一种能自动跟踪风向的机房节能排风控制系统.pdf

一种能自动跟踪风向的机房节能排风控制系统，其特征为：包括PLC机，机房温度模拟输入信号隔离器，机房湿度模拟输入信号隔离器，台站风向模拟输入信号隔离器，温度和湿度传感器，空调机开关状态输入继电器，排风机开关及高低功率输出控制继电器，风向仪，空调机输出控制继电器。本发明能把自然风的能量加以利用，实现机房排风系统的高效、节能和安全，使得机房排风系统全程处于高效、节能和安全的工作状态。

权利要求书
1.  一种能自动跟踪风向的机房节能排风控制系统，其特征为：包括分别连接机房温度模拟输入信号隔离器（TAI）、机房湿度模拟输入信号隔离器（RAI）、台站风向模拟输入信号隔离器（FMAI）、空调机开关状态输入继电器、排风机开关及高低功率输出控制继电器和空调机输出控制继电器的触摸屏PLC一体机PLC机，二端分别连接触摸屏PLC一体机PLC机和温度和湿度传感器（TR）的机房温度模拟输入信号隔离器（TAI），二端分别连接触摸屏PLC一体机PLC机和温度和湿度传感器（TR）的机房湿度模拟输入信号隔离器（RAI），二端分别连接触摸屏PLC一体机PLC机和风向仪（FM）的台站风向模拟输入信号隔离器（FMAI），分别连接机房温度模拟输入信号隔离器（TAI）和机房湿度模拟输入信号隔离器（RAI）的温度和湿度传感器（TR），与触摸屏PLC一体机PLC机连接的空调机开关状态输入继电器，二端分别连接触摸屏PLC一体机PLC机和排风机的排风机开关及高低功率输出控制继电器，与台站风向模拟输入信号隔离器（FMAI）连接的风向仪（FM），二端分别连接触摸屏PLC一体机PLC机和空调机的空调机输出控制继电器。

2.  根据权利要求1所述的机房节能排风控制系统，其特征为：触摸屏PLC一体机PLC机型号为EX2N-38MAR-70HN-6AD-485，广东深圳顾美科技有限公司生产。

