焦 龙，赵楠楠，聂春阳

(一拖(洛阳)福莱格车身有限公司，河南 洛阳 471000)

0 引言

调漆间作为拖拉机和工程机械驾驶室自动化喷涂的供漆场所，对温度、湿度和空气洁净度都有很高的要求。组合式空气处理机组作为空气净化和处理设备，根据季节要求有三种工作模式，每种模式下都能提供不同的空气温度和湿度，并将合适的空气通过防火阀输送至调漆间，保证其温度和湿度要求。一旦防火阀故障闭合，设备不会停机，导致蒸汽聚集在风箱，造成风箱漏水，甚至损毁。针对该问题需要对组合式空气处理机组的硬件电路和PLC控制系统进行设计，将检测到的防火阀开关信号与设备进行安全联动，当防火阀出现故障关闭后，能联动关闭设备风机和蒸汽，并将故障显示在触摸屏上。

1 组合式空气处理机组工作原理及存在的问题

组合式空气处理机组工作原理如图1所示。

图1 组合式空气处理机组工作原理

组合式空气处理机组分别有自动和手动控制方式，控制方式的选择和启动是在触摸屏上完成的。先选定季节模式，设定室内温度、湿度参数，按下联锁启动按钮，随后新风阀自动开启，达到80%开合度后风机开始启动；然后检查出风阀是否打开(手动，常开)，新风进风阀开合度显示是否自动，风机运行状态指示是否亮起以及对应模式下的冷、热媒管道上的电动比例积分阀开合度是否变化，只有以上元器件按顺序依次打开才算正式启动(关机时与以上顺序相反)。

机组风机每次启动后(观察2 min)必须保证新风阀和出风阀门是完全开启状态，当需要的送风参数有明显变化并逐步趋于设定值方可离开。关机时，点击连锁停止按钮，风机运行指示灯熄灭，电动比例积分阀关闭接近0%时，风机停止运行，新风进风阀关闭。如果急需关机可以间隔30 s再按一次联锁停按钮，直至新风阀完全关闭。需要注意的是手动模式下开机顺序与以上自动模式相同，开机后必须保证以下3道阀门处于开启状态，分别是机组进风口自动新风阀、机组出风口手动风阀以及风道上在进入调漆间之前的70 ℃防火阀。

该机组具有夏季模式、冬季模式和过渡季节模式三种工作模式。夏季模式通过冷水、热水控制室内温度、湿度，冬季模式通过蒸汽控制室内温度、湿度，过渡季节采用全新风运行。新风经初效过滤器后进入蒸汽加热段或冷水表冷段，再经过中效过滤器后进入热水再热段或蒸汽加湿段,然后通过防火阀进入调漆间。根据PID控制原理，调节电动二通阀(表冷段、再热段和加热段)和蒸汽加湿调节阀的开度，保证夏季模式调漆间温度始终维持在25 ℃(可调)、湿度在65%(可调)，冬季模式调漆间温度始终维持在21 ℃(可调)、湿度在55%(可调),使调漆间油漆和固化剂保持在最佳状态。一旦防火阀损坏或调漆间发生火灾，温度达到70 ℃时，熔断丝熔断，防火阀会自动关闭，防止火灾通过风道蔓延至车间。由于防火阀没有与组合式空气处理机组实现安全联动，组合式空气处理机组仍会继续工作，此时产生的新风和蒸汽无法通过防火阀送入调漆间，蒸汽在风道和风箱内大量积累，导致漏水，严重时损坏设备，存在较大的安全隐患。

为了保证设备的安全运行，必须保证组合式空气处理机组与防火阀实现安全联动，一旦防火阀因某种故障导致其关闭，组合式空气处理机组必须能立即停机(包括停加湿段蒸汽)，并在触摸屏上显示故障信息，方便人员了解故障信息，排除原因后将其切换至手动控制画面并故障复位，之后才能重新启动风机(启动前必须保证新风阀处于完全关闭状态)。

2 组合式空气处理机组PLC控制系统设计

2.1 硬件电路的设计

将防火阀控制线绿色端子、黄色端子连接至控制柜的备用端子排上，该端子排将防火阀的开启和关闭信号输入到PLC的I0.5接口(该端口为设备PLC控制器备用接口，如图2所示)，通过该端子排采集防火阀的开启和关闭信号。

图2 PLC备用I0.5接口

该PLC为S7-200SMART系列，是西门子推出的一款小型产品，由于它具有结构紧凑、拓展性能良好、指令功能强大和价格低廉等优点，成为当代各种小型控制工程的理想控制器。PLC实施控制，实际上是按照一定的算法进行输入/输出变换，并将这个变换转化成相应的物理实现。输入/输出变化和相应的物理信息是实现PLC控制的两个基本点，而输入/输出变换实际上是信息处理，信息处理通常要采用计算机技术。物理实现实际上是要求PLC的输入应当排除干扰信号，适应于工业现场，输出符合工业的控制要求，能方便地实现对被控对象的控制。因此PLC是微型计算机技术与机电控制技术相结合的产物，是一种以微处理器为核心，用于电气控制的特殊计算机。PLC有典型的计算机结构，主要由中央处理器、存储器、输入/输出接口、电源单元、通信接口和输入/输出拓展接口等单元部件组成，这些单元都是通过内部总线进行连接的，保证了通信的有效性和安全性。

当防火阀处于打开状态时，其端子信号处于断开状态；当防火阀处于关闭状态时，其端子信号处于导通状态。PLC通过循环扫描检测I0.5接口的信号，判断防火阀的工作状态，从而控制风机和蒸汽比例调节阀的工作状态，确保设备稳定有效运行。

2.2 PLC及触摸屏报警程序的设计

根据PLC控制器I0.5检测到的防火阀开关状态，对PLC控制程序进行设计。在PLC程序中增加报警指令和故障复位指令，如图3所示。

图3 火警报警指令与故障复位指令

除此之外，还需要停风机电机和关闭蒸汽加热、加湿段的比例调节阀，并将故障信息显示在触摸屏上，使得操作和维修人员对故障原因一目了然，方便员工操作。故障后停风机及关闭蒸汽比例调节指令如图4所示。

图4 故障后停风机及关闭蒸汽比例调节指令

一旦防火阀因某种原因关闭，就会有报警，火警信号就会导通，并将风机启动信号复位，风机停止运行，此外会将0传送到蒸汽加热(ZQ1_KD)、加湿(ZQ2_KD)开度比例阀,此阀会关闭，从而关闭蒸汽。当PLC程序和HMI界面设计完后，下载到PLC控制器和触摸屏上，之后对程序进行多次调试，关闭防火阀后，触摸屏会出现报警信息，同时风机停止运行、蒸汽比例阀关闭，起到应有的保护功能。故障报警界面如图5所示。

图5 故障报警界面

3 结束语

通过对组合式空气处理机组工作原理的了解，重新设计该机组的控制系统，增加了防火阀的信号检测与控制功能。该设计实现了组合式空气处理机组与防火阀的安全联动，一旦防火阀出现某种故障而关闭时，就能保证组合式空气处理机组停机，并关闭蒸汽电动阀,并将故障信息显示在触摸屏上。出现故障后，点击故障复位，报警信息能消除，打开防火阀后待新风阀完全关闭后可以重新启动风机，设备能正常运行。此设计保证了设备能稳定安全的运行，防止设备出现重大的安全事故，造成设备的损坏或人员的伤亡。