基于PLC的隧道通风控制系统

1、毕业设计(论文)题目基于PLC的隧道通风控制系统设计课题内容性质工程技术研究课题来源性质教师收集的结合生产实际的课题一、题目说明(背景、目的和意义)隧道通风系统是隧道安全运行的重要组成部分，通风系统能否正常工作与隧道运行环境条件、运行效率、运行安全密切相关通风控制系统即在实时监测这些隧道环境参数的基础上，控制隧道内风机的开启及功率大小，以使各项空气指标符合安全行车标准，达到既保障安全行车、同时节约能源的目的通过PLC和变频器及各种传感器的配合使用，使通风控制的安全性、可靠性大大的提高，不仅节约了电能，而且还提高了设备的运转率通风系统自动化程度的提高，必将大大减轻岗位人员劳动强度.通过本课题使学

2、生能够掌握PLC的选型及I/O点分配，掌握电动机变频调速的控制方法，掌握PLC控制系统的设计方法，提高学生解决实际问题的能力.二、设计(论文)要求(工作量、内容、设计成果)1.说明：本设计将PLC与变频器进行有机结合，由PLC模拟量输入模块采集各空气指标数据，风机的启停通过PLC的开关量输出模块程序控制.采用以车流量为主控参数，实现对风机工作过程和运转速度的有效控制，使隧道通风机通风高效、安全，达到明显的节能效果.2技术要求：(1) 系统上电，在触摸屏上按下启动按钮，系统即进入运行模式.(2) 以车流量为基准型号进行主控制调节A、当隧道内车数量在129辆，风机以20HZ频率运行B、当隧道内车数

3、量在3059辆，风机以25HZ频率运行C、当隧道内车数量在6089辆，风机以35HZ频率运行D、当隧道内车数量在90120辆，风机以40HZ频率运行E、当车数量大于120辆，在触摸屏上显示报警信号，表明隧道内发生堵塞，且各组主副电机同时全速50HZ运行(3) 当隧道内因火灾或其他原因引起温度高于400C,各组主副风机均以50HZ全速运行(4) 当隧道内因烟尘或大雾，造成能见度降低，各组风机以全速50HZ运行，知道环境恢复正常，并显示报警.3设计成果(1) 设计报告1.52万字左右；(2) 1#以上的设计图纸最少一张；(3) 有一定数量的定性分析和定量计算；(4) 基本软件清单.二、进度表日期基

4、于PLC的隧道通风控制系统20112012学年秋第十五周第十六周第十七周第十八周第十九周第二十周20112012学年春第一周第二周查阅、笑话资料总体方案论证硬件线路设计、分析、确定软件总体设计及细化分析撰写论文准备答辩材料毕业答辩毕业答辩完成日期20112012学年秋第二十周答辩日期20112012学年春第一、二周四、主要参考文献、资料、设备和实习地点及翻译工作量【1】张万忠编程控制器应用技术【M】北京：机械工业出版社.2005【2】张玉莲传感器与自动检测技术【M】机械工业出版社.2006【3】马宁，孔红.7-300PLC和MM440变频器的原理与应用【M】机械工业出版社，2006【4】许明，

5、言自行等大型泵机组态检测及工况调控系统的研制【J】机械工程学报，2002【5】徐国林.PLC应用技术【M】机械工业出版社，2007【6】陈建明.电子控制与PLC应用【M】电子工业出版社，2006【7】吴中立矿井通风与安全【M】中国矿业出版社，1989【8】傅贵，秦跃平，杨伟明等矿井通风系统分析与优化【M】：机械工业出版社，1995【9】高广军，贾世胜，朱学军等，通风系统调整中常见问题及对策【J】.山西煤矿，2002【10】徐鹏，张双楼，煤矿西翼通风系统调整及经济效果分析【J】煤矿安全，2001【11】石秋杰，变频器应用基础【M】北京：机械工业出版社，2003【12】陈仕伟，矿井主要用通风机在线

6、检测控制现状及展望【J】煤矿安全，1999【13】李月红，吴永祥，变电所监控及其网络系统的设计【J】工矿自动化，2005教研室意见：教研室主任（签字）2016年10月31日注：本任务书要求一式两份，一份打印稿交系办，一份打印稿交学生.同时提交电子稿到系办.III基于PLC的隧道通风控制系统随着我国科学技术的逐步提高，微电子技术和电子技术得到了迅速的发展，PLC和变频器渐渐成了通用、廉价和性能可靠的控制和驱动设备，得到广泛的应用由PLC控制的变频调速离心风机的通风系统，具有较高的可靠性和较好的节能效果，便于组建成整体的自控系统，很方便地实现各种控制和远程监控.本课题设计内容是将PLC、变频器和触

