王鴻康

（曼奈柯斯工業(yè)電氣（南京）有限公司，江蘇 南京 211100）

1 前言

某倉(cāng)庫(kù)有屋頂動(dòng)力排風(fēng)機(jī)3臺(tái)，用于庫(kù)內(nèi)夏季通風(fēng)降溫。手動(dòng)開(kāi)關(guān)控制箱，不能按溫度調(diào)節(jié)啟停，人工操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，經(jīng)常發(fā)生排風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)需要運(yùn)轉(zhuǎn)，增加機(jī)械磨損和能耗。本文針對(duì)上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于智能邏輯模塊LOGO！由3臺(tái)排風(fēng)機(jī)構(gòu)成的分組控制系統(tǒng)，按照室溫信號(hào)控制倉(cāng)庫(kù)的排風(fēng)機(jī)投運(yùn)臺(tái)數(shù)，實(shí)現(xiàn)變風(fēng)量策略運(yùn)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(dòng)化工程的邏輯開(kāi)關(guān)控制元件，體積緊湊，適合小空間導(dǎo)軌安裝，用途廣泛。LOGO！模塊為智能邏輯規(guī)塊的一種。目前其0BA7代版本模塊，支持8個(gè)基本功能塊，36個(gè)集成功能塊，電路程序規(guī)?？蛇_(dá)400個(gè)功能塊，支持以太網(wǎng)通信互聯(lián)，可在PC上運(yùn)行LOGO！Soft Comfort V7軟件編制工程的功能塊圖或梯形圖電路程序?qū)懭隠OGO！，并能仿真運(yùn)行，在線監(jiān)視，節(jié)省了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間。

2 控制策略

設(shè)倉(cāng)庫(kù)溫度T的區(qū)間端點(diǎn)設(shè)定值為t1＜t2＜t3＜t4，當(dāng)t1≤T＜t2時(shí)，啟動(dòng)1臺(tái)排風(fēng)機(jī)作為一組工作；當(dāng)t2≤T＜t3時(shí)，啟動(dòng)2臺(tái)排風(fēng)機(jī)作為一組工作；當(dāng)t3≤T＜t4時(shí)，啟動(dòng)3臺(tái)排風(fēng)機(jī)作為一組工作。如此定義組和按溫度區(qū)間端點(diǎn)設(shè)計(jì)滯廻工作特性，可有效減少排風(fēng)機(jī)啟停次數(shù)，又能滿足室溫的波動(dòng)。區(qū)間端點(diǎn)設(shè)定溫度可調(diào)，LOGO!模塊根據(jù)當(dāng)前溫度T與端點(diǎn)設(shè)定值的比較，確定是否投運(yùn)組和組的排風(fēng)機(jī)數(shù)。

投運(yùn)依次輪換是指每次啟動(dòng)每組1臺(tái)或2臺(tái)排風(fēng)機(jī)工作時(shí)，排風(fēng)機(jī)組輪換排序投入的方式。要保證3臺(tái)均等的投入機(jī)會(huì)，讓停止時(shí)間最長(zhǎng)的無(wú)故障排風(fēng)機(jī)最先輪換投入工作，避免了某臺(tái)排風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期工作過(guò)熱，使排風(fēng)機(jī)系統(tǒng)壽命延長(zhǎng)。另外排風(fēng)機(jī)位于屋頂不同的位置，輪換工作則有利于改善室內(nèi)的空氣流通和溫度均勻性。故障切換是指當(dāng)發(fā)生風(fēng)機(jī)過(guò)載故障時(shí)，能關(guān)閉故障風(fēng)機(jī)，使停止工作的無(wú)故障排風(fēng)機(jī)投入運(yùn)行，并輸出報(bào)警信號(hào)。無(wú)故障排風(fēng)機(jī)繼續(xù)依次輪換，故障排風(fēng)機(jī)故障復(fù)位后，又能自動(dòng)加入輪換序列。

3 控制設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

3.1 溫度設(shè)定與檢測(cè)

如果以2只雙金屬工業(yè)電接點(diǎn)溫度計(jì)WSSX型為溫度設(shè)定檢測(cè)元件，其接點(diǎn)接入LOGO!輸入端，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定其接點(diǎn)上下限溫度點(diǎn)t1－t4，雖能實(shí)現(xiàn)策略要求的溫度檢測(cè)，但設(shè)定和測(cè)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(cè)量及控制電路

