CN202284844U - 智能风机节能控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种智能风机节能控制系统，主要由PLC变频器、智能控制模块、传感器和人机操作显示构成；所述传感器包括温度传感器、空气流量传感器和风机转速传感器，各传感器控制PLC变频器输出电压和频率；智能控制模块将各传感器送来的检测信号转化为相应的数字信号后对系统进行运算控制；显示屏从智能控制模块读取数字信号，根据传感器量程范围转换成相应的物理量；智能控制模块计算实时PID参数，通过RS485接口对PLC变频器进行实时控制。由于采用PLC变频器和智能控制模块进行控制节能效果好，功耗较小，故障率低；高可靠性：标准化生产与质量控制；直观、简便的显示及操作：触摸式人机界面，一键式启停控制。

Description

智能风机节能控制系统

技术领域

本实用新型涉及自动控制技术领域，具体涉及一种智能风机节能控制系统。

背景技术

工矿企业中，机房内设备通常要全年8760小时不停运作，不断散发热量，而且机房是全封闭的，以满足隔热、隔湿和清净度要求，同时机房建筑围护结构的保温性也很好。因此，即使是冬季，在无采暖的情况下，也需冷却，以保证机房内温度恒定，为此，机房内风机必须全年运行。但是机房跨度都很大，由于冷热空气的比重不同，热空气比重小而浮在上面，冷空气比重大而沉在下面，造成房间内温度不均匀。实际中，风机的回风口比出风口位置低，风机的温度探头位于回风口处，回风口的温度往往比风机本身设定温度高 0.5℃～3℃，出风口所吹出风的温度通常比风机本身设定温度低5℃～8℃，出风口温度直接吹打在机房设备上，当机房设备温度已经降下来，而风机压缩机还在不停运转，就会造成电能的白白浪费。

传统的机房专用风机和普通的民用风机，由于供电频率不能改变，传统的风机的压缩机转速基本不变，是依靠不断地“开、停”来调整室内温度，其一开一停之间容易造成室温忽冷忽热，并且启动电流较大（运行电流的3倍）消耗较多电能。

早期的风机节能器主要通过以下方式实现：1、断压缩机主电源线，串入定时器控制压缩机开停。2、断开12V信号线，串入定时器，控制主接触器的通断，从而控制压缩机的开停。3、剪断感温头线，串入固定电阻。早期的节能技术处理方式接入不方便，需专业人员处理，且破坏了风机内部线路，容易造成故障。

目前，节能技术主要有新风、变频、智能控制、添加剂等风机节能技术几大类，例如：

新风节能系统：利用室内外温差，大量通风，有效转移热量。传统风冷和现代控制技术结合，一定条件下，节能效果显著。其缺点：破坏机房结构，施工不方便；增加了机房湿度、灰尘，沿海地区增加了盐腐蚀，降低机房安全等级；自身功耗较大，大约300W；适合日温差较大的季节或地区。热交换器节能系统：在完全隔离室内外空气的前提下，利用室内外温差，进行热交换机房保持密闭，空气清洁度较好。其缺点：适合日温差较大的季节或地区；热交换效率相对较低，节能效果不如新风系统；性价比较低。风机变频改造：利用普通风机设计不足，采用变频技术，减少无用功耗。启动电流降低，提供功率因数。其缺点：由于变频系统较为复杂，对元器件要求较高，故障率较高；变频容易产生谐波干扰和电磁干扰。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述不足，本实用新型的目的在于提供一种节能效果好，功耗较小，故障率低的智能风机节能控制系统。

本实用新型采用的技术方案是：一种智能风机节能控制系统，其特征在于，主要由PLC变频器、智能控制模块、传感器和人机操作显示构成；所述传感器包括温度传感器、空气流量传感器和风机转速传感器，各传感器控制PLC变频器输出电压和频率；智能控制模块将各传感器送来的检测信号转化为相应的数字信号后对系统进行运算控制；显示屏从智能控制模块读取数字信号，根据传感器量程范围转换成相应的物理量；智能控制模块计算实时PID参数，通过RS485接口对PLC变频器进行实时控制。

　　其中，所述温度传感器、流量传感器和变频器采用分立器件，与智能控制模块进行实时通讯。智能控制模块采用RS一23ZC通讯协议，PLC变频器采用485通讯协议，系统通讯接口采用研华的PCL746+通讯板卡来增加系统的通讯接口。