3.  根据权利要求1所述的机房节能排风控制系统，其特征为：温度模拟输入信号隔离器（TAI）型号为THT-U76，德力西电气有限公司生产。

4.  根据权利要求1所述的机房节能排风控制系统，其特征为：湿度模拟输入信号隔离器（RAI）型号为THT-U76，德力西电气有限公司生产。

说明书一种能自动跟踪风向的机房节能排风控制系统

技术领域
本发明属于电子技术领域，涉及室内节能排风控制系统，特别是涉及能自动跟踪风向的机房节能排风控制系统的设计和制造。
背景技术
目前广播电视发射机房的排风降温，通常采用方式是：在机房的四面墙上方安装排风机，下方安装进风口，让冷空气从机房下面进入对发射设备进行冷却，加热后的空气自然上升，排风机将它从上面排出。这种排风降温方式在没有自然风的情况下是良好的，但由于自然风的存在，必然造成某些方位排风机处于逆风运转的工作方式，某些方向排风机处于顺风运转的工作方式。在逆风工作方式下，由于排风机产生的流体压力与自然风压方向相反，导致排风机负荷加大，排风机的转速下降、停转、甚至反转，从而降低排风机的效率和寿命，这是自然风对机房排风系统的不利影响。
因此如果有一种能自动跟踪风向的机房节能排风控制系统，能判断自然风的方向，开启处于顺风状态的排风机，关闭处于逆风状态下的排风机，把自然风的能量加以利用，实现机房排风系统的高效、节能和安全，使得机房排风系统全程处于高效、节能和安全的工作状态，一定会得到业界的欢迎，但是这种能自动跟踪风向的机房节能排风控制系统，到现时没有出现在工业实践中。
发明内容
本发明的目的是设计和制造一种能自动跟踪风向的机房节能排风控制系统，以便实现机房排风系统的高效、节能和安全，使得机房排风系统全程处于高效、节能和安全的工作状态。
本发明的目的是这样实现的：一种能自动跟踪风向的机房节能排风控制系统，其特征为：包括分别连接机房温度模拟输入信号隔离器TAI、机房湿度模拟输入信号隔离器RAI、台站风向模拟输入信号隔离器FMAI、空调机开关状态输入继电器、排风机开关及高低功率输出控制继电器和空调机输出控制继电器的触摸屏PLC一体机PLC机，二端分别连接触摸屏PLC一体机PLC机和温度和湿度传感器TR的机房温度模拟输入信号隔离器TAI，二端分别连接触摸屏PLC一体机PLC机和温度和湿度传感器TR的机房湿度模拟输入信号隔离器RAI，二端分别连接触摸屏PLC一体机PLC机和风向仪FM的台站风向模拟输入信号隔离器FMAI，分别连接机房温度模拟输入信号隔离器TAI和机房湿度模拟输入信号隔离器RAI的温度和湿度传感器TR，与触摸屏PLC一体机PLC机连接的空调机开关状态输入继电器，二端分别连接触摸屏PLC一体机PLC机和排风机的排风机开关及高低功率输出控制继电器，与台站风向模拟输入信号隔离器FMAI连接的风向仪FM，二端分别连接触摸屏PLC一体机PLC机和空调机的空调机输出控制继电器。
触摸屏PLC一体机PLC机型号为EX2N-38MAR-70HN-6AD-485，广东深圳顾美科技有限公司生产。
温度模拟输入信号隔离器TAI型号为THT-U76，德力西电气有限公司生产。
湿度模拟输入信号隔离器RAI型号为THT-U76，德力西电气有限公司生产。
排风机开关及高低功率输出控制继电器型号为HH53P-24。 
空调机开关状态输入继电器型号为HH53P-220。
空调机输出控制继电器型号为HH53P-24。
采取以上措施的本发明 ，能把自然风的能量加以利用，实现机房排风系统的高效、节能和安全，使得机房排风系统全程处于高效、节能和安全的工作状态。
附图说明
附图1是本发明实施例的系统结构示意图；
附图2是本发明实施例的控制电路图；
附图3是本发明实施例的空调电路图；
附图4是本发明实施例的排风机电路图；
附图5是本发明实施例的系统机房设置图。
附图标记说明：
风向仪FM、温度和湿度传感器TR、机房温度模拟输入信号隔离器TAI、机房湿度模拟输入信号隔离器RAI、后面排风机开关及高低功率输出控制继电器BFAO、左面排风机开关及高低功率输出控制继电器LFAO、前面排风机开关及高低功率输出控制继电器FFAO、右面排风机开关及高低功率输出控制继电器RFAO、右面1号排风机FA1、右面2号排风机FA2、前面3号排风机FA3、前面4号排风机FA4、FA5：左面5号排风机FA5、左面6号排风机FA6、后面7号排风机FA7、后面8号排风机FA8、1号空调机输出继电器AC1O、2号空调机输出继电器AC2O、3号空调机输出继电器AC3O、4号空调机输出继电器AC4O、5号空调机输出继电器AC5O、6号空调机输出继电器AC6O、1号空调机开关状态继电器AC1I、2号空调机开关状态继电器AC2I、3号空调机开关状态继电器AC3I、4号空调机开关状态继电器AC4I、5号空调机开关状态继电器AC5I、6号空调机开关状态继电器AC6I、机房超温度和超湿度报警输出电路A、PLC机直流供电开关电源PLC-DC、触摸屏PLC一体机PLC机。
以下再结合附图和实施例对本发明作进一步的详述。
具体实施方式
