基于智能逻辑模块的排风机组控制系统设计

王鸿康

（曼奈柯斯工业电气（南京）有限公司，江苏 南京 211100）

1 前言

某仓库有屋顶动力排风机3台，用于库内夏季通风降温。手动开关控制箱，不能按温度调节启停，人工操作费时费力，经常发生排风机长时间无需要运转，增加机械磨损和能耗。本文针对上述问题，设计了一种基于智能逻辑模块LOGO！由3台排风机构成的分组控制系统，按照室温信号控制仓库的排风机投运台数，实现变风量策略运行，依次轮换，故障切换，备用自投，消息显示。

智能逻辑模块是适用于小型自动化工程的逻辑开关控制元件，体积紧凑，适合小空间导轨安装，用途广泛。LOGO！模块为智能逻辑规块的一种。目前其0BA7代版本模块，支持8个基本功能块，36个集成功能块，电路程序规模可达400个功能块，支持以太网通信互联，可在PC上运行LOGO！Soft Comfort V7软件编制工程的功能块图或梯形图电路程序写入LOGO！，并能仿真运行，在线监视，节省了现场调试时间。

2 控制策略

设仓库温度T的区间端点设定值为t1＜t2＜t3＜t4，当t1≤T＜t2时，启动1台排风机作为一组工作；当t2≤T＜t3时，启动2台排风机作为一组工作；当t3≤T＜t4时，启动3台排风机作为一组工作。如此定义组和按温度区间端点设计滞廻工作特性，可有效减少排风机启停次数，又能满足室温的波动。区间端点设定温度可调，LOGO!模块根据当前温度T与端点设定值的比较，确定是否投运组和组的排风机数。

投运依次轮换是指每次启动每组1台或2台排风机工作时，排风机组轮换排序投入的方式。要保证3台均等的投入机会，让停止时间最长的无故障排风机最先轮换投入工作，避免了某台排风机长期工作过热，使排风机系统寿命延长。另外排风机位于屋顶不同的位置，轮换工作则有利于改善室内的空气流通和温度均匀性。故障切换是指当发生风机过载故障时，能关闭故障风机，使停止工作的无故障排风机投入运行，并输出报警信号。无故障排风机继续依次轮换，故障排风机故障复位后，又能自动加入轮换序列。

3 控制设计实现

3.1 温度设定与检测

如果以2只双金属工业电接点温度计WSSX型为温度设定检测元件，其接点接入LOGO!输入端，通过现场设定其接点上下限温度点t1－t4，虽能实现策略要求的温度检测，但设定和测量精度不高，使用不便。

图1 基于LOGO!基本型和AM2 RTD模块的温度测量及控制电路

由一个LOGO!基本型12/24RC，一个LOGO!AM2 RTD模块和一个PT100热电阻及电源模块LOGO!POWER 24V，组成控制电路如图1所示。在LOGO!Soft Comfort V7软件中进行功能块组态后的温度阈值比较程序如图2所示。它能根据温度设定阈值调整数字量输出。

图2 温度阈值比较程序

对于12/24V DC电源供电的LOGO!基本型，其扩展的第一个模拟量模块AM2 RTD的第一个模拟量输入通道占用模拟量输入地址AI3。图2中的模拟量阈值触发器B001－B003对应设置不同的阈值温度区间[t1,t2)，[t2,t3)，[t3,t4)。例如，设定B001的off-on 区间为 [30.5,32.5)℃，B002的off-on 区间为 [32.5,33.5)℃，B003的off-on区间为[33.5,34.5)℃。在模拟量阈值触发器的块属性中，选择传感器PT 100，摄氏，分辨率×0.1，故设定值和测量值均应除以10才是实际的温度值。例如，30.5℃对应的输入值应为305，设定接通on断开off阈值，使阈值触发器输出在测量值高于阈值时被置位或低于阈值时被复位。通过多个模拟量阈值触发器即可模拟多只电接点温度计的接入，文本数字可显示于面板，精度优于指针式双金属电接点温度计，使用灵活方便，满足策略。

3.2 排风机控制程序设计

（1）运行分组台数可控当室温到达32.5℃时，启动1台排风机降温，对应的模拟量阈值触发器B001=1，B002=0，B003=0；当室温到达33.5℃时，启动2台排风机降温，对应B001=1，B002=1，B003=0；当室温到达34.5℃时，启动3台排风机降温，对应B001=1，B002=1，B003=1。而当温度回到33.5℃时，关闭其中1台排风机，启动2台排风机降温，即B001=1，B002=1，B003=0；当室温回到32.5℃时，关闭其中2台排风机，启动1台排风机降温，即B001=1，B002=0，B003=0；当室温回到30.5℃时，所有排风机停止工作。通过3个阈值触发器实现可调滞廻比较输出，获得投入排风机台数信号。

（2）依次轮换电路程序

图3 3台排风机1台工作原理电路程序（部分）

依次轮换启停方式的工作原理图如3所示。设3台排风机分别是排风机A排风机B和排风机C，则每当要求1台排风机起动（即B001=1）时,排风机按顺序A→B→C→A循环选取投入。由于2进制计数器的状态数N=2n，n为计数器的位数，它的n位二进制状态按N次变化循环，利用它的状态变化实现按次轮换和故障切换是一种可行的选择。使N≥排风机数量，这里n=2应为合理。

