CN204961364U - 一种空气悬浮离心风机控制*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种空气悬浮离心风机控制***，其包括温度控制单元、压力控制单元、PLC主机、变频器和人机界面显示单元；所述温度控制单元和压力控制单元的输出端分别接入PLC主机的相应输入端，所述人机界面显示单元与PLC主机双向连接，所述PLC主机的输出端接入变频器的输入端，所述变频器的输出端接入所述被控的空气悬浮离心风机的输入端；所述温度控制单元包括若干温度传感器和温度模块；若干所述温度传感器分布在所述被控的空气悬浮离心风机的电机上、入风口处、出风口处和循环冷却液中；所述压力控制单元包括第一差压变送器、第二差压变送器和模拟量采集模块。本实用新型的优点是安全节能，简易高效，能实现无负载启停和控制。

Description

一种空气悬浮离心风机控制***

技术领域

本实用新型属于风机调控***领域，具体涉及一种空气悬浮离心风机控制***。

背景技术

在最近几年，PLC以其诸多优异特点获得广泛的使用，在工业先进国家已成为工业控制的标准设备。它专为工业控制而设计，集电气、仪表、控制三电于一体，是实现机电一体化的理想控制设备。

常规离心鼓风机，简称离心风机的控制***多采用传统继电器控制电路,传统的鼓风机继电器控制电路中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障与事故。

由于大量使用传统继电器,控制***臃肿而紧密,接线繁琐。控制线路与动力线路交替混杂。容易造成因散热不好而出现的电器火灾。

传统控制***需要很多不同类型的传感器,而传感器的最大杀手之一就是电磁干扰。由于大量使用传统继电器,在继电器动作过程中最容易出现传感器因电磁干扰而出现的误动作,当出现误动作时,轻则设备损坏重则造成人身事故。

传统的鼓风机***调速时多采用传统的星三角降压启动与自耦降压启动,不能有效及时的调整鼓风机的转速,自身能耗高.且控制***自身体积随着鼓风机功率的提升体积随之变大。在相对恶劣和有危险气体的环境下,安全系数低.可能会在运行时由于传统接触器触头打火造成突发事故。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供了一种安全节能、简易高效、能实现无负载启停和控制的空气悬浮离心风机控制***。

本实用新型所采用的技术方案如下：

一种空气悬浮离心风机控制***，其包括温度控制单元、压力控制单元、PLC主机、变频器和人机界面显示单元；所述温度控制单元和压力控制单元的输出端分别接入PLC主机的相应输入端，所述人机界面显示单元与PLC主机双向连接，所述PLC主机的输出端接入变频器的输入端，所述变频器的输出端接入所述被控的空气悬浮离心风机的输入端。

进一步的，所述温度控制单元包括若干温度传感器和温度模块；若干所述温度传感器通过温度模块接入所述PLC主机的输入端，若干所述温度传感器分布在所述被控的空气悬浮离心风机的电机上、入风口处、出风口处和循环冷却液中。

进一步的，所述压力控制单元包括第一差压变送器、第二差压变送器和模拟量采集模块；所述第一差压变送器和第二差压变送器的输出端通过模拟量采集模块接入所述PLC主机的输入端；所述第一差压变送器的高压端接在所述被控的空气悬浮离心风机的出风口，所述第二差压变送器的低压端接在所述被控的空气悬浮离心风机的入风口，所述第二差压变送器的高压端接在所述风机箱体内大气压处。由于所述被控的空气悬浮离心风机是有箱体的，空气悬浮离心风机是放在箱体内运行的。

进一步的，所述变频器通过三相四线电源供电，所述三相四线电源依次经总电源断路器、输入电抗器接入变频器。

本实用新型还包括输出电抗器，所述变频器经过所述输出电抗器接入所述被控的空气悬浮离心风机。

进一步的，所述人机界面显示单元包括触摸屏，所述PLC主机的相应输出端接所述触摸屏。

进一步的，所述温度传感器的型号为PT100；所述第一差压变送器为塞尔瑟斯A4-0-200KPA和第二差压变送器的型号为塞尔瑟斯A4-0-15KPA；所述温度模块的型号为DVP-04PT-S；所述模拟量采集模块的型号为DVP-06AD-S；所述PLC主机的型号为DVP-28SV；所述变频器的型号为伟肯NXP-200KW系列。