本发明使用触摸屏PLC一体机PLC机作为主要部件。具体结构为：包括分别连接机房温度模拟输入信号隔离器TAI、机房湿度模拟输入信号隔离器RAI、台站风向模拟输入信号隔离器FMAI、空调机开关状态输入继电器、排风机开关及高低功率输出控制继电器和空调机输出控制继电器的触摸屏PLC一体机PLC机，二端分别连接触摸屏PLC一体机PLC机和温度和湿度传感器TR的机房温度模拟输入信号隔离器TAI，二端分别连接触摸屏PLC一体机PLC机和温度和湿度传感器TR的机房湿度模拟输入信号隔离器RAI，二端分别连接触摸屏PLC一体机PLC机和风向仪FM的台站风向模拟输入信号隔离器FMAI，分别连接机房温度模拟输入信号隔离器TAI和机房湿度模拟输入信号隔离器RAI的温度和湿度传感器TR，与触摸屏PLC一体机PLC机连接的空调机开关状态输入继电器，二端分别连接触摸屏PLC一体机PLC机和排风机的排风机开关及高低功率输出控制继电器，与台站风向模拟输入信号隔离器FMAI连接的风向仪FM，二端分别连接触摸屏PLC一体机PLC机和空调机的空调机输出控制继电器。把本发明与一个或多个空调机和一个或多个排风机连接即可构成能自动跟踪风向的机房节能排风设置。
附图1给出了本发明实施例的系统结构示意图。实施例有6台空调机和8台排风机，并触摸屏PLC一体机PLC机连接直流供电开关电源PLC-DC、机房超温度和超湿度报警输出电路A。
实施例的6台空调机中：
1号空调机AC1由1号空调机输出控制继电器AC1O控制。
2号空调机AC2由2号空调机输出控制继电器AC2O控制。
3号空调机AC3由3号空调机输出控制继电器AC3O控制。
4号空调机AC4由4号空调机输出控制继电器AC4O控制。
5号空调机AC5由5号空调机输出控制继电器AC5O控制。
6号空调机AC6由6号空调机输出控制继电器AC6O控制。
8台排风机中：
后面1号排风机FA1和后面2号排风机FA2由BFAO排风机开关及高低功率输出控制继电器控制。
左面3号排风机FA3、左面4号排风机FA4由LFAO排风机开关及高低功率输出控制继电器控制。
前面5号排风机FA5、前面6号排风机FA6由FFAO排风机开关及高低功率输出控制继电器控制。
右面7号排风机FA7、右面8号排风机FA8由RFAO排风机开关及高低功率输出控制继电器控制。
PLC机分别连接1号空调机开关状态继电器AC1I、2号空调机开关状态继电器AC2I、3号空调机开关状态继电器AC3I、4号空调机开关状态继电器AC4I、5号空调机开关状态继电器AC5I、6号空调机开关状态继电器AC6I。
触摸屏PLC一体机PLC机分别连接机房温度模拟输入信号隔离器TAI、机房湿度模拟输入信号隔离器RAI、台站风向模拟输入信号隔离器FMAI、空调机开关状态输入继电器、排风机开关及高低功率输出控制继电器和空调机输出控制继电器。
机房温度模拟输入信号隔离器TAI二端分别连接触摸屏PLC一体机PLC机和温度和湿度传感器TR。
机房湿度模拟输入信号隔离器RAI二端分别连接触摸屏PLC一体机PLC机和温度和湿度传感器TR。
台站风向模拟输入信号隔离器FMAI二端分别连接触摸屏PLC一体机PLC机和风向仪FM。
温度和湿度传感器TR分别连接机房温度模拟输入信号隔离器TAI和机房湿度模拟输入信号隔离器RAI。
风向仪FM与台站风向模拟输入信号隔离器FMAI连接。
附图2给出了本发明实施例的触摸屏PLC一体机PLC机控制具体接线电路图，一般的电气工程师即可完成装配任务。
附图3是本发明实施例的空调机接线电路图。参考附图3。
输出继电器线圈J10、输出继电器线圈J11、输出继电器线圈J12、输出继电器线圈J13、输出继电器线圈J14、输出继电器线圈J15分别与PLC机控制电路的Y10、Y11、Y12、Y13、Y14、Y15连接；0V与PLC机控制电路的电源0V连接；COMI与触摸屏PLC一体机PLC机控制电路的COMI连接；CJA1、CJA2、CJA3、CJA4、CJA5、CJA6分别与PLC控制电路的X02、X03、X04、X05、X06、X07连接。
附图4是本发明实施例的排风机电路图。
J0、J1、J2、J3、J4、J5分别是控制电路的J0、J1、J2、J3、J4、J5的继电器开关接点；IN-1、IN-2、IN-3、IN-4、IN-A5、IN-A6分别连接排风机电源的相线（L）；OUT-1、OUT -2、OUT-3、OUT-4、OUT-5、OUT-6分别连接排风机FA1、FA2、FA3、FA4、FA5、FA6的输入相线；排风机FA1、排风机FA2、排风机FA3、排风机FA4、排风机FA5、排风机FA6的输入零线与风机电源零线连接。
附图5是本发明实施例的系统设置图。
图中的FM为风向仪安装在机房楼顶，设置其方向的零度相对应机房的后面；排风机FA1、排风机FA2、排风机FA3、排风机FA4、排风机FA5、排风机FA6、排风机FA7、FA8分布于各个方向，安装在机房内墙的上方；空调机AC1、空调机AC2、空调机AC3、空调机AC4、空调机AC5、空调机AC6安装在机房内；TR为温度和湿度传感器，安装在机房内。这些设备分别用线缆与PLC机连接。
