出由11切換到10，即切除11對應的排風機A替換為10狀態對應的排風機B。故障切換回路綜合計數器輸出狀態反饋和故障信號輸入邊緣信號，實現了當前狀態和目的狀態的定位切換，如圖4(b)所示。

與排風機A同樣，電路程序能綜合I6、I7的狀態和對應的排風機B、C輪值工作狀態，按照圖4(c)、(d)所示的狀態轉換圖，強制計數器轉入目的狀態，完成故障切換和備用自投。圖4(e)給出每組2臺工作的排風機故障轉換和依次輪換的計數器狀態轉換圖，這些轉換通過電路程序得以實現?？梢钥闯?，當系統處于每組1臺排風機運行狀態時，需要3條反饋支路；如果某臺排風機發生故障被及時切除后，備用的兩臺排風機仍具有依次輪換和故障切換功能。當系統處于每組2臺排風機運行狀態時，需要6條反饋支路才能實現所有故障切換和備用投入。

由于電路程序要適應每組1臺和每組2臺同時運行的情況，每組2臺工作的分組數應與每組1臺工作時的狀態數相同，均為3組，以簡化電路程序，充分利用有限的資源。所以，不管1臺或2臺排風機同時工作的情形，減法計數器始終處于連續計數狀態，當出現故障信號時能及時通過對計數狀態的設定，將故障排風機切除，并將備用排風機投入工作。

（4）分組輸出電路程序

如圖3所示，B013為通斷延時功能塊，用于將溫度閾值開關控制信號延遲0.1秒，與排風機A，B，C工作選通信號在與門B011、B012、B013綜合，形成穩定的排風機運行信號至Q1－Q3。對B003所發出的3臺風機同時工作信號則采取直接輸出的方式。

排風機故障報警信號對相應的輸出進行了冗余封鎖，并由Q4輸出點亮報警信號燈；火警接點KF接入LOGO!，火警時將會關閉所有排風機輸出如圖1所示，電路程序略。

（5）消息文本顯示設計

LOGO!上集成了操作顯示面板，其中顯示為4行每行最多12個字符，支持5個字符集。通過對不同消息文本塊屬性的設置，可選中文GBK字符集、可組態消息關聯的塊，如B013、I1等；消息或參數，如B013的閾值on、off、測量值Ax等；以字符或棒圖顯示、可選是否按鍵應答等內容。組態熱電阻正?；蚨搪窋嗑€故障、I5－I7輸入觸發的8個英文或4個中文字符的排風機正?；蚬收舷?、溫度測量值T、模擬量閾值觸發器的off-on區間設定值，排風機A、B、C累計工作時間，維護剩余時間等。由于分辨率為0.1，溫度顯示值帶1位小數。對不同的消息文本塊設置不同顯示優先級，這里故障消息設為高優先級，由故障觸發顯示該消息。在運行模式下，操作人員通過按鍵可查詢多屏消息，易于操作維護處理。

4 電路與調試

排風機組控制系統的主電路及部分控制電路如圖5如示，排風機電動機主回路為3路電動機控制與保護典型電路，具有短路和過載保護功能，交流接觸器KM1、KM2、KM3控制運行。手動控制電路完全獨立于自動，由組合開關SA選擇手動或自動方式，任何時候均可轉為手控啟停。自動方式由繼電器KA1－KA3控制接觸器KM1－KM3，KA1－KA3由LOGO!輸出端Q1－Q3控制。自動方式接點SA1接入LOGO!I1，SA1閉合時，LOGO!控制輸出起作用。

圖5 排風機組控制系統的主電路及部分控制電路

程序寫入LOGO!，完成安裝接線，即可進行通電調試。先將開關SA1置于手動，調試每臺排風機手動運行控制。手動正常后，將SA1置于自動，鎧裝熱電阻PT100插入恒溫水槽，檢查溫度設定與顯示，通過調節水溫實現依次輪換，通過按動熱繼電器的TEST鍵給出故障輪換信號，調試故障輪換等功能。

4 結束語

本文設計充分利用了智能邏輯模塊LOGO!的功能塊資源，用構建帶反饋減法計數器電路程序的方法，實現了傳統繼電器電路難以實現的排序和轉換功能；利用自帶操作顯示面板，構建了簡易的用戶界面，提高了倉庫排風系統的智能化水平；用于空間狹小的電氣安裝中更盡顯其優勢。該系統經實際使用，工作可靠，完全達到預期要求。新穎的設計方法，可用于其他負載的位式控制，對于利用電子信息技術，低成本升級改造通風控制設備具有實用參考價值。

［1］西門子公司.Manual 04／2011（device series 0BA6 and 0BA7）［EB／OL］.2011.

［2］閻石主編.數字電子技術基礎（第五版）［M］.高等教育出版社.2006.