組合式空氣處理機(jī)組與防火閥安全聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)

焦 龍，趙楠楠，聶春陽(yáng)

(一拖(洛陽(yáng))福萊格車身有限公司，河南 洛陽(yáng) 471000)

0 引言

調(diào)漆間作為拖拉機(jī)和工程機(jī)械駕駛室自動(dòng)化噴涂的供漆場(chǎng)所，對(duì)溫度、濕度和空氣潔凈度都有很高的要求。組合式空氣處理機(jī)組作為空氣凈化和處理設(shè)備，根據(jù)季節(jié)要求有三種工作模式，每種模式下都能提供不同的空氣溫度和濕度，并將合適的空氣通過(guò)防火閥輸送至調(diào)漆間，保證其溫度和濕度要求。一旦防火閥故障閉合，設(shè)備不會(huì)停機(jī)，導(dǎo)致蒸汽聚集在風(fēng)箱，造成風(fēng)箱漏水，甚至損毀。針對(duì)該問(wèn)題需要對(duì)組合式空氣處理機(jī)組的硬件電路和PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，將檢測(cè)到的防火閥開(kāi)關(guān)信號(hào)與設(shè)備進(jìn)行安全聯(lián)動(dòng)，當(dāng)防火閥出現(xiàn)故障關(guān)閉后，能聯(lián)動(dòng)關(guān)閉設(shè)備風(fēng)機(jī)和蒸汽，并將故障顯示在觸摸屏上。

1 組合式空氣處理機(jī)組工作原理及存在的問(wèn)題

組合式空氣處理機(jī)組工作原理如圖1所示。

圖1 組合式空氣處理機(jī)組工作原理

組合式空氣處理機(jī)組分別有自動(dòng)和手動(dòng)控制方式，控制方式的選擇和啟動(dòng)是在觸摸屏上完成的。先選定季節(jié)模式，設(shè)定室內(nèi)溫度、濕度參數(shù)，按下聯(lián)鎖啟動(dòng)按鈕，隨后新風(fēng)閥自動(dòng)開(kāi)啟，達(dá)到80%開(kāi)合度后風(fēng)機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)；然后檢查出風(fēng)閥是否打開(kāi)(手動(dòng)，常開(kāi))，新風(fēng)進(jìn)風(fēng)閥開(kāi)合度顯示是否自動(dòng)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)指示是否亮起以及對(duì)應(yīng)模式下的冷、熱媒管道上的電動(dòng)比例積分閥開(kāi)合度是否變化，只有以上元器件按順序依次打開(kāi)才算正式啟動(dòng)(關(guān)機(jī)時(shí)與以上順序相反)。

機(jī)組風(fēng)機(jī)每次啟動(dòng)后(觀察2 min)必須保證新風(fēng)閥和出風(fēng)閥門(mén)是完全開(kāi)啟狀態(tài)，當(dāng)需要的送風(fēng)參數(shù)有明顯變化并逐步趨于設(shè)定值方可離開(kāi)。關(guān)機(jī)時(shí)，點(diǎn)擊連鎖停止按鈕，風(fēng)機(jī)運(yùn)行指示燈熄滅，電動(dòng)比例積分閥關(guān)閉接近0%時(shí)，風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行，新風(fēng)進(jìn)風(fēng)閥關(guān)閉。如果急需關(guān)機(jī)可以間隔30 s再按一次聯(lián)鎖停按鈕，直至新風(fēng)閥完全關(guān)閉。需要注意的是手動(dòng)模式下開(kāi)機(jī)順序與以上自動(dòng)模式相同，開(kāi)機(jī)后必須保證以下3道閥門(mén)處于開(kāi)啟狀態(tài)，分別是機(jī)組進(jìn)風(fēng)口自動(dòng)新風(fēng)閥、機(jī)組出風(fēng)口手動(dòng)風(fēng)閥以及風(fēng)道上在進(jìn)入調(diào)漆間之前的70 ℃防火閥。