图4 计数器状态转换图

图3中的功能块脉冲继电器带有RS端具有触发翻转功能，其特性方程为Q*=Q′R′+S，式中Q*为其输出端新状态，Q为输出端现状态，当R=0且S=0时，输出逻辑新状态为现态的非。当S=1，R=0，Q*=1；当S=0，R=1，Q*=0。由脉冲继电器输入端Trg的信号由0到1转换时产生输出变化。因此，使用2个脉冲继电器B005、B006可构成2位二进制减法计数器，高位脉冲继电器B006的状态翻转在低一位脉冲继电器B005产生借位信号后产生。由于B006和B005的状态上电时为00，之后每个Trg状态0到1的转换会引起4个状态00→11→10→01→00循环，而3台排风机仅需用3个状态，这里将00状态作为无效状态，由带边缘触发的与门B004和M1构成了无效状态反馈环节，使得B005输出强制为1，B006和B005的输出为11→10→01→11循环，B007-B009译码轮换分配输出1状态。将脉冲继电器的触发翻转功能用之于产生轮换工作方式的排风机选通信号，计数器状态转换图如图4(a)所示。

对于B001=1，B002=1，B003=0的情况，对应的逻辑原理相同，但计数器状态对应驱动的排风机为AB→BC→CA→AB。对于B001=1，B002=1，B003=1的情况，排风机全部投入运行。

（3）故障切除备用自投反馈电路程序

如图1所示，排风机A、B、C过载继电器KH1、KH2、KH3之报警触点接入LOGO!的输入端I5、I6、I7。图3中给出B010与门与M2支路为故障切换回路，将风机A故障信号I5送入B010的一个输入端，当故障有效时，将B005状态复位，B006和B005计数器的输出由11切换到10，即切除11对应的排风机A替换为10状态对应的排风机B。故障切换回路综合计数器输出状态反馈和故障信号输入边缘信号，实现了当前状态和目的状态的定位切换，如图4(b)所示。

与排风机A同样，电路程序能综合I6、I7的状态和对应的排风机B、C轮值工作状态，按照图4(c)、(d)所示的状态转换图，强制计数器转入目的状态，完成故障切换和备用自投。图4(e)给出每组2台工作的排风机故障转换和依次轮换的计数器状态转换图，这些转换通过电路程序得以实现。可以看出，当系统处于每组1台排风机运行状态时，需要3条反馈支路；如果某台排风机发生故障被及时切除后，备用的两台排风机仍具有依次轮换和故障切换功能。当系统处于每组2台排风机运行状态时，需要6条反馈支路才能实现所有故障切换和备用投入。

由于电路程序要适应每组1台和每组2台同时运行的情况，每组2台工作的分组数应与每组1台工作时的状态数相同，均为3组，以简化电路程序，充分利用有限的资源。所以，不管1台或2台排风机同时工作的情形，减法计数器始终处于连续计数状态，当出现故障信号时能及时通过对计数状态的设定，将故障排风机切除，并将备用排风机投入工作。

（4）分组输出电路程序

如图3所示，B013为通断延时功能块，用于将温度阈值开关控制信号延迟0.1秒，与排风机A，B，C工作选通信号在与门B011、B012、B013综合，形成稳定的排风机运行信号至Q1－Q3。对B003所发出的3台风机同时工作信号则采取直接输出的方式。

排风机故障报警信号对相应的输出进行了冗余封锁，并由Q4输出点亮报警信号灯；火警接点KF接入LOGO!，火警时将会关闭所有排风机输出如图1所示，电路程序略。

（5）消息文本显示设计

LOGO!上集成了操作显示面板，其中显示为4行每行最多12个字符，支持5个字符集。通过对不同消息文本块属性的设置，可选中文GBK字符集、可组态消息关联的块，如B013、I1等；消息或参数，如B013的阈值on、off、测量值Ax等；以字符或棒图显示、可选是否按键应答等内容。组态热电阻正常或短路断线故障、I5－I7输入触发的8个英文或4个中文字符的排风机正常或故障消息、温度测量值T、模拟量阈值触发器的off-on区间设定值，排风机A、B、C累计工作时间，维护剩余时间等。由于分辨率为0.1，温度显示值带1位小数。对不同的消息文本块设置不同显示优先级，这里故障消息设为高优先级，由故障触发显示该消息。在运行模式下，操作人员通过按键可查询多屏消息，易于操作维护处理。

4 电路与调试

排风机组控制系统的主电路及部分控制电路如图5如示，排风机电动机主回路为3路电动机控制与保护典型电路，具有短路和过载保护功能，交流接触器KM1、KM2、KM3控制运行。手动控制电路完全独立于自动，由组合开关SA选择手动或自动方式，任何时候均可转为手控启停。自动方式由继电器KA1－KA3控制接触器KM1－KM3，KA1－KA3由LOGO!输出端Q1－Q3控制。自动方式接点SA1接入LOGO!I1，SA1闭合时，LOGO!控制输出起作用。

图5 排风机组控制系统的主电路及部分控制电路

程序写入LOGO!，完成安装接线，即可进行通电调试。先将开关SA1置于手动，调试每台排风机手动运行控制。手动正常后，将SA1置于自动，铠装热电阻PT100插入恒温水槽，检查温度设定与显示，通过调节水温实现依次轮换，通过按动热继电器的TEST键给出故障轮换信号，调试故障轮换等功能。

4 结束语

本文设计充分利用了智能逻辑模块LOGO!的功能块资源，用构建带反馈减法计数器电路程序的方法，实现了传统继电器电路难以实现的排序和转换功能；利用自带操作显示面板，构建了简易的用户界面，提高了仓库排风系统的智能化水平；用于空间狭小的电气安装中更尽显其优势。该系统经实际使用，工作可靠，完全达到预期要求。新颖的设计方法，可用于其他负载的位式控制，对于利用电子信息技术，低成本升级改造通风控制设备具有实用参考价值。

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

［2］阎石主编.数字电子技术基础（第五版）［M］.高等教育出版社.2006.