智能化大樓通風分析論文

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摘要：本文介紹了變頻調速應用于醫學院智能化實驗大樓通風系統，實現了通風系統的多地點多擋位不同風量的調節，既滿足教學的需要，又節約能源。

關鍵詞：甲醛人體解剖通風系統變頻調速PLC

1.引言

江西某醫學院新建六層智能化基礎實驗大樓，建筑面積8900m2。其中二樓和三樓各有六間人體解剖實驗室，每間實驗室放置六床升降式解剖臺，供學生上人體解剖課。經過福爾馬林浸泡過的尸體標本放在解剖臺上，對人體的皮膚和眼睛有強烈的刺激作用，影響學習效果。眾所周知，福爾馬林，是化學物品甲醛（CH3OH）的醫學名稱，在醫院是用來浸泡尸體標本的液體。在常溫常壓下，甲醇為無色、透明、易流動、易揮發、可燃的液體，具有與乙醇相似的氣味。醫學專家認為，甲醇是一種慢性中毒藥物，對人體的神經系統和血液系統影響最大，它經消化道、呼吸道或皮膚攝入都會產生毒性反應，甲醇蒸氣能損害人的呼吸道粘膜和視力。甲醇攝入量超過4克就會出現中毒反應，誤服一小杯超過10克就能造成雙目失明，飲入量大造成死亡。我國有關部門規定，空氣中允許甲醇濃度為5mg/m3。

為此，新建的人體解剖實驗室，需要安裝通風設備。簡單的做法，在實驗室面向室外的墻上，安裝機械軸流風機或排風扇，投資少，但是通風效果差。智能化基礎實驗大樓，采用管道集中通風系統。每間人體解剖實驗室的每床解剖臺位置上方設置送風口，送風機通過風管送進新風，壓制甲醇液體向上的揮發；每床解剖臺下方設置抽風口，連接解剖臺，排風機通過風管排出甲醇液體揮發的氣體，形成完整的送風排風系統，循環通風換氣，改善實驗室教學環境。

2．工藝及系統簡介

實驗大樓坐北朝南，二樓、三樓各有朝南三間(21、23、25、31、33、35)和朝北三間(22、24、26、32、34、36)解剖實驗室，依據解剖實驗室的位置和通風管道的走向,二、三樓南北方對應的四間實驗室(例如21、22、31、32)共用一組通風系統，大樓共設三組，每組通風系統由送風和排風兩個子系統組成，送風機電動機18.5kW，排風機電動機22kW，風機和配電室設置在大樓屋面。教學要求每間解剖實驗室都能單獨開停送風機和排風機，排風風量可以調節大小；每床解剖臺都能單獨使用風管的送風和排風。

為此，確定通風系統控制的技術性能要求：

（1）1#、3#、5#送風機采用軟啟動器啟動，減少對電動機啟動的沖擊，降低風機啟動的噪音。

（2）2#、3#、6#排風機采用變頻器調速。

（3）1#送風機、2#排風機供21、22、31、32解剖實驗室使用；3#送風機、4#排風機供23、24、33、34解剖實驗室使用；5#送風機、6#排風機供25、26、35、36解剖實驗室使用。2#排風機電氣原理圖見圖1。

（4）每間解剖實驗室設有一個控制箱，均可以啟動停止送風機和排風機。其邏輯關系，以1#送風機、2#排風機供21、22、31、32解剖實驗室為例（以下相同）:

21、22、31、32中任意一個解剖實驗室，都可以啟動停止送風機和排風機。排風機由變頻器控制電動機轉速調節風量，設計0~8八檔速度，使用一個解剖實驗室，則上二檔速度；使用二個解剖實驗室，則上四檔速度，反之亦然；當四個解剖實驗室都上課時，變頻器則全速工作。如果速度不合適，各解剖實驗室控制箱還有升速、降速按鈕，每按一次，升一檔速度或降一檔速度，只有四個解剖實驗室全部不用時，送風機和排風機才會停止工作。

實驗室控制箱控制原理圖如圖2所示。

（5）每間解剖實驗室送風和排風管道分別設有電磁總閥，每床解剖臺的送風和排風管道口分別設有電磁支閥。

（6）控制系統的操作設有就地和聯動兩種。就地操作在大樓屋面配電室開關柜上，僅供調試維修使用。聯動是由各解剖實驗室控制。

3．變頻器和PLC應用

為了實現以上控制系統的技術性能要求，需要應用變頻器調速和可編程序控制器（PLC）技術。2#、3#、6#排風機各采用一臺變頻器進行調速，整個控制系統采用一套可編程序控制器。

3.1變頻器的選型

目前，市場上流行的通用變頻器主要的種類有富士電機公司的FRN-G9S/P9S系列、三菱電機公司的FR-A540/FR-F540系列、西門子公司的MMV/MDV系列、安川公司的VS-616G5系列、三肯公司的SAMCO-i/iP系列及臺達公司VFD-M系列等。考慮到變頻器的性能價格比和供貨的方便性，選用了富士FREN1C-5000P11S型號的變頻器。其主要參數：

負載特性轉矩隨轉速的平方遞減。

電機容量22kW。

變速范圍30～60Hz。

控制方式多步頻率速度控制

對于四個實驗室所要求的八檔轉速，通過PLC控制變頻器輸入控制端X1、X2、X3的狀態來實現。

3.2PLC的配置

可編程序控制器選用富士電機公司的FLEX-PC型。整個控制系統需要PLC的輸入、輸出點分別是32點和48點，全部為開關量。

CPU模塊：NJ-CPU-E4

電源模塊：NI-P1

輸入模塊：NJ-X8-5

輸出模塊：NJ-Y8-R

顯示單元：N-DSET2

部分系統I/O聯接圖如圖3所示。

這種PLC機型程序內存容量RAM8K步，最大輸入輸出點數256點，有RS-232C/485等通訊端口和人機接口，并配有便攜式編程器N-HLD011E，不僅可以用手持編程器對其編程，還可以通過PC機進行編程，另外還能在人機界面上顯示PLC的有關信息。

3.3軟件的設計

21、22、31、32實驗室開啟、停止2#排風機的按鈕信號并聯輸入PLC，通過移位寄存器指令組合，輸出控制BJ1、BJ2、BJ3的通斷，組成多步頻率信號，改變2#變頻器的頻率及2#排風機的速度，并且對應開啟實驗室的電磁總閥。

21、22、31、32實驗室提升、降低2#排風機的按鈕信號并聯輸入PLC，通過移位寄存器指令組合，輸出控制BJ1、BJ2、BJ3的通斷，組成多步頻率信號，達到調節2#變頻器的頻率及2#排風機的速度目的。

圖4為主要程序梯形圖。

結束語

江西某醫學院基礎實驗大樓通風系統2001年9月投入使用以來，送風、排風效果好，人體解剖實驗室環境大為改善，變頻調速控制系統工作穩定、可靠，操作方便，排風機節能效果顯著，達到設計要求，獲得教師學生一致好評，并為基礎實驗大樓邁向智能化建筑創造了條件。

原設計在每間人體解剖實驗室內，安裝甲醇氣體檢測探頭，檢測空氣中甲醇氣體的含量，將檢測信號送入PLC處理后，控制變頻器的頻率及排風機的速度，實現基礎實驗大樓通風系統智能化控制。但是，由于甲醇氣體檢測探頭價格昂貴，業主沒有采用，留待今后完善。

參考文獻

1．《變頻器應用手冊》機械工業出版社1999.5