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题目：组建冷却塔风机温度自动控制系统
一、系统简介
我公司某车间范围内有大量的冷却塔风机（见表 1），总功率 1030KW，年耗
电费用 600 余万元。一直以来在轧线正常生产时均处于全部开启状态，且 HMI 画
面上仅有启动和停止控制功能。这样的控制模式不仅单一且耗电量十分严重。在
节能降耗的大背景下，要求选手对 6 台浊环冷却塔风机其进行改造，并新增一台
变频控制的冷却塔风机。使系统具有手动控制、状态检测、温度自动控制，以及
变频控制等功能。其中温度自动控制功能是依据检测的蓄水池水温，按照工艺要
求决定开启一定台数的风机，改变以往生产时全部开启的使用方式，预计年可节
约电费 230 余万元。
表 1 某车间冷却塔风机统计表
位置 单台功率（KW） 合计台数 总功率（KW）
浊环冷却塔 90 6 540
净环冷却塔 90 2 180
层流冷却塔 25 10 250
液压站冷却塔 15 4 60
二、 控制功能要求
现场 1-6#风机采用接触器直接启动,分别由操作台上的 T3-L1、T3-L2、T3-L3、
T4-L1、T4-L2、T4-L3 指示灯模拟,选手只需对控制回路进行设计和编程即可。
因夏季高温期间冷却系统冷却能力不足，现要求选手新增一台 7#风机。为进一
步降低能耗，7#风机由变频器控制，通信方式采用 PROFIBUS-DP。
1、手、自动功能切换
在画面上添加两个按钮，分别命名为“手动和“自动”，点击手动或自动按
钮后，被点击的按钮变为绿色，系统自动切换到相应的功能状态下。
2、手动控制功能
在画面上为 1-6#风机增加一个停止按钮和一个启动按钮，在手动状态下可由
其控制风机的启动和停止。
3、自动控制选择功能
（1）在画面上新增一个文本标签和 I/O 域，文本标签命名为“水温”，I/O 域内
手动输入的数据为蓄水池水温，温度值小数点后有且只有一位有效数据。
（2）画面上为 1-7#风机分别添加一个自动功能启用和取消按钮，点击启用按钮
后，按钮变为绿色，代表相应的风机满足自动控制条件，并进入自动控制状态。
2
点击进入自动控制状态的风机的取消按钮，相应风机的启动按钮绿色消失，并且
取消此风机的自动控制功能。
4、温度自动控制
在自动控制状态下，1-6#风机需启用台数见表 2。
表 2 自动控制状态下风机需启动台数列表
序号 水温 X（℃） 启用台数
1 X <=18 0
2 18<X<=20 2
3 20<X<=22 4
4 X>22 6
在自动控制状态下，系统会依据蓄水池水温在已处于自动启用状态的风机中
选择与表 2 中对应台数的风机。当需启用台数大于处于自动启用状态风机台数时，
系统自动将处于自动控制启用状态的风机全部启动。
在自动控制状态下，当水温发生变化时，风机启动的台数要按照表 2 的要求
进行变化。
5、7#风机变频控制功能
（1）手动功能
在画面上为 7#风机增加一个停止按钮和一个启动按钮，在手动状态下可由其
控制 7#风机的启动和停止。为 7#风机增加一个 I/O 域，手动状态下的运行频率
由此 I/O 域给定。
（2）自动控制功能数学模型
在系统自动控制状态下，7#风机变频器的输出频率由表 3 中的数学模型给定。
输出频率曲线见图 2。
7#风机频率给定数学模型
序号 水温 X（℃） 输出频率 Y（Hz）
1 x<=18 0
2 18<x<=22 3x2-107.5x+963
3 x>22 50
（3）外部故障
急停按钮 T7-SB4 作为变频器外部故障输入信号用。当急停按钮动作后风机
停止，变频器报外部故障。
6、状态显示
风机启动时，画面上的运行指示标签变绿色，试验台上的对应指示灯亮起。
画面上的故障指示灯不做要求。
7plc采用S7-300，变频器西门子MM440，采用ProfIBUS DP通讯
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