摘要：本文介绍了变频调速应用于医学院智能化实验大楼通风系统，实现了通风系统的多地点多挡位不同风量的调节，既满足教学的需要，又节约能源。 

1.引言

江西某医学院新建六层智能化基础实验大楼，建筑面积8900m2。其中二楼和三楼各有六间人体解剖实验室，每间实验室放置六床升降式解剖台，供学生上人体解剖课。经过福尔马林浸泡过的尸体标本放在解剖台上，对人体的皮肤和眼睛有强烈的刺激作用，影响学习效果。众所周知，福尔马林，是化学物品甲醛（CH3OH）的医学名称，在医院是用来浸泡尸体标本的液体。在常温常压下，甲醇为无色、透明、易流动、易挥发、可燃的液体，具有与乙醇相似的气味。医学专家认为，甲醇是一种慢性中毒药物，对人体的神经系统和血液系统影响最大，它经消化道、呼吸道或皮肤摄入都会产生毒性反应，甲醇蒸气能损害人的呼吸道粘膜和视力。甲醇摄入量超过4克就会出现中毒反应，误服一小杯超过10克就能造成双目失明，饮入量大造成死亡。我国有关部门规定，空气中允许甲醇浓度为5mg/m3。

为此，新建的人体解剖实验室，需要安装通风设备。简单的做法，在实验室面向室外的墙上，安装机械轴流风机或排风扇，投资少，但是通风效果差。智能化基础实验大楼，采用管道集中通风系统。每间人体解剖实验室的每床解剖台位置上方设置送风口，送风机通过风管送进新风，压制甲醇液体向上的挥发；每床解剖台下方设置抽风口，连接解剖台，排风机通过风管排出甲醇液体挥发的气体，形成完整的送风排风系统，循环通风换气，改善实验室教学环境。

2．工艺及系统简介

实验大楼坐北朝南，二楼、三楼各有朝南三间(21、23、25、31、33、35)和朝北三间(22、24、26、32、34、36)解剖实验室，依据解剖实验室的位置和通风管道的走向, 二、三楼南北方对应的四间实验室(例如21、22、31、32)共用一组通风系统，大楼共设三组，每组通风系统由送风和排风两个子系统组成，送风机电动机18.5kW，排风机电动机22kW，风机和配电室设置在大楼屋面。教学要求每间解剖实验室都能单独开停送风机和排风机，排风风量可以调节大小；每床解剖台都能单独使用风管的送风和排风。

为此，确定通风系统控制的技术性能要求：

（1）1#、3#、5#送风机采用软启动器启动，减少对电动机启动的冲击，降低风机启动的噪音。

（2）2#、3#、6#排风机采用变频器调速。

（3）1#送风机、2#排风机供21、22、31、32解剖实验室使用；3#送风机、4#排风机供23、24、33、34解剖实验室使用；5#送风机、6#排风机供25、26、35、36解剖实验室使用。2#排风机电气原理图见图1。

（4）每间解剖实验室设有一个控制箱，均可以启动停止送风机和排风机。其逻辑关系，以1#送风机、2#排风机供21、22、31、32解剖实验室为例（以下相同）:

21、22、31、32中任意一个解剖实验室，都可以启动停止送风机和排风机。排风机由变频器控制电动机转速调节风量，设计0~8八档速度，使用一个解剖实验室，则上二档速度；使用二个解剖实验室，则上四档速度，反之亦然；当四个解剖实验室都上课时，变频器则全速工作。如果速度不合适，各解剖实验室控制箱还有升速、降速按钮，每按一次，升一档速度或降一档速度，只有四个解剖实验室全部不用时，送风机和排风机才会停止工作。

实验室控制箱控制原理图如图2所示。

（5）每间解剖实验室送风和排风管道分别设有电磁总阀，每床解剖台的送风和排风管道口分别设有电磁支阀。

（6）控制系统的操作设有就地和联动两种。就地操作在大楼屋面配电室开关柜上，仅供调试维修使用。联动是由各解剖实验室控制。

3．变频器和PLC应用

为了实现以上控制系统的技术性能要求，需要应用变频器调速和可编程序控制器（PLC）技术。2#、3#、6#排风机各采用一台变频器进行调速，整个控制系统采用一套可编程序控制器。

3.1 变频器的选型

目前，市场上流行的通用变频器主要的种类有富士电机公司的FRN-G9S/P9S系列、三菱电机公司的FR-A540/FR-F540系列、西门子公司的MMV/MDV系列、安川公司的VS-616G5系列、三肯公司的SAMCO-i/iP系列及台达公司VFD-M系列等。考虑到变频器的性能价格比和供货的方便性，选用了富士FREN1C-5000P11S型号的变频器。其主要参数：

• 负载特性转矩随转速的平方递减。
• 电机容量22kW。
• 变速范围30～60Hz。
• 控制方式多步频率速度控制

对于四个实验室所要求的八档转速，通过PLC控制变频器输入控制端X1、X2、X3的状态来实现。

3.2PLC的配置

可编程序控制器选用富士电机公司的FLEX-PC型。整个控制系统需要PLC的输入、输出点分别是32点和48点，全部为开关量。

CPU模块：NJ-CPU-E4

电源模块：NI-P1

输入模块：NJ-X8-5

输出模块：NJ-Y8-R

显示单元：N-DSET2

部分系统I/O联接图如图3所示。

这种PLC机型程序内存容量RAM 8K步，最大输入输出点数256点，有RS-232C/485等通讯端口和人机接口，并配有便携式编程器N-HLD011E，不仅可以用手持编程器对其编程，还可以通过PC机进行编程，另外还能在人机界面上显示PLC的有关信息。

3.3软件的设计

21、22、31、32实验室开启、停止2#排风机的按钮信号并联输入PLC，通过移位寄存器指令组合，输出控制BJ1、BJ2、BJ3的通断，组成多步频率信号，改变2#变频器的频率及2#排风机的速度，并且对应开启实验室的电磁总阀。

21、22、31、32实验室提升、降低2#排风机的按钮信号并联输入PLC，通过移位寄存器指令组合，输出控制BJ1、BJ2、BJ3的通断，组成多步频率信号，达到调节2#变频器的频率及2#排风机的速度目的。

图4为主要程序梯形图。

结束语

江西某医学院基础实验大楼通风系统2001年9月投入使用以来，送风、排风效果好，人体解剖实验室环境大为改善，变频调速控制系统工作稳定、可靠，操作方便，排风机节能效果显著，达到设计要求，获得教师学生一致好评，并为基础实验大楼迈向智能化建筑创造了条件。

原设计在每间人体解剖实验室内，安装甲醇气体检测探头，检测空气中甲醇气体的含量，将检测信号送入PLC处理后，控制变频器的频率及排风机的速度，实现基础实验大楼通风系统智能化控制。但是，由于甲醇气体检测探头价格昂贵，业主没有采用，留待今后完善。

参考文献

1．《变频器应用手册》机械工业出版社1999.5