电气自动控制与高校实验室排放废气净化系统的应用

摘要：随着现代工业的不断发展，生产技术的不断进步，人们对于环境空气要求也不断提高，排放废气净化处理的应用范围也越来越广，要求也越来越高。文章就某高校实验科技楼的排放废气净化系统工程为例，总结了该工程改造设计过程的一些具体做法和体会。

关键词：电气自动控制；高校实验室；排放废气净化系统；改造工程设计；排放标准 文献标识码：A

中图分类号：X701 文章编号：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

随着现代科技不断发展，科学技术的不断创新进步，对于高校科研实验室的各项要求也不断提高，实验室内温度、湿度、洁净度，要求越来越高，特别是对实验室的排放有害废气净化处理更为重视，应用范围也越来越广。许多的科学研究、空气环境的标准好坏对现代科学的发展，生产技术的进步有着密切的关系，论文就某高校科研实验室系列排放有害废气净化处理系统进行探讨。

1 工程概况

某高校科研楼承担（教学科研的实验）的场所。该建筑设计根据不同楼层和区域功能特点来配置相应实验室区域，本实验楼共13层，每层面积约3000m2，分两大区域实验室，由两套排放废气净化处理系统担任实验室排风废气净化任务，两套排放系统安装在本楼层的天面平台。这次改造主要针对滞后缺陷控制系统线路，重新设计采用PLC模块自动控制系统，提高系统运行效能，确保安全运行。

2 实验室排放废气净化系统改造工程设计

设计流程图如图1所示：

3 控制系统的改造工程设计

3.1 系统控制方框流程图

系统控制方框流程图如图2所示：

3.2 控制系统的改造工程设计

我们在制订改造实验室排放废气净化系统建设方案中，采取新思路和新的方法，既在原来的设备基础组合上，以补配置、以排风废气净化系统为主，配以各单元实验室的排风通风柜辅助设备。

为保证控制达到国家环境标准的要求，我们选择采用PLC模块与人机界面自动控制系统，结合网络远程监控系统，全天候全区域监控、及时发现问题及时解决，针对高校实验室各单元，使用排风-通风柜无规律和频繁启动的特点，自动控制系统识别实验室单元使用通风柜时，排风废气净化系统才启动运行，反之实验室实验结束系统也自动结束，达到智能控制，从根本上解决系统故障率高、运行成本高、不节能、操作使用繁琐等问题，克服了过去传统的控制原理中存在系统设备安全无保护滞后的缺陷；

3.3 控制原理

采用PLC模块与人机界面以及二次回路结合的控制系统，编写完善的运行PLC程序，把PLC控制程序写入模块。当各单元实验室要启动排风通风柜时，系统会自动识别到各单元操作触发启动信号后，根据单元启动系统顺序要求，打开单元排风通风柜电动风阀，系统确认通风电动风阀已经打开后，系统自动启动单元通风柜排风电机、系统变频器（主要控制输出）主排风电机、附塔自吸泵、排放废气紫外线灯管以及系统保护系统，其他实验室单元若使用排风通风柜时，主系统会自动保持运行状态，直至最后单元使用结束，系统根据关闭顺序才会自动关闭。

保护系统会自动识别各单元电动风阀是否有打开或关闭、单元通风柜排风电机、主系统附塔的自吸泵、主变频器-排风主电机、紫外线灯管、配电系统、等电位系统以及其他设备的运行情况是否正常，模块系统会自动检测到某一电气设施正常或不正常时，系统会自动采取相应的保护措施后，并在系统人机界面，显示文字告知故障点，有利于快速解决故障隐患，达到系统安全

运行。

3.4 保护系统原理

保护系统的监控信号，采用电流变送器，安装在配电单元输出端，拾起系统设置的信号参数，反馈给PLC模块程序，由系统程序识别某个单元电气设备是否执行保护，达到保护目的。

3.5 系统的防雷、电网脉冲电压、保护接零

采用等电位接法与PLC程序配合进行保护，用电流变送器接入用电零线单元，拾取零线漏电信号反馈到系统程序，根据系统设置的允许漏电电流大小，从而启动保护指令。

系统采用等电位保护系统和防雷器的配合，可以根本上解决低压配电网中的脉冲电压干扰、漏电保护、过负载保护以及防直击雷、闪电雷、感应雷、电气设备零线过载保护等，具有针对排放废气净化系统安装在楼层顶层的特点，使系统设备和用电安全具有可靠防护措施和保护系统。

等电位系统指电源端零线与接地线直接连接，电网端零线与接地线形成等电位，当配电系统在零线和接地线上有任何的高脉冲电压，等电位保护系统就会根据我们设置的所需保护参数，自动切断故障配电设备，并配合PLC程序-人机界面，显示文字报警区域，可以快速自动排查故障区域，不影响其他区域运行，达到保护电气设备。

等电位保护系统设计原理：系统采用PLC模块，编写自动控制程序，在各支路配电支路网电源总零线、总接地线上，安装低读数-高灵敏度的电流变送器，拾取等电位电流和电位差的信号，反馈给PLC控制系统程序，自动参数比较后，进行各自指令动作保护。

3.6 遗忘关闭/时间预设功能

利用PLC系统程序的时间指令，把我们所需要的设置时间指令，编写在各单元的控制回路中，配合运行指令结合，形成预设置的遗忘功能指令，当启动了单元通风柜运行时，而忘记关闭单元通风柜、系统预设最长运行时间立即启动计时，各单元实验室操作启动通风柜运行所需要时间功能。当某个单元操作忘记关闭通风柜时，系统可事先设置最长使用时间，当时间到了，系统自动会关闭，防止系统长时间不停运行以及不安全

隐患。

预设功能：单元操作可以预设所需要使用时间，这样可以掌握做实验的控制时间，有利于实验的完整性、兼容性。把系统运行提高到较先进的智能控制操作，充分利用系统运行效率，安全稳定、节能。

3.7 网络远程监控系统

利用网络建立PLC控制系统-人机界面的远程网络平台，实现全网络全天候的监控系统，可以实时远程监控处理系统运行状态，及时解决故障，确保系统安全

运行。

3.8 系统变频器

主要控制排放废气净化系统的主排风机运行的变频，可以实现排风机的最佳运行效能，变频器的控制参数，采用电流变送器拾取在各单元实验室的通风柜排风电机的运行电流的信号参数，由电流变送器拾取信号-反馈PLC系统程序，进行比较后，指令变频器所需要变频参数，达到控制变频节能效果。

4 结语

该科技楼实验室排放废气净化系统经过两年多的实际运行，从实际运行效果上看，各个实验室的排风通风柜使用排放参数、智能控制以及主系统的排放标准、控制系统，在设计要求范围内，系统安全稳定、节能、效果良好，达到了设计要求，为我国类似高校实验室的建设提供参考和借鉴。

参考文献

[1] 室内环境健康消费指导手册[M].

[2] 中国室内环境年鉴[M].

作者简介：何柏青（1958-），男，广东梅州人，广东汕头大学医学院电气工程及其自动化工程师，研究方向：电气工程及其自动化。

（责任编辑：陈 倩）