食堂烟道抽风系统电气控制的改造.pdf

经验 食堂烟 道抽风系统 电气 控制的改造 梁沃军 ， 王 娜 1 ． 中山市技师学院 电气应用 系， 广 东中山 5 2 8 4 0 3 ；2 ． 中山职业技 术学院机械 工程 系， 广 东中山 5 2 8 4 0 4 簟锎 烟道；风机；触摸屏；P L C ；变频器 制改造 的原 因 ，进 行技术改 造 的思 路 ，由 P L C、变频器组 成的控制 方案 ，以及 电气控制改造 完成 后．经实际使用 ，实现 了 自动运行 ， 中图分类号T P 2 7 1 文献标 识码 B 文章编号 1 0 0 9 9 4 9 2 f 2 0 1 0 0 8 0 1 4 1 0 4 l 前 言 我院第一食堂需要 具备供 l 0 o 0 ～ 1 5 0 0人同时用餐 的能 力，其烟道抽 风系统的好坏 ，直接影 响厨 房员工 的工作 环 境 ，食物 的卫 生和安全 ，以及全部用餐 者的就餐环境 。因 此 ，保证 风机 安全 、可靠 、节能 、 自动化的运行就 成为问 题的关键 。而交流变频调速技术 具有众多优点 ．如 输 出 功率可以连续调节 ；功率 因数高 ，利用效率高 ，节能效果 显著 ；对 电网 电压波动有很 大的适应能力 ，并 能大大减 少 系统 对 电网的 污染 可调 范 围宽 ，能保 证 很好 的输 出特 性 ，动态 响应特性 好 ，调速 精度高 ；智能化 控制 ，启动 、 停止平稳 ；体积小 、重量轻 、通用 性强等 。使 得变频器成 为 本项 目改造 的必 然 选 择 。 2改造前风机 电机 的电气控 制 图 1是 食 堂 烟 道 抽 风 系 统 的示 意 图 ，炉 台所 产 生 的 油 去七层楼顶 图 1 烟道抽风系统示 意图 收稿 日期 2 0 1 0 0 2 1 1 去炉 台及 其他 抽 风 口 烟和燃烧时产 生的热 气均 由风机抽走 ，在七层楼顶 排到大 气 中 ．保证厨 房的环境 卫生和提 供足 够氧气 供炉 台使 用 。 各个就餐点都有 抽风 口，以保证空 气的流动和清新 。为广 大师生创造一个 良好的用餐环境 。 图 2是原 风机控 制 电柜操作 面板 示 意图 ．2台 2 2 k W 的三相 异步电机都是 采用 Y 一 △降压启 动控制，用档 位开关 任 选其一工作 ，一般是用 三天换一 台，使 两套风机都保持 同一均衡状态 。电气控制线路 为传统 的继 电器线路 。它 除 图 2 改造前电柜操作面板示 意图 了这种线路公认 的缺 点外 ，更重要 的是不能满足实 际使用 要求 ，同时需要人工 手动操作 ，其操作 程序如下 若 选择 l 风机 。操作员用 手搬 动 1 撑烟道 风门一确 认处在关 闭位 置一 然后 把档位开关打到 1 风机位一按 1 风机 启动按钮 交流 一 l 风机 电机 Y 型启 动 ，运行 指示灯 亮 ，3 0秒后转 为 △ 型运行 ，需 要停 止 ，则按下停止按钮一在 电机 进入正常运 行后 ，操作员用手慢慢打开烟道风门直到全开。 1 风机使 用 三天后 ，第 四天则选 择 2 风机 ，操作步 骤一样 ，但关 键 是不 能忘 记烟道风门的打开与关闭 ，如此 不断的循环轮 换使用 。 3风机 电机 电气控 制的改造 3 ． 1改造 的原 因 1 食 堂烟道风机 电机每 天 的工 作时间 如图 3所 示 ． 由早晨 的 5时 3 0分开 始启动 工作 ，到 傍晚 1 8时 3 0分停 机 ，原则上需要 电工准时开机 和关 机 ，这样的操作模式使 电工工作时间难 以安排 。造成诸多 不便 。也浪费 了人力 资 源 ，一旦碰到电工有其他重要事情 处理而未能 回来或者忘 记停机 ，则必然造成 电能 的严重 浪费 ．