該機(jī)組具有夏季模式、冬季模式和過(guò)渡季節(jié)模式三種工作模式。夏季模式通過(guò)冷水、熱水控制室內(nèi)溫度、濕度，冬季模式通過(guò)蒸汽控制室內(nèi)溫度、濕度，過(guò)渡季節(jié)采用全新風(fēng)運(yùn)行。新風(fēng)經(jīng)初效過(guò)濾器后進(jìn)入蒸汽加熱段或冷水表冷段，再經(jīng)過(guò)中效過(guò)濾器后進(jìn)入熱水再熱段或蒸汽加濕段,然后通過(guò)防火閥進(jìn)入調(diào)漆間。根據(jù)PID控制原理，調(diào)節(jié)電動(dòng)二通閥(表冷段、再熱段和加熱段)和蒸汽加濕調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，保證夏季模式調(diào)漆間溫度始終維持在25 ℃(可調(diào))、濕度在65%(可調(diào))，冬季模式調(diào)漆間溫度始終維持在21 ℃(可調(diào))、濕度在55%(可調(diào)),使調(diào)漆間油漆和固化劑保持在最佳狀態(tài)。一旦防火閥損壞或調(diào)漆間發(fā)生火災(zāi)，溫度達(dá)到70 ℃時(shí)，熔斷絲熔斷，防火閥會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，防止火災(zāi)通過(guò)風(fēng)道蔓延至車間。由于防火閥沒(méi)有與組合式空氣處理機(jī)組實(shí)現(xiàn)安全聯(lián)動(dòng)，組合式空氣處理機(jī)組仍會(huì)繼續(xù)工作，此時(shí)產(chǎn)生的新風(fēng)和蒸汽無(wú)法通過(guò)防火閥送入調(diào)漆間，蒸汽在風(fēng)道和風(fēng)箱內(nèi)大量積累，導(dǎo)致漏水，嚴(yán)重時(shí)損壞設(shè)備，存在較大的安全隱患。

為了保證設(shè)備的安全運(yùn)行，必須保證組合式空氣處理機(jī)組與防火閥實(shí)現(xiàn)安全聯(lián)動(dòng)，一旦防火閥因某種故障導(dǎo)致其關(guān)閉，組合式空氣處理機(jī)組必須能立即停機(jī)(包括停加濕段蒸汽)，并在觸摸屏上顯示故障信息，方便人員了解故障信息，排除原因后將其切換至手動(dòng)控制畫(huà)面并故障復(fù)位，之后才能重新啟動(dòng)風(fēng)機(jī)(啟動(dòng)前必須保證新風(fēng)閥處于完全關(guān)閉狀態(tài))。

2 組合式空氣處理機(jī)組PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件電路的設(shè)計(jì)

將防火閥控制線綠色端子、黃色端子連接至控制柜的備用端子排上，該端子排將防火閥的開(kāi)啟和關(guān)閉信號(hào)輸入到PLC的I0.5接口(該端口為設(shè)備PLC控制器備用接口，如圖2所示)，通過(guò)該端子排采集防火閥的開(kāi)啟和關(guān)閉信號(hào)。

圖2 PLC備用I0.5接口

該P(yáng)LC為S7-200SMART系列，是西門(mén)子推出的一款小型產(chǎn)品，由于它具有結(jié)構(gòu)緊湊、拓展性能良好、指令功能強(qiáng)大和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)代各種小型控制工程的理想控制器。PLC實(shí)施控制，實(shí)際上是按照一定的算法進(jìn)行輸入/輸出變換，并將這個(gè)變換轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的物理實(shí)現(xiàn)。輸入/輸出變化和相應(yīng)的物理信息是實(shí)現(xiàn)PLC控制的兩個(gè)基本點(diǎn)，而輸入/輸出變換實(shí)際上是信息處理，信息處理通常要采用計(jì)算機(jī)技術(shù)。物理實(shí)現(xiàn)實(shí)際上是要求PLC的輸入應(yīng)當(dāng)排除干擾信號(hào)，適應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，輸出符合工業(yè)的控制要求，能方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的控制。因此PLC是微型計(jì)算機(jī)技術(shù)與機(jī)電控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種以微處理器為核心，用于電氣控制的特殊計(jì)算機(jī)。PLC有典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要由中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口、電源單元、通信接口和輸入/輸出拓展接口等單元部件組成，這些單元都是通過(guò)內(nèi)部總線進(jìn)行連接的，保證了通信的有效性和安全性。

