CN108302726A - 一种实验室多段通风节能控制系统 - Google Patents

Abstract

一种实验室多段通风节能控制系统，涉及实验室通风设备技术领域，包括变频风机、集中箱及与集中箱连接的多个通风柜，集中箱到通风柜的通风支路上设有风阀，通风柜连接有面风速监控及控制系统，面风速监控及控制系统包括安装于通风柜内的面风速传感器及变风量控制器，变风量控制器电连接变频风机，变风量控制器实时测量通风柜开度，同时面风速传感器实时测量面风速，并将其转化成电压信号传给变风量控制器，变风量控制器根据面风速实际值与设定值进行比较，如果面风速不在设定值范围内，变风量控制器向变频风机输出控制信号，所述变频风机接收控制信号调节通风风量,本申请提供一种根据实际用风量智能变频，实现节能的实验室多段通风节能控制系统。

Description

一种实验室多段通风节能控制系统

技术领域

本发明涉及实验室通风设备技术领域，具体涉及一种实验室多段通风节能控制系统。

背景技术

实验室的通风对实验室的环境品质以及实验室操作人员的健康起到至关重要的作用，为了防止实验中产生的污染物质向实验室内扩散，各类实验室均设置有通风系统，但是现有的通风系统要么不具有风量控制功能，只要系统中有一台通风柜开启使用，排风电机就满负荷运转，不利于节能。

发明内容

本申请提供一种根据实验室实际用风量智能变频送风，实现节能的实验室多段通风节能控制系统，其技术方案如下：

一种实验室多段通风节能控制系统，包括变频风机、集中箱及与所述集中箱连接的多个通风柜，所述变频风机到集中箱的连接气路为通风主管，所述集中箱到通风柜的连接气路为通风支管，所述通风支路上设有风阀，所述通风柜连接有面风速监控及控制系统，所述面风速监控及控制系统包括安装于各个通风柜内的面风速传感器及电连接所述面风速传感器的变风量控制器，所述变风量控制器电连接变频风机，所述变风量控制器实时测量通风柜开度，同时面风速传感器实时测量面风速，并将其转化成电压信号传给变风量控制器，变风量控制器根据面风速实际值与设定值进行比较，如果面风速不在设定值范围内，变风量控制器向变频风机输出控制信号，所述变频风机接收控制信号调节通风风量。

作为优选，所述集中箱设置在系统内所有通风柜的几何中心位置，所述集中箱上设有压力传感器，所述压力传感器电连接变风量控制器。

作为优选，所述通风支路上设置的风阀包括电动风阀和手动风阀。

作为优选，所述变频风机包括风机、变频器、PLC，所述风机、变频器、PLC依序连接，所述PLC通讯连接所述变风量控制器，所述PLC通过内部程序设定发出控制信号实现风机的多段速控制。

作为优选，所述变频器包括供电端子R、S、T和速度控制端子RH、RM、RL,所述供电端子R、S、T对应依序连接风机的U、V、W供电端子，所述PLC通过内部设定程序发出控制信号Y2，分别控制变频器速度控制端子RH、RM、RL及组合，实现变频风机的八段速控制。

作为优选，还包括洁净区通风控制系统，洁净区控制系统由触摸屏、控制器、输入输出模块、传感器、变频器组成，每台风机设置独立变频器，控制系统实现以下控制功能：

1)、温度控制，根据回风温度与设定温度值比较后的差值及其极性，通过控制器的PID运算，调节表冷器进水阀门的开度或加热器档位，使受控环境的温度保持在要求的范围内；

2)、湿度控制，根据回风湿度与设定湿度值比较后的差值及其极性，通过控制器的PID运算，调节加湿阀门开度，使受控环境的湿度保持在要求的范围内；

3)、节能运行，包括以下状态：

(a)、自动状态：检测新、回风温湿度，通过控制器的焓运算，根据新、回风的焓值机热湿负荷，自动调节新风阀、回风阀及排风阀的开度比例，使空调节能运行；

(b)、手动状态：洁净室送风机运行频率随各房间送风阀门开启的数量来调节变频器的上限运行频率，排风系统采用定静压控制来调节排风机变频器运行频率；

4)、定静压控制，对正压洁净室，检测回风管静压值与设定静压值比较后的差值及其极性，通过控制器的PID运算，一方面调节排风机的变频器输出频率，另一方面调节新阀门的开度，使系统新风量、回风量及排风量维持动态平衡，保证整个系统正压；