因此必须改 为 自动 控制。 风机运行时间 图 3 无 变 频 运 行 每天时间r 2 厨房在用餐时 间由于集中做饭菜才会 产生大量的 油烟 和燃烧 的废 气 ，有毒 的一 氧化碳 、二氧 化碳 等有毒气 体 ，同时也 需要大量 的氧气助燃 ，因此 在早餐 6 0 0 7 O 0、 午餐 1 1 0 0 ～ 1 2 0 0 、晚 餐 1 7 0 0 ～ 1 8 0 0这三 个时间段 ．烟道 风机 必须全 速满功 率 运行 ，而 在 5 3 0 ～ 1 8 3 0的其 他时 间 段 ，是为了保持厨房和食堂室 内的空气流通需要 ．可 以降 速低功率运行 ，这样既可 以节能 ，又是实际工作 的强 烈需 要 。 3 机组的启停对电 网造成 的冲击不利用于我 院电脑 及外围设备和其他精密智能设备 的正常T作 ，因此 ，需要 机组启 动 、停止平稳 。 3 ． 2电气控 制 方案 的确 定 为了完成以上 目标 ，在查 阅有 关资料后 ，决定先 做变 频器节能运行试验。使用一台三菱 F R F 5 4 O 一 2 2 K C H变频 器 与 1 风机 电机连 接 ．用 外部 电位 器调速 运行 ，表 1 是 其 中一 次有 代表性 的试验数据 ，在经过 多次试验和数据分 析后 。变频器决定采用图 4的两段速的运行模式 ⋯，其 中 K H R H R H 厂 ] 厂 厂 - ] 8 ． ． ； I 璺 ．- 每天时间r 图 4 变频双速运行 图 R H 4 8 H z ，R L 3 3 H z ，但频率不能低于 3 0 H z ，否则将 因为 电机的转 速过低 、电流过 大 而烧毁 电动 机 。经试 验性使 用 ，烟道 风机 所产 生的风 量 和风压 完全 满足 实际 使用要 求 ，下 面是对 两种 不同的电机控制模式进行 电功率和 电费 计算 比较 。 表 l 变频运行试验数据 变频前耗电及 电费计算 P 1 ． 7 3 2 xU ， 1 ． 7 3 2 x 3 8 0 x 3 9 2 5 6 6 8 W ． 2 5 ． 7 k W 8， J 、 时 2 0 5 ． 6 k W／日。 全年按 3 0 o天计算 2 0 5 ． 6 k W x 3 0 0 6 1 6 8 0 k W h． 6 1 6 8 0 x 1 ． 1 6 7 8 4 8元 变频后耗电及 电费计算 Pa n 1 ． 7 3 2 ￡ 『 ， 1 ． 7 3 2 x 3 5 8 x 3 7 2 2 9 4 2 W ． 2 2 ． 9 k W 3， J 、 时 6 8 ．7 k W／日 ． P R I _ 1 ． 7 3 2 x ， 1 ． 7 3 2 x 1 9 2 x 3 9 l 2 9 6 9 W ， 1 3 k Wx 5小 时 6 5 k W／日 全年按 3 0 o天计算 6 8 ． 5 6 5 k W 3 0 o 4 0 1 l 0 k W h， 4 01 l O x 1 ． 1 4 41 2 1元 很明显 ，前后 对 比 ，电费每年 可节 省 6 7 8 4 8 - 4 4 1 2 1 2 3 7 2 7元 。改造费用一年内可收回。以上是一种 大致估算 ， 实际要考虑有功功率与无功功率 的分担 收费。经上面试验 及计 算分 析得 出 。使用 变 频控制 后节 能省 钱是 无可 置疑 的。 本项 目改造除 了节 能考 虑外 。全 自动控制也是 一个重 点解决的问题 。改造后的控制电柜操作面板示意图如图 5 ． 下面 是 各 控 制 钮 的 功 能介 绍 。 