本发明是这样工作的：触摸屏PLC一体机PLC机控制器开机后，进入短暂的初始化，Y0、Y2 、Y4、Y6有输出，开启四个方向的排风机，FM输出的模拟量方位信号通过信号隔离器送入到PLC机的AD2，PLC机对其方位信号进行处理，准确判断出相对机房的风向。当位于355度到5度之间的方位时，自动关闭处于逆风工作状态的后面排风机（FA1、FA2）；当位于5度到85度之间的方位时，自动关闭处于逆风工作状态的后面排风机（FA1、FA2）和左面排风机（FA3、FA4）；当位于85度到95度之间的方位时，自动关闭处于逆风工作状态的左面排风机（FA3、FA4）；当位于95度到175度之间的方位时，自动关闭处于逆风工作状态的左面排风机（FA3、FA4）和前面排风机（FA5、FA6）；当位于175度到185度之间的方位时，自动关闭处于逆风工作状态的前面排风机（FA5、FA6）；当位于185度到265度之间的方位时，自动关闭处于逆风工作状态的前面（FA5、FA6）和右面排风机（FA7、FA8）；当位于265度到275度之间的方位时，自动关闭处于逆风工作状态的右面排风机（FA7、FA8）；当位于275度到355度之间的方位时，自动关闭处于逆风工作状态的后面排风机（FA1、FA2）和右面排风机（FA7、FA8）。
温度和湿度传感器TR输出的模拟量温度和湿度信号分别通过信号隔离器送入到PLC机的AD0和AD1，PLC机对机房温度和湿度信号进行处理、判断。当温度超过20度时，开启上述处于开启状态的排风机工作，当温度低于18度时，关闭上述排风机，18度到20度之间的回差值设计可避免排风机的频繁启动和停止；当温度超过26度时，通过Y1、Y3 、Y5、Y7将上述处于开启状态的排风机控制到正常功率运转状态，当温度低于22度时，通过Y1、Y3 、Y5、Y7将上述处于开启状态的排风机控制到低功率消耗运转状态，22度到26度之间的回差值设计可避免排风机的频繁功耗转换；当湿度超过90%时，通过Y0、Y2 、Y4、Y6将上述处于开启状态的排风机停止，通过Y10、Y11、Y12 、Y13、Y14、Y15开启机房空调降温，防止湿度过大对发射设备造成影响。
本发明的所有器件都是本领域的常用器件，在市场上可以采购。下面给出器件具体型号。
触摸屏PLC一体机PLC机为COOLMAY EX2N-70HN系列触摸屏PLC一体机，型号：EX2N-38MAR-70HN-6AD-485；
风向仪FM，型号：JY-3A；
台站风向模拟输入信号隔离器FMAI，型号：THT-U76；
温度和湿度传感器TR，型号：AW3010；
机房温度模拟输入信号隔离器TAI，型号：THT-U76；
机房湿度模拟输入信号隔离器RAI，型号：THT-U76；
后面排风机开关及高低功率输出控制继电器BFAO，继电器型号为HH53P-24，电容器规格为4.7微法400伏。
左面排风机开关及高低功率输出控制继电器LFAO，型号为HH53P-24，电容器规格为4.7微法400伏。
前面排风机开关及高低功率输出控制继电器FFAO，型号为HH53P-24，电容器规格为4.7微法400伏。
右面排风机开关及高低功率输出控制继电器RFAO，型号为HH53P-24，电容器规格为4.7微法400伏。
右面1号排风机FA1、右面2号排风机FA2、前面3号排风机FA3、前面4号排风机FA4、左面5号排风机FA5、左面6号排风机FA6、后面7号排风机FA7、后面8号排风机FA8，都是采用佛山市顺德辉腾五金电器厂生产的型号为YYF8012的排风机。
1号空调机输出继电器AC1O、 2号空调机输出继电器AC2O、 3号空调机输出继电器AC3O、4号空调机输出继电器AC4O、5号空调机输出继电器AC5O和6号空调机输出继电器AC6O，都是采用德力西电气有限公司生产的型号为HH53P-24的空调机输出继电器。
1号空调机开关状态输入继电器AC1I、2号空调机开关状态输入继电器AC2I、3号空调机开关状态输入继电器AC3I、4号空调机开关状态输入继电器AC4I、5号空调机开关状态输入继电器AC5I和6号空调机开关状态输入继电器AC6I，都是采用德力西电气有限公司生产的型号为HH53P-220空调机开关状态输入继电器。
机房超温度和超湿度报警器A；型号为BJ-3。
PLC机直流开关电源PLC-DC，型号为S100-24。
空调机型号为KF-72LW/H3。
实施例的各器件产地为：
继电器：德力西电气有限公司生产。
开关电源：德力西电气有限公司生产。
电容器：德力西电气有限公司生产。
台站风向模拟输入信号隔离器FMAI：德力西电气有限公司生产。
机房超温度和超湿度报警器A：德力西电气有限公司生产。
排风机：佛山市顺德辉腾五金电器厂生产。
触摸屏PLC一体机PLC机：深圳顾美科技有限公司生产。
空调机由：广州华凌空调设备有限公司生产
风向仪FM：北京恒奥德仪器仪表有限公司生产。
温度和湿度传感器TR：北京恒奥德仪器仪表有限公司生产。
温度模拟输入信号隔离器TAI，德力西电气有限公司生产。
湿度模拟输入信号隔离器RAI，德力西电气有限公司生产。
在为触摸屏PLC一体机PLC机编写程序中，风向的判断由于大气流场是高频变化的，风向仪FM所检测的方向数据也不断的变化，如果以即时的数据作控制的依据，必然会导致排风机的频繁启停。因此，必须对这些数据进行存储和平均值运算，得出综合的风向数据。实施例采用了单位矢量平均法对风向数据进行计算，以下公式中：Au为单位矢量的平均风向，                                                为单位矢量在X轴的平均分量，为单位矢量在Y轴的平均分量。