5)、联锁控制，包括：

(a)、新风阀门、回风阀门、排风阀门、加热器、加湿阀、排气风机、消防联动控制装置均与洁净系统送风机联锁；

(b)、开机程序，新风阀优先回风阀开启，送风机优先排风机开启，新风阀优先送风机开启；各实验室送风阀门优先于回风阀门开启；

(c)、停机程序，洁净系统的排风机优先送风机关闭，确保整个系统正压；当所有风阀关闭时，风机自动停止运行；

(d)、排风机处于运行状态时洁净系统送风机严禁关闭；当处于消防状态时，消防中心同时发出报警信号及停机联动信号，控制系统延时3 分钟后洁净区域所有风机自动停止运行；

(e)、当风速传感器检测到实时风速低于系统值班状所维持的最小送风量对应的风速时，加热器严禁启动；当高温开关动作时，加热器停止工作；

6)、房间恒压控制，对正压洁净室，房间压差传感器检测到房间实时压差低于设定值、时，自动减少回风阀门的开度，当回风阀门处于最低开度时房间压差仍未达到设定值，则自动增大送风机转速。

作为优选，所述触摸屏实现以下功能：

1)、控制设备可独立控制每个风阀、水阀及每台风机的运行状态，可手动调节变频器运行频率，可设定为工作状态和值班状态、白天及夜晚四种工况；

2)、设定系统的温度、湿度、风压、风阀开度、风机运行频率参数；

3)、监测新风、回风、送风及各房间的温湿度，各风阀、水阀的开度，风机手动、自动运行状态，送风管风速，风机运行频率，房间实时压差值、通风柜排风系统工作状态、消防状态；

4)、风机热过载报警、变频器超载报警、过滤器堵塞报警、低温报警、加热器高温报警、房间压差报警、消防状态报警、防火阀动作报警；

5)、每台风机实现手动、自动、定时等多种运行模式，工频与变频切换，当变频器故障时，可转换到工频运行。

依据上述技术方案，本发明通过通风主管上设置的集中箱及安装于集中箱内的压力传感器，实时监测集中箱内的气压值并通过变风量控制器控制变频风机进行变频抽排风调整，保证集中箱气压值恒定又实现节能效果，各通风柜上设有面风速传感器，实时检测通风柜的面风速，通过在变风量控制器及风阀的作用下控制各通风柜排风风量大小，实现各个通风柜的按需排风。

附图说明

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中变频风机的电气接线图；

图3为本发明变频风机中的PLC的各端子示意图；

图4为本发明变频风机中的变频器的各端子示意图；

图5为本发明变频风机中PLC与变频器的端子内部逻辑关系图。

其中，1、变频风机；11、风机；12、变频器；13、PLC；2、集中箱；21、压力传感器；3、通风柜；4、通风主管；5、通风支管；6、风阀；61、电动风阀；62、手动风阀；7、面风速监控及控制系统；71、面风速传感器；72、变风量控制器。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种实验室多段通风节能控制系统，包括变频风机1、集中箱2及与所述集中箱2连接的多个通风柜3，所述变频风机1到集中箱2的连接气路为通风主管4，所述集中箱2到通风柜3的连接气路为通风支管5，所述通风支路5上设有风阀6，所述通风柜3连接有面风速监控及控制系统7，所述面风速监控及控制系统7包括安装于各个通风柜3内的面风速传感器71及电连接所述面风速传感器71的变风量控制器72，所述变风量控制器72电连接变频风机1，所述变风量控制器72实时测量通风柜3开度，同时面风速传感器71实时测量面风速，并将其转化成电压信号传给变风量控制器72，变风量控制器72根据面风速实际值与设定值进行比较，如果面风速不在设定值范围内，变风量控制器72向变频风机1输出控制信号，所述变频风机1接收控制信号调节通风风量。每打开或关闭某通风柜3的风阀6时必定引起集中箱2内气压的变化，实时检测集中箱2内的气压值与设定的气压值比较后的差值及其极性，通过变风量控制器72的PID运算，发出控制信号调整变频风机1的输出频率，实现节能运行。

如图1所示，作为优选，所述集中箱2设置在系统内所有通风柜3的几何中心位置，所述集中箱2上设有压力传感器21，所述压力传感器21电连接变风量控制器72。所述变频风机1根据压力传感器21检测的集中箱2内气压值变化相应调整抽排风风量，维持集中箱2相对于通风柜3的负压状态并保持集中箱2气压稳定，同时使得集中箱2与各个通风柜3的压差较小，能够降低排风噪音。

作为优选，所述通风支路5上设置的风阀6包括电动风阀61和手动风阀62。通过设置在各个通风柜3内的面风速传感器71检测的面风速数据，变风量控制器72根据实验室实际需求排风量，通过控制电动风阀61的开启角度实现通风柜3排风量风量大小，实现各个通风柜3的按需排风，达到节能降耗效果，其中手动风阀62是用于系统安装调试时通风支管5的调均风量操作。