1 要有手 动／自动 模式选 择 ，在 变频器有 故障或 需 要检修 时 ，可 以选 择手 动操 作 ，风机 电机直接使用 市电工 频运行 。在 自动运 行模式 时 ，风机电机会 自动地按 图 4所 示的时间和频率运行。 2 手动模式 手 动模 式时必须有市 电运行 和变频器 低速运行 ．市电运行 是在变频器有 故障 检测维修 时使用 。 变频 器低速运行是 用在风机 或风道进 行检测 检修 的情 况。 [二] 丑] 经验 图 5 改造后电柜操 作面板示 意图 风机选择旋钮 ；启动 、停止按钮 ；2组烟道 门开 、关 按钮 都是为此模式 控制设计 的。 3 自动模式 只要把 P L C的 内部时钟校验好 ，把旋 钮打 到 自动模式 ，风机电机则会按 图 4的运行 曲线准 时启 动和停机 ，每三天 自动轮换使用一组风 机 ，实现 了真 正的 无人监控和无人操作的 自动运行 。 4 其他说 明 三相 电源 指示灯颜 色分 别 为红 、绿 、 黄 ．当其 中的一相 电源有 问题 时 ，对 应的指 示灯会 灭 。l 号 、2号风机运行指示 灯颜色为奶 白色 ，风 机正常工 作时 为长亮 。有 故障 或保护 生效 时 为蜂 鸣报 警 。在 自动 运行 时 ．按下停止按钮风机会正常停 机 ，按下急停 锁定按钮则 切断所有 电源 ，此控制不经 P L C实现 。 3 ． 3电气 控 制线 路的 设计 本项 目的 电气 控 制 线路 设 计 分 为 以 三菱 F R F 5 4 0 一 N L l L 2 1 , 3 2 2 K C H变频器为 中心的 主线路设计和 以三菱 F X 1 N - 4 0 MR 为核心 的 P L C控 制线 路设 计 。图 6是 主线 路 图 ，图 7是 P L C的 I ／ O接线图 [ 1- 2 ] 。 图 7 P L C I ／ O接线图 3 ． 4触 摸屏 画面 和 P L C程序 的设 计 1 触摸屏画面 由于 P L C必须校正 其内部时钟 ，才能保证 自动运行 的 准确性 ．最方便就是用 触摸 屏完成 ，不仅 可以看到现在 时 间是否正确 ．更重要是 可以看到时 间重设 的结果 。但买 一 个触摸屏 就是为了一个这样 简单 的功能 ，太浪费 ，因此决 定制作 以下的触摸屏画面使用其 仿真软件完 成 ，既达到要 求 又可以节约成本 ，是 同样情 况最好 的解 决方法 。图 8 是 I 0 F 一 r l I T I l 』／ I I 量 I Kl10 一 “t 国 慧俸qs 遗 ／ I J I F R 1 l [ l t-“ 匕 I I 亡 l r-- 匕 1 号风机 图 6 电气主线路图 2 号风机 在编辑软件 下作 的触摸屏 画面 ， 图 9是与 P L C联机 后 的正在用 电脑仿真运行的触摸屏画面 。 对应 的 P L C程序必 须使 用时钟 数 据读 取 T R D与 写 入 咧 R 指 令 。 2 程序 控制 要 求 和设 计 难点 1 要 校正 P L C内部 时钟 ， 则使用时钟 数据写入 T WR 指令 完 成 。要实 现 自动启 动 、运行 频 率转 换 、关 闭 、机组 轮换工 F R 2 作 等 ，则需 要使 用 时钟 数据读 取 r R D指令 和时钟 数据 区间 比 较 T Z C P指令完成 ，这是本项 目 程序设计 的关键所在 。 2 在 自动 模式下 ，风机启 动 前应 自动 确认 风 机进 口风 门 交流 图 8 触摸屏编辑画面 图 9 触摸屏仿真画面 关闭 ，防止带负载启动 ，每 台被选择的风机都要按 图 4的 频率 图 自动运行 ．逢 星期 一 、二 、三 为 l 号 机组 ，星 期 四、五 、六为 2号机组 ，这样轮换 T作是为 了确保 每台机 组都 处于 良好 的工作状 态 。