由一個(gè)LOGO!基本型12/24RC，一個(gè)LOGO!AM2 RTD模塊和一個(gè)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(jìn)行功能塊組態(tài)后的溫度閾值比較程序如圖2所示。它能根據(jù)溫度設(shè)定閾值調(diào)整數(shù)字量輸出。

圖2 溫度閾值比較程序

對(duì)于12/24V DC電源供電的LOGO!基本型，其擴(kuò)展的第一個(gè)模擬量模塊AM2 RTD的第一個(gè)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(fā)器B001－B003對(duì)應(yīng)設(shè)置不同的閾值溫度區(qū)間[t1,t2)，[t2,t3)，[t3,t4)。例如，設(shè)定B001的off-on 區(qū)間為 [30.5,32.5)℃，B002的off-on 區(qū)間為 [32.5,33.5)℃，B003的off-on區(qū)間為[33.5,34.5)℃。在模擬量閾值觸發(fā)器的塊屬性中，選擇傳感器PT 100，攝氏，分辨率×0.1，故設(shè)定值和測(cè)量值均應(yīng)除以10才是實(shí)際的溫度值。例如，30.5℃對(duì)應(yīng)的輸入值應(yīng)為305，設(shè)定接通on斷開(kāi)off閾值，使閾值觸發(fā)器輸出在測(cè)量值高于閾值時(shí)被置位或低于閾值時(shí)被復(fù)位。通過(guò)多個(gè)模擬量閾值觸發(fā)器即可模擬多只電接點(diǎn)溫度計(jì)的接入，文本數(shù)字可顯示于面板，精度優(yōu)于指針式雙金屬電接點(diǎn)溫度計(jì)，使用靈活方便，滿足策略。

3.2 排風(fēng)機(jī)控制程序設(shè)計(jì)

（1）運(yùn)行分組臺(tái)數(shù)可控當(dāng)室溫到達(dá)32.5℃時(shí)，啟動(dòng)1臺(tái)排風(fēng)機(jī)降溫，對(duì)應(yīng)的模擬量閾值觸發(fā)器B001=1，B002=0，B003=0；當(dāng)室溫到達(dá)33.5℃時(shí)，啟動(dòng)2臺(tái)排風(fēng)機(jī)降溫，對(duì)應(yīng)B001=1，B002=1，B003=0；當(dāng)室溫到達(dá)34.5℃時(shí)，啟動(dòng)3臺(tái)排風(fēng)機(jī)降溫，對(duì)應(yīng)B001=1，B002=1，B003=1。而當(dāng)溫度回到33.5℃時(shí)，關(guān)閉其中1臺(tái)排風(fēng)機(jī)，啟動(dòng)2臺(tái)排風(fēng)機(jī)降溫，即B001=1，B002=1，B003=0；當(dāng)室溫回到32.5℃時(shí)，關(guān)閉其中2臺(tái)排風(fēng)機(jī)，啟動(dòng)1臺(tái)排風(fēng)機(jī)降溫，即B001=1，B002=0，B003=0；當(dāng)室溫回到30.5℃時(shí)，所有排風(fēng)機(jī)停止工作。通過(guò)3個(gè)閾值觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)可調(diào)滯廻比較輸出，獲得投入排風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)信號(hào)。

（2）依次輪換電路程序

圖3 3臺(tái)排風(fēng)機(jī)1臺(tái)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(shè)3臺(tái)排風(fēng)機(jī)分別是排風(fēng)機(jī)A排風(fēng)機(jī)B和排風(fēng)機(jī)C，則每當(dāng)要求1臺(tái)排風(fēng)機(jī)起動(dòng)（即B001=1）時(shí),排風(fēng)機(jī)按順序A→B→C→A循環(huán)選取投入。由于2進(jìn)制計(jì)數(shù)器的狀態(tài)數(shù)N=2n，n為計(jì)數(shù)器的位數(shù)，它的n位二進(jìn)制狀態(tài)按N次變化循環(huán)，利用它的狀態(tài)變化實(shí)現(xiàn)按次輪換和故障切換是一種可行的選擇。使N≥排風(fēng)機(jī)數(shù)量，這里n=2應(yīng)為合理。