如图2、图3、图4所示，作为优选，所述变频风机1包括风机11、变频器12、PLC13，所述风机11、变频器12、PLC13依序连接，所述PLC13通讯连接所述变风量控制器72，所述PLC13通过内部程序设定发出控制信号实现变频风机1的多段速控制。

如图5所示，作为优选，所述变频器12包括供电端子R、S、T和速度控制端子RH、RM、RL,所述供电端子R、S、T对应依序连接风机11的U、V、W供电端子，所述PLC13通过内部设定程序发出控制信号Y2，分别控制变频器12速度控制端子RH、RM、RL及组合，实现风机11的八段速控制。其中Y2的八段速频率Pr.1-Pr.8可根据实际情况设置八个合理频率，例如Pr.1=0,Pr.2=5, Pr.3=10, Pr.4=20, Pr.5=30, Pr.6=40, Pr.7=50, Pr.8=60；除八段速控制之外，通过RH、RM、RL和变频器其他端子的通断组合还可以实现五段速控制、十五段速控制等变风量控制。

作为优选，还包括洁净区通风控制系统，洁净区控制系统由触摸屏、控制器、输入输出模块、传感器、变频器组成，每台风机设置独立变频器，控制系统实现以下控制功能：

1)、温度控制，根据回风温度与设定温度值比较后的差值及其极性，通过控制器的PID运算，调节表冷器进水阀门的开度或加热器档位，使受控环境的温度保持在要求的范围内；

2)、湿度控制，根据回风湿度与设定湿度值比较后的差值及其极性，通过控制器的PID运算，调节加湿阀门开度，使受控环境的湿度保持在要求的范围内；

3)、节能运行，包括以下状态：

(a)、自动状态：检测新、回风温湿度，通过控制器的焓运算，根据新、回风的焓值机热湿负荷，自动调节新风阀、回风阀及排风阀的开度比例，使空调节能运行；

(b)、手动状态：洁净室送风机运行频率随各房间送风阀门开启的数量来调节变频器的上限运行频率，排风系统采用定静压控制来调节排风机变频器运行频率；

4)、定静压控制，对正压洁净室，检测回风管静压值与设定静压值比较后的差值及其极性，通过控制器的PID运算，一方面调节排风机的变频器输出频率，另一方面调节新阀门的开度，使系统新风量、回风量及排风量维持动态平衡，保证整个系统正压；

5)、联锁控制，包括：

(a)、新风阀门、回风阀门、排风阀门、加热器、加湿阀、排气风机、消防联动控制装置均与洁净系统送风机联锁；

(b)、开机程序，新风阀优先回风阀开启，送风机优先排风机开启，新风阀优先送风机开启；各实验室送风阀门优先于回风阀门开启；

(c)、停机程序，洁净系统的排风机优先送风机关闭，确保整个系统正压；当所有风阀关闭时，风机自动停止运行；

(d)、排风机处于运行状态时洁净系统送风机严禁关闭；当处于消防状态时，消防中心同时发出报警信号及停机联动信号，控制系统延时3 分钟后洁净区域所有风机自动停止运行；

(e)、当风速传感器检测到实时风速低于系统值班状所维持的最小送风量对应的风速时，加热器严禁启动；当高温开关动作时，加热器停止工作；

6)、房间恒压控制，对正压洁净室，房间压差传感器检测到房间实时压差低于设定值、时，自动减少回风阀门的开度，当回风阀门处于最低开度时房间压差仍未达到设定值，则自动增大送风机转速。

作为优选，所述触摸屏实现以下功能：

1)、控制设备可独立控制每个风阀、水阀及每台风机的运行状态，可手动调节变频器运行频率，可设定为工作状态和值班状态、白天及夜晚四种工况；

2)、设定系统的温度、湿度、风压、风阀开度、风机运行频率参数；

3)、监测新风、回风、送风及各房间的温湿度，各风阀、水阀的开度，风机手动、自动运行状态，送风管风速，风机运行频率，房间实时压差值、通风柜排风系统工作状态、消防状态；

4)、风机热过载报警、变频器超载报警、过滤器堵塞报警、低温报警、加热器高温报警、房间压差报警、消防状态报警、防火阀动作报警；

5)、每台风机实现手动、自动、定时等多种运行模式，工频与变频切换，当变频器故障时，可转换到工频运行。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (7)

1.一种实验室多段通风节能控制系统，其特征在于，包括变频风机、集中箱及与所述集中箱连接的多个通风柜，所述变频风机到集中箱的连接气路为通风主管，所述集中箱到通风柜的连接气路为通风支管，所述通风支路上设有风阀，所述通风柜连接有面风速监控及控制系统，所述面风速监控及控制系统包括安装于各个通风柜内的面风速传感器及电连接所述面风速传感器的变风量控制器，所述变风量控制器电连接变频风机，所述变风量控制器实时测量通风柜开度，同时面风速传感器实时测量面风速，并将其转化成电压信号传给变风量控制器，变风量控制器根据面风速实际值与设定值进行比较，如果面风速不在设定值范围内，变风量控制器向变频风机输出控制信号，所述变频风机接收控制信号调节通风风量。