當(dāng)防火閥處于打開(kāi)狀態(tài)時(shí)，其端子信號(hào)處于斷開(kāi)狀態(tài)；當(dāng)防火閥處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，其端子信號(hào)處于導(dǎo)通狀態(tài)。PLC通過(guò)循環(huán)掃描檢測(cè)I0.5接口的信號(hào)，判斷防火閥的工作狀態(tài)，從而控制風(fēng)機(jī)和蒸汽比例調(diào)節(jié)閥的工作狀態(tài)，確保設(shè)備穩(wěn)定有效運(yùn)行。

2.2 PLC及觸摸屏報(bào)警程序的設(shè)計(jì)

根據(jù)PLC控制器I0.5檢測(cè)到的防火閥開(kāi)關(guān)狀態(tài)，對(duì)PLC控制程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。在PLC程序中增加報(bào)警指令和故障復(fù)位指令，如圖3所示。

圖3 火警報(bào)警指令與故障復(fù)位指令

除此之外，還需要停風(fēng)機(jī)電機(jī)和關(guān)閉蒸汽加熱、加濕段的比例調(diào)節(jié)閥，并將故障信息顯示在觸摸屏上，使得操作和維修人員對(duì)故障原因一目了然，方便員工操作。故障后停風(fēng)機(jī)及關(guān)閉蒸汽比例調(diào)節(jié)指令如圖4所示。

圖4 故障后停風(fēng)機(jī)及關(guān)閉蒸汽比例調(diào)節(jié)指令

一旦防火閥因某種原因關(guān)閉，就會(huì)有報(bào)警，火警信號(hào)就會(huì)導(dǎo)通，并將風(fēng)機(jī)啟動(dòng)信號(hào)復(fù)位，風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行，此外會(huì)將0傳送到蒸汽加熱(ZQ1_KD)、加濕(ZQ2_KD)開(kāi)度比例閥,此閥會(huì)關(guān)閉，從而關(guān)閉蒸汽。當(dāng)PLC程序和HMI界面設(shè)計(jì)完后，下載到PLC控制器和觸摸屏上，之后對(duì)程序進(jìn)行多次調(diào)試，關(guān)閉防火閥后，觸摸屏?xí)霈F(xiàn)報(bào)警信息，同時(shí)風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行、蒸汽比例閥關(guān)閉，起到應(yīng)有的保護(hù)功能。故障報(bào)警界面如圖5所示。

圖5 故障報(bào)警界面

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)組合式空氣處理機(jī)組工作原理的了解，重新設(shè)計(jì)該機(jī)組的控制系統(tǒng)，增加了防火閥的信號(hào)檢測(cè)與控制功能。該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了組合式空氣處理機(jī)組與防火閥的安全聯(lián)動(dòng)，一旦防火閥出現(xiàn)某種故障而關(guān)閉時(shí)，就能保證組合式空氣處理機(jī)組停機(jī)，并關(guān)閉蒸汽電動(dòng)閥,并將故障信息顯示在觸摸屏上。出現(xiàn)故障后，點(diǎn)擊故障復(fù)位，報(bào)警信息能消除，打開(kāi)防火閥后待新風(fēng)閥完全關(guān)閉后可以重新啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，設(shè)備能正常運(yùn)行。此設(shè)計(jì)保證了設(shè)備能穩(wěn)定安全的運(yùn)行，防止設(shè)備出現(xiàn)重大的安全事故，造成設(shè)備的損壞或人員的傷亡。