进一步的，所述PLC主机通过三相四线电源供电，所述三相四线电源依次经总电源断路器、隔离变压器及其电控部分接入PLC主机。

本实用新型的有益效果如下：

（1）本***将PLC主机与变频器有机地结合起来，采用以温度传感器、第一差压变送器和第二差压变送器计算得出的反馈值为主控制参数，通过PID调节实现对空气悬浮离心鼓风机工作过程和运转速度的有效控制，使空气悬浮离心鼓风机高效、安全，达到明显的节能效果。

（2）本***具有对驱动风机的电机过热保护、故障报警、机械故障报警和断电等功能特点，为空气悬浮离心鼓风机的节能技术改造提供一条新途径。

（3）与常规的控制***相比，本***全部采用模块化设计，大大的节省安装和调试时间；模块与模块间的物理连接线少而简洁；本***的所有功能按键全部采用在人机界面显示单元，即触摸屏上做出的虚拟按键，一键式操作，人性化的设计让操作人员快速的掌握操作，大大节省了控制柜的体积和繁琐的按钮和指示灯接线。

（4）本***采用PLC主机进行控制工业生产自动化控制，其与传统的继电器控制***相比有如下优点：

4-1．反应速度快，噪音低，能耗小，体积小；

4-2.功能强大，编程方便，可以随时修改程序；

4-3.控制精度高，可进行复杂的程序控制；

4-4.能够对控制过程进行自动检测；

4-5.***稳定，安全可靠。

附图说明

图1为本实用新型的结构原理框图。

图2为本***在定风量控制模式下的运行曲线图。

图3为本***在定风压控制模式下的运行曲线图。

具体实施方式

以下结合具体实施例和说明书附图1-3对本实用新型进行进一步详细的叙述。

如图1~图3所示，其包括温度控制单元、压力控制单元、PLC主机、变频器和人机界面显示单元；所述温度控制单元和压力控制单元的输出端分别接入PLC主机的相应输入端，所述人机界面显示单元与PLC主机双向连接，所述PLC主机的输出端接入变频器的输入端，所述变频器的输出端接入所述被控的空气悬浮离心风机的输入端。

进一步的，所述温度控制单元包括若干温度传感器和温度模块；若干所述温度传感器通过温度模块接入所述PLC主机的输入端，若干所述温度传感器分布在所述被控的空气悬浮离心风机的电机上、入风口处、出风口处和循环冷却液中。

进一步的，所述压力控制单元包括第一差压变送器、第二差压变送器和模拟量采集模块；所述第一差压变送器和第二差压变送器的输出端通过模拟量采集模块接入所述PLC主机的输入端；所述第一差压变送器的高压端接在所述被控的空气悬浮离心风机的出风口，所述第二差压变送器的低压端接在所述被控的空气悬浮离心风机的入风口，所述第二差压变送器的高压端接在所述风机箱体内大气压处。

进一步的，所述变频器通过三相四线电源供电，所述三相四线电源依次经总电源断路器、输入电抗器接入变频器。

本实用新型还包括输出电抗器，所述变频器经过所述输出电抗器接入所述被控的空气悬浮离心风机。

进一步的，所述人机界面显示单元包括触摸屏，所述PLC主机的相应输出端接所述触摸屏。

进一步的，所述温度传感器的型号为PT100；所述第一差压变送器为塞尔瑟斯A4-0-200KPA和第二差压变送器的型号为塞尔瑟斯A4-0-15KPA；所述温度模块的型号为DVP-04PT-S；所述模拟量采集模块的型号DVP-06AD-S；所述PLC主机的型号为DVP-28SV；所述变频器的型号为伟肯NXP-200KW系列。

进一步的，三相四线电源通过总电源断路器和隔离变压器输入电控部分，通过电控部分输入给PLC主机供电，进而给连接在PLC主机上的温度传感器和第一差压变送器和第二差压变送器供电。

本实用新型的工作原理如下：

本***采用台达DVP-28SV系列PLC作为主机，增加相应的扩展模块。DVP04PT-S温度模块和DVP-06AD-S模拟量采集模块，组成控制***的核心。本***具有离心风机的启动、互锁和过热保护等功能。其中还包括接触器、中间继电器、热继电器、断路器等***保护电器，实现对电机和PLC主机的有效保护，以及对电机的PID控制。与常规继电器实施的风机***相比，PLC主机组成的***具有故障率低、可靠性高、接线简单、维护方便等诸多优点，PLC主机组成的控制功能使风机***的自动化程度大大提高，减轻了岗位人员的劳动强度。PLC主机和变频器与差压变送器、温度传感器配合使用，使***控制的安全性、可靠性大大提高，也使风机运行的故障率大大降低，不仅节约了电能，而且还提高了设备的运转率。