2.如权利要求1所述的一种实验室多段通风节能控制系统，其特征在于，所述集中箱设置在系统内所有通风柜的几何中心位置，所述集中箱上设有压力传感器，所述压力传感器电连接变风量控制器。

3.如权利要求1所述的一种实验室多段通风节能控制系统，其特征在于，所述通风支路上设置的风阀包括电动风阀和手动风阀。

4.如权利要求1所述的一种实验室多段通风节能控制系统，其特征在于，所述变频风机包括风机、变频器、PLC，所述风机、变频器、PLC依序连接，所述PLC通讯连接所述变风量控制器，所述PLC通过内部程序设定发出控制信号实现变频风机的多段速控制。

5.如权利要求4所述的一种实验室多段通风节能控制系统，其特征在于，所述变频器包括供电端子R、S、T和速度控制端子RH、RM、RL,所述供电端子R、S、T对应依序连接风机的U、V、W供电端子，所述PLC通过内部设定程序发出控制信号Y2，分别控制变频器速度控制端子RH、RM、RL及组合，实现风机的八段速控制。

6.如权利要求 1 至5中任一项所述的一种实验室多段通风节能控制系统，其特征在于，还包括洁净区通风控制系统，洁净区控制系统由触摸屏、控制器、输入输出模块、传感器、变频器组成，每台风机设置独立变频器，控制系统实现以下控制功能：

1)、温度控制，根据回风温度与设定温度值比较后的差值及其极性，通过控制器的PID运算，调节表冷器进水阀门的开度或加热器档位，使受控环境的温度保持在要求的范围内；

2)、湿度控制，根据回风湿度与设定湿度值比较后的差值及其极性，通过控制器的PID运算，调节加湿阀门开度，使受控环境的湿度保持在要求的范围内；

3)、节能运行，包括以下状态：

(a)、自动状态：检测新、回风温湿度，通过控制器的焓运算，根据新、回风的焓值机热湿负荷，自动调节新风阀、回风阀及排风阀的开度比例，使空调节能运行；

(b)、手动状态：洁净室送风机运行频率随各房间送风阀门开启的数量来调节变频器的上限运行频率，排风系统采用定静压控制来调节排风机变频器运行频率；

4)、定静压控制，对正压洁净室，检测回风管静压值与设定静压值比较后的差值及其极性，通过控制器的PID运算，一方面调节排风机的变频器输出频率，另一方面调节新阀门的开度，使系统新风量、回风量及排风量维持动态平衡，保证整个系统正压；

5)、联锁控制，包括：

(a)、新风阀门、回风阀门、排风阀门、加热器、加湿阀、排气风机、消防联动控制装置均与洁净系统送风机联锁；

(b)、开机程序，新风阀优先回风阀开启，送风机优先排风机开启，新风阀优先送风机开启；各实验室送风阀门优先于回风阀门开启；

(c)、停机程序，洁净系统的排风机优先送风机关闭，确保整个系统正压；当所有风阀关闭时，风机自动停止运行；

(d)、排风机处于运行状态时洁净系统送风机严禁关闭；当处于消防状态时，消防中心同时发出报警信号及停机联动信号，控制系统延时3 分钟后洁净区域所有风机自动停止运行；

(e)、当风速传感器检测到实时风速低于系统值班状所维持的最小送风量对应的风速时，加热器严禁启动；当高温开关动作时，加热器停止工作；

6)、房间恒压控制，对正压洁净室，房间压差传感器检测到房间实时压差低于设定值、时，自动减少回风阀门的开度，当回风阀门处于最低开度时房间压差仍未达到设定值，则自动增大送风机转速。

7.如权利要求6所述的一种实验室多段通风节能控制系统，其特征在于，所述触摸屏实现以下功能：

1)、控制设备可独立控制每个风阀、水阀及每台风机的运行状态，可手动调节变频器运行频率，可设定为工作状态和值班状态、白天及夜晚四种工况；

2)、设定系统的温度、湿度、风压、风阀开度、风机运行频率参数；

3)、监测新风、回风、送风及各房间的温湿度，各风阀、水阀的开度，风机手动、自动运行状态，送风管风速，风机运行频率，房间实时压差值、通风柜排风系统工作状态、消防状态；

4)、风机热过载报警、变频器超载报警、过滤器堵塞报警、低温报警、加热器高温报警、房间压差报警、消防状态报警、防火阀动作报警；

5)、每台风机实现手动、自动、定时等多种运行模式，工频与变频切换，当变频器故障时，可转换到工频运行。