相比现有技术，本实用新型的有益效果是：

1、由于采用PLC变频器和智能控制模块进行控制节能效果好，功耗较小，故障率低；

2、高安全性：有效的避免了变频系统的复杂和谐波问题；有效的防止操作员的意外伤害；

3、高可靠性：标准化生产与质量控制；

4、直观、简便的显示及操作：触摸式人机界面，一键式启停控制。

附图说明

图1是本实用新型智能风机节能控制系统的原理图。

图2是智能风机节能控制系统的方框图。

图3是本实用新型系统通讯布局图。

具体实施方式

参见图1和图2，一种智能风机节能控制系统，主要由PLC变频器、智能控制模块、传感器、人机操作显示构成。温度及压力传感器采集外界参数（温度、流量、浓度……）,通过智能集成控制系统进行控制运算，控制变频器输出电压和频率，从而控制风机转速，最终实现电机节能。在发热设备的室内及设备上各安装温传感器，以监测设备及室内的温度的变化。并根据设备的要求设定一个温度控制值，依据二者之间的偏差调节风机的运行频率，改变冷却空气的流量，使设备及室内温度稳定在设定值，从而实现系统排热能力与热负荷之间的平衡，达到经济节能运行的目的。系统可以对被控参量的物理类型进行配置，如流量、温度等。智能控制器将传感器送来的检测信号转化为相应的数字信号后对系统进行运算控制。显示屏从智能控制器读取数字信号，根据已配置的传感器量程范围转换成相应的物理量，便于监控者观察。

智能风机控制系统中，通过单片机模块来采集过程对象的各种系统状态信号(如温度、压力、空气流量等)，用先进控制算法计算实时PID参数，通过RS485接口对变频器进行实时控制(控制其内部比例、积分、微分系数)。在这种控制系统中，PLC变频器在没有单片机模块监控的情况下是一个传统的PID闭环控制系统，其PID参数的大小不能实时优化;在具有单片机模块监控的情况下，是一种参数自调整PID控制系统，其参数大小可根据实时计算值进行更新，其动态性能优于传统的PID控制系统。

所述温度传感器、流量传感器和变频器采用分立器件，它和智能控制模块进行实时通讯，以便接受控制命令和上传测量的数据。而且这些器件需要同时工作来完成数据的采集任务。是采用的RS一23ZC通讯协议，变频器采用的是485通讯协议，系统通讯接口采用研华的PCL746+通讯板卡来增加系统的通讯接口。其系统通讯布局如图3。

其工作原理为：现场控制时，接通电源，此时温度传感器获取周围温度信息，数显管将该温度信息显示出来，主控制单元根据该温度传感器与冷却设备温度探头获取温度的差值，控制温度补偿器释放冷量，进行温度补偿，使风机温度探头周围温度降低，延缓风机压缩机的启动，节约电能；风机为制热状态时，将开关控制单元拨到制热档，所述制热指示灯亮，数显管显示温度传感器获取的温度信息，主控制单元控制温度补偿器不工作。

由于风机工作状态的双位调节特性和环境温度的不均匀性，导致风机的运转状态与实际环境需求的不同步，造成了过多能量的不必要“支出”。而且，不同的地域环境要求也会影响风机的运转效果。传统此类设备大多采用低性能的单片机处理数据，处理数据量小、处理速度慢，造成设备节能效果不明显或者适得其反；本设备利用PLC控制器的高性能，数据处理速度快，进行了大量的数字算法，配合高精度的温度采集和自动增益反馈技术，适时调整电机的下一步运行状态，从而实现了对风机的精确控制。

传统的补偿技术通常利用简单的单片机和程序控制，直接去调节风机的运行状态，造成补偿的不及时性和不稳定性。为解决节能设备的此类问题，本实用新型综合考虑了各种方式，吸取各种补偿技术的优点，设计出感温探头采集比较和补偿技术，配合PLC主控单元内的时段性的温度记录数据表，综合比较后对风机运行状态进行补偿，保证了补偿过程的准确和及时。并结合高速FPGA的硬件平台、信号放大处理技术等。在以上软硬件的巧妙结合基础上，最终成功实现利用温度补偿对风机状态的精确控制，完成减少能耗浪费要求。

Claims (3)

1.智能风机节能控制系统，其特征在于，主要由PLC变频器、智能控制模块、传感器和人机操作显示构成；所述传感器包括温度传感器、空气流量传感器和风机转速传感器，各传感器控制PLC变频器输出电压和频率；智能控制模块将各传感器送来的检测信号转化为相应的数字信号后对系统进行运算控制；智能控制模块计算实时PID参数，通过RS485接口对PLC变频器进行实时控制。

2.根据权利要求1所述智能风机节能控制系统，其特征在于，所述温度传感器、流量传感器和变频器为分立器件，与智能控制模块进行实时通讯。

3.根据权利要求1所述智能风机节能控制系统，其特征在于，所述智能控制模块采用RS一23ZC通讯协议，PLC变频器采用485通讯协议，系统通讯接口采用研华的PCL746+通讯板卡来增加系统的通讯接口。

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