本实用新型的设计要求如下：

（1）本***提供手动／自动两种工作模式，具有状态显示以及故障报警等功能。

（2）压力/流量模拟信号输入PLC主机经PID运算，通过PLC主机的ModBus-485通信口控制变频器，利用压差变送器将现场信号变换成统一的标准信号，如4~20mA直流电流信号、0~5V直流电压信号等，送入A/D转换器进行模数转换，然后送入PLC主机，PLC主机将检测到的气压值与设定的气压值进行比较和处理，输出信号控制变频器使风机工作。

（3）在定风压控制模式下，当出风口侧压力低于设定压力下限时，通过出口侧压力变送器反馈的信号在PLC主机内进行PID运算，并控制变频器使风机运行转速提高，保证出口侧压力在设定压力的范围内运行。

（4）在定风量控制模式下，当流量低于设定下限时，通过第一差压变送器和第二差压变送器反馈的信号在PLC主机内进行运算，并控制变频器使风机运行转速提高，保证风机流量在设定流量的范围内运行。

（5）PID控制方式

在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，***控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个***和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得***参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据***的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。PID控制属于闭环控制。将被控量的监测信号，即有压力传感器或流量传感器检测到的实际值，反馈到PLC主机或变频器，与被控量的目标信号相比较，判断是否达到预定的控制目的。若没达到则根据两者的差值进行自动调整，直到达到预定的控制目的为止。

如图2所示，将流量控制设定为Qset，鼓风机启动后沿高效曲线，即1号曲线，爬升至1号工况点，达到设定的风量值后保持平稳运行。出风管路***会因为***阻力变化而造成背压发生波动，当背压升高时，工况点会漂移至2号点，造成风量降低，通过***中的压力传感器和差压变送器反馈给PLC***并计算此时风量，此时鼓风机会自动检测到这一变化，并自动补偿转速，将工况点推至2’点，以继续保持鼓风机风量衡定不变。反之，当背压降低时，工况点会漂移至3号点，造成风量增加，通过***中的压力传感器和差压变送器反馈给PLC***并计算此时风量，此时鼓风机会自动检测到这一变化，并相应自动调低转速，将工况点推至3’点，以继续保持鼓风机风量衡定不变，同时也起到了节能的目的。

如图3所示，将风压控制设定为△Pset，鼓风机启动后沿高效曲线，即1号曲线，爬升至1号工况点，达到设定的风压值后保持平稳运行。出风背压会因为***风量需求变化而造成波动，当风量需求升高时，工况点会漂移至2号点，造成风压降低，此时压力变送器会感知压力降低，鼓风机会自动检测到这一变化，并自动补偿转速，将工况点推至2’点，以继续保持鼓风机风压衡定不变。反之，当风量需求降低时，工况点会漂移至3号点，造成风压增高，此时压力变送器会感知压力增高，此时鼓风机会自动检测到这一变化，并相应自动调低转速，将工况点推至3’点，以继续保持鼓风机风压衡定不变，同时也起到了节能的目的。

（6）所述温度传感器PT100测定风机组定子温度或轴承温度，当定子温度或轴承温度超过PLC主机内部程序设定报警上线时，通过PLC主机内部程序判断并发送至人机界面显示单元，即HMI报警画面发出指示和报警信号；当定子温度或轴承温度超过设定正常风机运行温度界线时，PLC主机将根据采集回来的温度数据计算并判断已经超温，此时切断指示和报警信号并自动切断当前运行风机组。

（7）运用气动电磁阀和放空阀来控制风机的无负载启停和喘振预防。当启动风机时，放空阀处于开启状态风机出口和大气相通，降低风机启动电流，防止风机超载；当运行状态时放空阀缓慢关闭，减小进入工况环境时的电流冲击；当停机时放空阀瞬间打开，防止管道内空气逆流，在即将发生喘振时瞬间打开放空阀能有效的避免因喘振发生的设备损毁。