圖4 計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

圖3中的功能塊脈沖繼電器帶有RS端具有觸發(fā)翻轉(zhuǎn)功能，其特性方程為Q*=Q′R′+S，式中Q*為其輸出端新?tīng)顟B(tài)，Q為輸出端現(xiàn)狀態(tài)，當(dāng)R=0且S=0時(shí)，輸出邏輯新?tīng)顟B(tài)為現(xiàn)態(tài)的非。當(dāng)S=1，R=0，Q*=1；當(dāng)S=0，R=1，Q*=0。由脈沖繼電器輸入端Trg的信號(hào)由0到1轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生輸出變化。因此，使用2個(gè)脈沖繼電器B005、B006可構(gòu)成2位二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器，高位脈沖繼電器B006的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)在低一位脈沖繼電器B005產(chǎn)生借位信號(hào)后產(chǎn)生。由于B006和B005的狀態(tài)上電時(shí)為00，之后每個(gè)Trg狀態(tài)0到1的轉(zhuǎn)換會(huì)引起4個(gè)狀態(tài)00→11→10→01→00循環(huán)，而3臺(tái)排風(fēng)機(jī)僅需用3個(gè)狀態(tài)，這里將00狀態(tài)作為無(wú)效狀態(tài)，由帶邊緣觸發(fā)的與門B004和M1構(gòu)成了無(wú)效狀態(tài)反饋環(huán)節(jié)，使得B005輸出強(qiáng)制為1，B006和B005的輸出為11→10→01→11循環(huán)，B007-B009譯碼輪換分配輸出1狀態(tài)。將脈沖繼電器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)功能用之于產(chǎn)生輪換工作方式的排風(fēng)機(jī)選通信號(hào)，計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖4(a)所示。

對(duì)于B001=1，B002=1，B003=0的情況，對(duì)應(yīng)的邏輯原理相同，但計(jì)數(shù)器狀態(tài)對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)的排風(fēng)機(jī)為AB→BC→CA→AB。對(duì)于B001=1，B002=1，B003=1的情況，排風(fēng)機(jī)全部投入運(yùn)行。

（3）故障切除備用自投反饋電路程序

如圖1所示，排風(fēng)機(jī)A、B、C過(guò)載繼電器KH1、KH2、KH3之報(bào)警觸點(diǎn)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(fēng)機(jī)A故障信號(hào)I5送入B010的一個(gè)輸入端，當(dāng)故障有效時(shí)，將B005狀態(tài)復(fù)位，B006和B005計(jì)數(shù)器的輸出由11切換到10，即切除11對(duì)應(yīng)的排風(fēng)機(jī)A替換為10狀態(tài)對(duì)應(yīng)的排風(fēng)機(jī)B。故障切換回路綜合計(jì)數(shù)器輸出狀態(tài)反饋和故障信號(hào)輸入邊緣信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)前狀態(tài)和目的狀態(tài)的定位切換，如圖4(b)所示。

與排風(fēng)機(jī)A同樣，電路程序能綜合I6、I7的狀態(tài)和對(duì)應(yīng)的排風(fēng)機(jī)B、C輪值工作狀態(tài)，按照?qǐng)D4(c)、(d)所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，強(qiáng)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)入目的狀態(tài)，完成故障切換和備用自投。圖4(e)給出每組2臺(tái)工作的排風(fēng)機(jī)故障轉(zhuǎn)換和依次輪換的計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，這些轉(zhuǎn)換通過(guò)電路程序得以實(shí)現(xiàn)?？梢钥闯?，當(dāng)系統(tǒng)處于每組1臺(tái)排風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，需要3條反饋支路；如果某臺(tái)排風(fēng)機(jī)發(fā)生故障被及時(shí)切除后，備用的兩臺(tái)排風(fēng)機(jī)仍具有依次輪換和故障切換功能。當(dāng)系統(tǒng)處于每組2臺(tái)排風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，需要6條反饋支路才能實(shí)現(xiàn)所有故障切換和備用投入。

由于電路程序要適應(yīng)每組1臺(tái)和每組2臺(tái)同時(shí)運(yùn)行的情況，每組2臺(tái)工作的分組數(shù)應(yīng)與每組1臺(tái)工作時(shí)的狀態(tài)數(shù)相同，均為3組，以簡(jiǎn)化電路程序，充分利用有限的資源。所以，不管1臺(tái)或2臺(tái)排風(fēng)機(jī)同時(shí)工作的情形，減法計(jì)數(shù)器始終處于連續(xù)計(jì)數(shù)狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)故障信號(hào)時(shí)能及時(shí)通過(guò)對(duì)計(jì)數(shù)狀態(tài)的設(shè)定，將故障排風(fēng)機(jī)切除，并將備用排風(fēng)機(jī)投入工作。