星期 天 为休息 日，风 机不 工 作 。如果某一星期天是特殊 日子 ，非要食堂运作 ，则只能 使用手动操作 ，风机可使用 R L 3 3 H z 、R H 4 8 Hz 或市电工 频 运 行 。 3 在 手动模式 时 ，当检测 到烟道 门没关 闭时 ，则 按 启动是不 能生效 的。必须按动相应按钮先关 闭烟道 门。 4 风机 正常运 行时 奶 白色指示灯长 亮 ，当电机发 生 过载等保 护时蜂鸣器间断响声报警。 5 选 择 自动模 式按 下启动按 钮后 ，如果 当前时 间是 风机应工作时间时 ．先 自动检测烟道 门是否关 闭到位 ，然 后 自动 正确选 择风机 按图 4要求 选择频 率运行 ，运 行 3 0 秒后 烟道 风门 自动打开直到风门开到位传感 器动作 。 风机在 l 8 3 0自动停 机 ，1 9 O 0后烟道风 门 自动关 闭 直到风门关闭到位传感器动作 。如果直接按停止则 风机停 转但 烟道 风门不会关闭 ，因为启 动时有 自动烟道风 门检测 并 自动关 闭后才启动 。 6 在 自动模 式运 行下 ，烟道 风 门首 先要检 测其是 否 处于关 闭位置 ，是 的话 才可启动 风机 ，否则要 自动关 闭． 到位后如果在需要启动的时间 内则会启 动风机。风机启动 正常运转后 ，烟道风 门延时 自动打 开，风机到点停机后会 延时 自动关 闭烟道风 门。 7 无论是 自动模式还是手动模式 ，当烟道风 门到位传 感 器损 坏或被人 挪位 后 ，风门驱动 电机能 自动停 机并发出 故 障报警 ，否则会导致风门驱动电机 由于风 门到位转 不动 从 而使 电机发热损坏 ，因此风门转动到位后电机应停转。 8 图 l 0是本项 目的程序结构 图 ，P L C程序 梯形 图共 有 5 3 3步 ，由于篇幅所限 ，具 体程序略 。程序已在本系 统运行一年多 ，也证 明其完全满足实际使用要求 。 自动／ 手动程序结构 X 0 l 手动模 式 X 0 0 自动模 式 X 0 I 手动模 式 X 0 0 自动 模式 图 1 0 程序结构图 4结束语 改造后的烟道抽风系统 ．由于采用变 频启动 ．其频率 从最低频率按预置的加速时间逐渐上 升 ．这样既能避免对 电 网的冲击 ，更 能延 长机组使用 寿命 。变频 的双速运行 ， 不仅是实际使用要求 ，更重要 的是节 能省钱 ．经一年 多的 使用证明 ，其节能省钱基 本与前面计算相吻合 。P L C技术 的应用 ，使机组完全实现 自动化运行 ，无需 人工干预 ，同 时具有完整 的安全保 护和报警功 能 ，使用 更为安 全放心 。 从而节约 了人力资源和成本 。本项 目的改造达到 了既定 的 目标 ．本项 目也是触 摸屏 、变频器 、P L C技术综合应用 的 成功实例．为类似的设备改造提供 了很好 的借鉴。 参考文献 [ 1 ]三菱电机．三菱变频调速 器 F R F 5 0 0使 用手册 [ Z]．1 9 9 9 ． [ 2 ]三 菱电机 ．F X1 N 系列微 型可编程控制嚣使 用手 册 硬件篇 [ z]．2 0 0 0 ． [ 3 ]三菱电机．G T D e s i g n e r 2 画面设计手册[ Z]．2 0 0 6 ． [ 4] 三 菱 电 机 ． F X1 S ， F X1 N， F X 2 N， F X 2 N C 编 程 手 册 [ Z]．2 0 0 2 。 第一 作者简 介 梁 沃军 ，男 ，1 9 6 8年 生 ，广 东广 州人 ，大学本 科 。工程师 。研 究领域 电气 自动化和数控维修 。已发 表论 文 5 篇。 编 辑 王 智 圣