組合式空氣處理機組與防火閥安全聯(lián)動設(shè)計

焦 龍，趙楠楠，聶春陽

(一拖(洛陽)福萊格車身有限公司，河南 洛陽 471000)

0 引言

調(diào)漆間作為拖拉機和工程機械駕駛室自動化噴涂的供漆場所，對溫度、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)備不會停機，導(dǎo)致蒸汽聚集在風(fēng)箱，造成風(fēng)箱漏水，甚至損毀。針對該問題需要對組合式空氣處理機組的硬件電路和PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，將檢測到的防火閥開關(guān)信號與設(shè)備進(jìn)行安全聯(lián)動，當(dāng)防火閥出現(xiàn)故障關(guān)閉后，能聯(lián)動關(guān)閉設(shè)備風(fēng)機和蒸汽，并將故障顯示在觸摸屏上。

1 組合式空氣處理機組工作原理及存在的問題

組合式空氣處理機組工作原理如圖1所示。

圖1 組合式空氣處理機組工作原理

組合式空氣處理機組分別有自動和手動控制方式，控制方式的選擇和啟動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)鎖啟動按鈕，隨后新風(fēng)閥自動開啟，達(dá)到80%開合度后風(fēng)機開始啟動；然后檢查出風(fēng)閥是否打開(手動，常開)，新風(fēng)進(jìn)風(fēng)閥開合度顯示是否自動，風(fēng)機運行狀態(tài)指示是否亮起以及對應(yīng)模式下的冷、熱媒管道上的電動比例積分閥開合度是否變化，只有以上元器件按順序依次打開才算正式啟動(關(guān)機時與以上順序相反)。

機組風(fēng)機每次啟動后(觀察2 min)必須保證新風(fēng)閥和出風(fēng)閥門是完全開啟狀態(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。關(guān)機時，點擊連鎖停止按鈕，風(fēng)機運行指示燈熄滅，電動比例積分閥關(guān)閉接近0%時，風(fēng)機停止運行，新風(fēng)進(jìn)風(fēng)閥關(guān)閉。如果急需關(guān)機可以間隔30 s再按一次聯(lián)鎖停按鈕，直至新風(fēng)閥完全關(guān)閉。需要注意的是手動模式下開機順序與以上自動模式相同，開機后必須保證以下3道閥門處于開啟狀態(tài)，分別是機組進(jìn)風(fēng)口自動新風(fēng)閥、機組出風(fēng)口手動風(fēng)閥以及風(fēng)道上在進(jìn)入調(diào)漆間之前的70 ℃防火閥。

該機組具有夏季模式、冬季模式和過渡季節(jié)模式三種工作模式。夏季模式通過冷水、熱水控制室內(nèi)溫度、濕度，冬季模式通過蒸汽控制室內(nèi)溫度、濕度，過渡季節(jié)采用全新風(fēng)運行。新風(fēng)經(jīng)初效過濾器后進(jìn)入蒸汽加熱段或冷水表冷段，再經(jīng)過中效過濾器后進(jìn)入熱水再熱段或蒸汽加濕段,然后通過防火閥進(jìn)入調(diào)漆間。根據(jù)PID控制原理，調(diào)節(jié)電動二通閥(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，熔斷絲熔斷，防火閥會自動關(guān)閉，防止火災(zāi)通過風(fēng)道蔓延至車間。由于防火閥沒有與組合式空氣處理機組實現(xiàn)安全聯(lián)動，組合式空氣處理機組仍會繼續(xù)工作，此時產(chǎn)生的新風(fēng)和蒸汽無法通過防火閥送入調(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)備的安全運行，必須保證組合式空氣處理機組與防火閥實現(xiàn)安全聯(lián)動，一旦防火閥因某種故障導(dǎo)致其關(guān)閉，組合式空氣處理機組必須能立即停機(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控制畫面并故障復(fù)位，之后才能重新啟動風(fēng)機(啟動前必須保證新風(fēng)閥處于完全關(guān)閉狀態(tài))。

2 組合式空氣處理機組PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 硬件電路的設(shè)計

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啟和關(guān)閉信號輸入到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)，通過該端子排采集防火閥的開啟和關(guān)閉信號。

圖2 PLC備用I0.5接口

該PLC為S7-200SMART系列，是西門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、指令功能強大和價格低廉等優(yōu)點，成為當(dāng)代各種小型控制工程的理想控制器。PLC實施控制，實際上是按照一定的算法進(jìn)行輸入/輸出變換，并將這個變換轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的物理實現(xiàn)。輸入/輸出變化和相應(yīng)的物理信息是實現(xiàn)PLC控制的兩個基本點，而輸入/輸出變換實際上是信息處理，信息處理通常要采用計算機技術(shù)。物理實現(xiàn)實際上是要求PLC的輸入應(yīng)當(dāng)排除干擾信號，適應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場，輸出符合工業(yè)的控制要求，能方便地實現(xiàn)對被控對象的控制。因此PLC是微型計算機技術(shù)與機電控制技術(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算機。PLC有典型的計算機結(jié)構(gòu)，主要由中央處理器、存儲器、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)防火閥處于打開狀態(tài)時，其端子信號處于斷開狀態(tài)；當(dāng)防火閥處于關(guān)閉狀態(tài)時，其端子信號處于導(dǎo)通狀態(tài)。PLC通過循環(huán)掃描檢測I0.5接口的信號，判斷防火閥的工作狀態(tài)，從而控制風(fēng)機和蒸汽比例調(diào)節(jié)閥的工作狀態(tài)，確保設(shè)備穩(wěn)定有效運行。

2.2 PLC及觸摸屏報警程序的設(shè)計

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

圖3 火警報警指令與故障復(fù)位指令

除此之外，還需要停風(fēng)機電機和關(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故障原因一目了然，方便員工操作。故障后停風(fēng)機及關(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，就會有報警，火警信號就會導(dǎo)通，并將風(fēng)機啟動信號復(fù)位，風(fēng)機停止運行，此外會將0傳送到蒸汽加熱(ZQ1_KD)、加濕(ZQ2_KD)開度比例閥,此閥會關(guān)閉，從而關(guān)閉蒸汽。當(dāng)PLC程序和HMI界面設(shè)計完后，下載到PLC控制器和觸摸屏上，之后對程序進(jìn)行多次調(diào)試，關(guān)閉防火閥后，觸摸屏?xí)霈F(xiàn)報警信息，同時風(fēng)機停止運行、蒸汽比例閥關(guān)閉，起到應(yīng)有的保護(hù)功能。故障報警界面如圖5所示。

圖5 故障報警界面

3 結(jié)束語

通過對組合式空氣處理機組工作原理的了解，重新設(shè)計該機組的控制系統(tǒng)，增加了防火閥的信號檢測與控制功能。該設(shè)計實現(xiàn)了組合式空氣處理機組與防火閥的安全聯(lián)動，一旦防火閥出現(xiàn)某種故障而關(guān)閉時，就能保證組合式空氣處理機組停機，并關(guān)閉蒸汽電動閥,并將故障信息顯示在觸摸屏上。出現(xiàn)故障后，點擊故障復(fù)位，報警信息能消除，打開防火閥后待新風(fēng)閥完全關(guān)閉后可以重新啟動風(fēng)機，設(shè)備能正常運行。此設(shè)計保證了設(shè)備能穩(wěn)定安全的運行，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。