（4）分組輸出電路程序

如圖3所示，B013為通斷延時(shí)功能塊，用于將溫度閾值開(kāi)關(guān)控制信號(hào)延遲0.1秒，與排風(fēng)機(jī)A，B，C工作選通信號(hào)在與門B011、B012、B013綜合，形成穩(wěn)定的排風(fēng)機(jī)運(yùn)行信號(hào)至Q1－Q3。對(duì)B003所發(fā)出的3臺(tái)風(fēng)機(jī)同時(shí)工作信號(hào)則采取直接輸出的方式。

排風(fēng)機(jī)故障報(bào)警信號(hào)對(duì)相應(yīng)的輸出進(jìn)行了冗余封鎖，并由Q4輸出點(diǎn)亮報(bào)警信號(hào)燈；火警接點(diǎn)KF接入LOGO!，火警時(shí)將會(huì)關(guān)閉所有排風(fēng)機(jī)輸出如圖1所示，電路程序略。

（5）消息文本顯示設(shè)計(jì)

LOGO!上集成了操作顯示面板，其中顯示為4行每行最多12個(gè)字符，支持5個(gè)字符集。通過(guò)對(duì)不同消息文本塊屬性的設(shè)置，可選中文GBK字符集、可組態(tài)消息關(guān)聯(lián)的塊，如B013、I1等；消息或參數(shù)，如B013的閾值on、off、測(cè)量值A(chǔ)x等；以字符或棒圖顯示、可選是否按鍵應(yīng)答等內(nèi)容。組態(tài)熱電阻正常或短路斷線故障、I5－I7輸入觸發(fā)的8個(gè)英文或4個(gè)中文字符的排風(fēng)機(jī)正?；蚬收舷ⅰ囟葴y(cè)量值T、模擬量閾值觸發(fā)器的off-on區(qū)間設(shè)定值，排風(fēng)機(jī)A、B、C累計(jì)工作時(shí)間，維護(hù)剩余時(shí)間等。由于分辨率為0.1，溫度顯示值帶1位小數(shù)。對(duì)不同的消息文本塊設(shè)置不同顯示優(yōu)先級(jí)，這里故障消息設(shè)為高優(yōu)先級(jí)，由故障觸發(fā)顯示該消息。在運(yùn)行模式下，操作人員通過(guò)按鍵可查詢多屏消息，易于操作維護(hù)處理。

4 電路與調(diào)試

排風(fēng)機(jī)組控制系統(tǒng)的主電路及部分控制電路如圖5如示，排風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)主回路為3路電動(dòng)機(jī)控制與保護(hù)典型電路，具有短路和過(guò)載保護(hù)功能，交流接觸器KM1、KM2、KM3控制運(yùn)行。手動(dòng)控制電路完全獨(dú)立于自動(dòng)，由組合開(kāi)關(guān)SA選擇手動(dòng)或自動(dòng)方式，任何時(shí)候均可轉(zhuǎn)為手控啟停。自動(dòng)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(dòng)方式接點(diǎn)SA1接入LOGO!I1，SA1閉合時(shí)，LOGO!控制輸出起作用。

圖5 排風(fēng)機(jī)組控制系統(tǒng)的主電路及部分控制電路

程序?qū)懭隠OGO!，完成安裝接線，即可進(jìn)行通電調(diào)試。先將開(kāi)關(guān)SA1置于手動(dòng)，調(diào)試每臺(tái)排風(fēng)機(jī)手動(dòng)運(yùn)行控制。手動(dòng)正常后，將SA1置于自動(dòng)，鎧裝熱電阻PT100插入恒溫水槽，檢查溫度設(shè)定與顯示，通過(guò)調(diào)節(jié)水溫實(shí)現(xiàn)依次輪換，通過(guò)按動(dòng)熱繼電器的TEST鍵給出故障輪換信號(hào)，調(diào)試故障輪換等功能。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)充分利用了智能邏輯模塊LOGO!的功能塊資源，用構(gòu)建帶反饋減法計(jì)數(shù)器電路程序的方法，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)繼電器電路難以實(shí)現(xiàn)的排序和轉(zhuǎn)換功能；利用自帶操作顯示面板，構(gòu)建了簡(jiǎn)易的用戶界面，提高了倉(cāng)庫(kù)排風(fēng)系統(tǒng)的智能化水平；用于空間狹小的電氣安裝中更盡顯其優(yōu)勢(shì)。該系統(tǒng)經(jīng)實(shí)際使用，工作可靠，完全達(dá)到預(yù)期要求。新穎的設(shè)計(jì)方法，可用于其他負(fù)載的位式控制，對(duì)于利用電子信息技術(shù)，低成本升級(jí)改造通風(fēng)控制設(shè)備具有實(shí)用參考價(jià)值。

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

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