关于变频器的选择说明：

采用芬兰伟肯NXS或者NXP系列工业变频器，VACONNXS配备功能完善的模块化应用宏软件包和PC软件工具，可广泛满足众多驱动应用需求。此外用户可利用PC软件工具实现诸如工程设计，参数设定与传载，以及***监控等多种功能。丰富的控制面板选件卡，可以根据控制需求选配，根据控制要求我们选择基本I/O卡OPT-A2和现场总线卡OPT-C2两个选件卡，控制要求需要在变频器故障时报警选择基本I/O卡OPT-A2，它是一个两路继电器输出的卡件，通过变频器的参数设定，可以再变频器发生故障时导通继电器让它输出信号给PLC主机输出给报警单元。现场总线卡OPT-C2是一张RS-485多协议的通讯卡，用于和PLC主机联机接收控制数据。

关于温度传感器的选型说明：

所示温度传感器采用的型号为PT-100，PT-100型是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的传感器，主要用于工业过程温度参数的测量和控制。Pt100即阻值在0度时为100欧姆，PT100温度传感器是一种以铂(Pt)作成的电阻式温度传感器，属于正电阻系数，其电阻和温度变化的关系式如下：

R=Ro(1+αT)

Pt100温度传感器的主要技术参数如下：

测量范围：-200℃～+850℃；

允许偏差值△℃：A级±（0.15＋0.002│t│），

B级±（0.30＋0.005│t│）；

热响应时间电流≤5mA。

另外，Pt100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点，且接口丰富，可根据客户的要求定制探针的形状长短和螺纹连接尺寸。

关于差压变送器的选型说明：

差压变送器是工业实践中最为常用的一种压力变送器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及石油管道、水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道送风、锅炉负压等众多行业风压。变送器的工作原理，差压传感器的压力直接作用在传感器的膜片上，使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻发生变化，利用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这个压力的标准信号。其输出信号：4-20mA，二线制。

本实施例中使用的主要装置的用途和作用：

1、隔离变压器的用途与作用：

隔离变压器是指输入绕组与输出绕组带电气隔离的变压器，隔离变压器用以避免偶然同时触及带电体，变压器的隔离是隔离原副边绕线圈各自的电流。早期为欧洲国家用在电力行业，广泛用于电子工业或工矿企业、机床和机械设备中一般电路的控制电源、安全照明及指示灯的电源。

首先通常我们用的交流电源电压一根线和大地相连，另一根线与大地之间有220V的电位差。人接触会产生触电。而隔离变压器的次级不与大地相连，它的任意两线与大地之间没有电位差。人接触任意一条线都不会发生触电，这样就比较安全。

其次，隔离变压器的输出端跟输入端是完全“断路”隔离的，这样就有效的对变压器的输入端，即电网供给的电源电压，起到了一个良好的过滤作用。从而给用电设备提供了纯净的电源电压。另一用途是防干扰。

作用：

隔离变压器的主要作用是：使一次侧与二次侧的电气完全绝缘，也使该回路隔离。另外，利用其铁芯的高频损耗大的特点，从而抑制高频杂波传入控制回路。用隔离变压器使二次对地悬浮，只能用在供电范围较小、线路较短的场合。此时，***的对地电容电流小得不足以对人身造成伤害。还有一个很重要的作用就是保护人身安全！隔离危险电压。

2、相序保护器的用途与作用：

相序保护器是控制继电器的一种，能自动相序判别的保护继电器，保证一些特殊机电设备因为电源相序接反后倒转而导致事故或设备损坏。

取样三相电源并进行处理，在电源相序和保护器端子输入的相序相符的情况下，其输出继电器接通，设备主控制回路接通。现有两类产品一类为：当电源相序发生变化时，相序不符，输出继电器无法接通，从而保护了设备，避免事故的发生；另一类采用数字微芯技术产品，可实现自动相序识别，并实现自动相序转换，保证电机恒定相序转动。

三相电源依次接入保护器的R、S、T或L1、L2、L3三个接线点，相序保护器的辅助触点一般有一常开一常闭。接入控制回路中，具体接常开还是常闭根据控制原理或者接线图来接，.当相序错误或者缺相的时候保护器的辅助触点动作常开变常闭，常闭变常开。若起到保护作用，应该接常闭触点。

3、电机综合保护器的用途与作用：

电机综合保护器是给电机全面的保护，主要针对三相电流检测和监控，当电机出现过载、缺相、堵转、短路、过压、欠压、漏电、三相不平衡、过热、轴承磨损、定转子偏心时，予以报警或保护的装置。

4、输入电抗器的用途与作用：

输入电抗器接在电源和变频器之间的，它能限制电网电压突变和操作过电压引起的电流冲击，有效的保护变频器并能够改善变频器的功率因数，抑制变频器输入电网的谐波电流产品特点：降低电机的噪音，降低涡流损耗。

输出电抗器，英文名为“OutputReactor”，主要应用于工业自动化***工程中，特别是使用变频器的场合，用于延长变频器的有效传输距离，有效抑制变频器的IGBT模块开关时产生的瞬间高压。

5、差压变送器的用途与作用：

差压变送器是测量变送器两端压力之差的变送器，输出标准信号，如4~20mA、0~5V。差压变送器与一般的压力变送器不同的是它们均有2个压力接口，差压变送器一般分为正压端和负压端，一般情况下，差压变送器正压端的压力应大于负压段压力才能测量。

6、开关电源的用途与作用：

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。

开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器，电子冰箱，液晶显示器，LED灯具，通讯设备，视听产品，安防监控，LED灯袋，电脑机箱，数码产品和仪器类等领域。

现代开关电源有两种：一种是直流开关电源；另一种是交流开关电源。

7、人机界面显示单元的用途与作用：

人机界面，即HumanMachineInteraction，简称HMI，又称用户界面或使用者界面，是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口，是计算机***的重要组成部分。是***和用户之间进行交互和信息交换的媒介，它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。

本专利主要体现的是高速离心鼓风机的控制***的组成，控制***主要分为三大部分，一是整个***的供电部分、二是PLC控制和HMI显示部分、三是电机驱动部分。

使用PLC与变频器结合的控制***,与传统继电器控制的鼓风机***相比较。PLC与变频器的结合具有先天的综合优势。

PLC与变频器的优势如下:

1、功能强，性能价格比高；

2、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；

3、可靠性高，抗干扰能力强；

4、***的设计、安装、调试工作量少；

5、编程方法简单；

6、维修工作量少，维修方便；

7、体积小，能耗低；

8、与时俱变，能实现网络通讯；

9、提升产品技术含量，增加产品形象；

10、对未来机械升级很方便；

11、调速方便快捷。

以上所述实施方式仅为本实用新型的优选实施例，而并非本实用新型可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本实用新型原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种空气悬浮离心风机控制***，其特征在于：其包括温度控制单元、压力控制单元、PLC主机、变频器和人机界面显示单元；所述温度控制单元和压力控制单元的输出端分别接入PLC主机的相应输入端，所述人机界面显示单元与PLC主机双向连接，所述PLC主机的输出端接入变频器的输入端，所述变频器的输出端接入所述被控的空气悬浮离心风机的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种空气悬浮离心风机控制***，其特征在于：所述温度控制单元包括若干温度传感器和温度模块；若干所述温度传感器通过温度模块接入所述PLC主机的输入端，若干所述温度传感器分布在所述被控的空气悬浮离心风机的电机上、入风口处、出风口处和循环冷却液中。

3.根据权利要求1或2任一所述的一种空气悬浮离心风机控制***，其特征在于：所述压力控制单元包括第一差压变送器、第二差压变送器和模拟量采集模块；所述第一差压变送器和第二差压变送器的输出端通过模拟量采集模块接入所述PLC主机的输入端；所述第一差压变送器的高压端接在所述被控的空气悬浮离心风机的出风口，所述第二差压变送器的低压端接在所述被控的空气悬浮离心风机的入风口，所述第二差压变送器的高压端接在所述风机箱体内大气压处。

4.根据权利要求1所述的一种空气悬浮离心风机控制***，其特征在于：所述变频器通过三相四线电源供电，所述三相四线电源依次经总电源断路器、输入电抗器接入变频器。

5.根据权利要求1或4任一所述的一种空气悬浮离心风机控制***，其特征在于：其还包括输出电抗器，所述变频器经过所述输出电抗器接入所述被控的空气悬浮离心风机。

6.根据权利要求2所述的一种空气悬浮离心风机控制***，其特征在于：所述温度传感器的型号为PT100；所述第一差压变送器为塞尔瑟斯A4-0-200KPA和第二差压变送器的型号为塞尔瑟斯A4-0-15KPA；所述温度模块的型号为DVP-04PT-S；所述模拟量采集模块的型号为DVP-06AD；所述PLC主机的型号为DVP-28SV；所述变频器的型号为伟肯NXP-200KW系列。

7.根据权利要求1所述的一种空气悬浮离心风机控制***，其特征在于：所述PLC主机通过三相四线电源供电，所述三相四线电源依次经总电源断路器、隔离变压器及其电控部分接入PLC主机。