7、摸屏相结合，并且隧道内设置计数传感器，温度传感器和能见度传感器，以此来检测隧道内行车的环境通风控制系统即在实时检测这些环境参数的基础上，控制隧道内风机的开启，以使各项空气指标符合安全行车标准，达到既保障安全行车、同时节约能源的目的各空气指标数据由PLC模拟量输入模块采集，风机的启停通过PLC的开关量输出模块程序控制变频器并由接触器实现控制采用以隧道的车流量为主控参数，实现对风机工作过程和运转速度的有效控制，使风机在不同车辆数时以相应的频率运行，以便隧道通风机通风高效、安全，达到明显的节能效果并且风机的各个部分都准备了备用风机，以防因风机故障而影响整体系统的运行.PLC控制系统具有对驱动风机的电

8、机过热保护、故障报警、断电等功能特点，为隧道通风控制系统的简易控制、节能、安全技术提供了一条新途径.关键词：隧道通风；通风机；PLC；变频器；触摸屏；传感器I基于PLC的隧道通风控制系统AbstractAlongwiththescienceandtechnologychangerapidly,electronictechnologyandmicroelectronicstechnologyhasbeenrapidlydeveloped,PLCandinvertergraduallybecamecommon,inexpensiveandreliablecontrolanddriveequipme

9、nt,widelyused.ControlledbythePLCvariablespeedcentrifugalfanventilationsystems,withhighreliabilityandgoodenergy-savingeffect,convenientforbuildingintegratedautomationsystem,veryconvenienttoachieveavarietyofcontrolandremotemonitoring.ThesystemofPLCandfrequencyconverterandtouchscreentoefficientlycombin

10、e,formonitoringtunneltrafficenvironment,thetunnelisarrangedinacountingsensor,temperaturesensorandvisibilitydetectinginstrument.Ventilationcontrolsysteminreal-timedetectionoftheseenvironmentalparametersbasedonthecontroloffan,tunnelopening,sothattheairindexconformstothesafetystandard,toprotectthesafet

11、yofdriving,andthepurposeofsavingenergy.TheairindexdatafromthePLCanaloginputmodule,thefantostartandstopthePLCthroughtheswitchquantityoutputmoduleprocedurecontrolandbythecontactorcontrol.Usingtunneltrafficflowasthemaincontrolparameter,realizethefanworkingprocessandspeedcontrol,sothatthefanindifferentv

12、ehiclenumbercorrespondingtothefrequencyofoperation,sothatthetunnelventilationfanventilationefficiency,security,achieveobviousenergysavingeffect.Andthewindmachinepartspreparedstandbyfan,toguardagainstthefanfailureaffectingtheoveralloperationofthesystem.PLCcontrolsystemofdrivingfanmotoroverheatprotect

13、ion,faultalarm,electricityandotherfeatures,asthetunnelventilationcontrolsystemofsimplecontrol,energysaving,safetytechnologyprovideanewway.Keywords:tunnelventilation;ventilation;PLC;inverter;touchscreen;sensor.II基于PLC的隧道通风控制系统目录摘要IABSTRACTII1绪论11.1课题背景及意义11.2隧道通风系统国内外发展概况11.2.1国外隧道通风控制系统研究现状11.2.2国内隧

14、道通风控制系统研究现状21.3隧道通风系统的发展趋势21.4课题主要研究内容21.5本章小结32. 公路隧道通风控制系统简介42.1课题硬件控制方案的确定42.1.1 PLC功能特点42.1.2单片机功能特点42.1.3控制器的确定42.2系统结构介绍52.3本章小结73硬件部分设计83.1 PLC的控制单元简介及选择83.1.1 PLC概述83.1.2 PLC外部连接103.1.3 PLC使用中需要注意的问题103.1.4 PLC的选用123.2触摸屏简介与选择133.3风机简介及选用143.4变频器的选型及确定143.4.1变频器简介143.4.2变频器工作原理153.4.3变频器的确定1

15、53.5传感器简介与选择173.5.1车辆检测电传感器及其原理173.5.2温度传感器及原理173.5.3烟尘传感器183.6本章小结184软件设计部分194.1程序流程图194.2 PLC程序204.2.1 0站PLC程序204.2.2 1站PLC程序22iii基于PLC的隧道通风控制系统4.2.3 2站PLC程序244.2.4 3站PLC程序254.4本章小结27结论28致谢29参考文献30IV基于PLC的隧道通风控制系统1绪论1.1课题背景及意义随着世界经济的逐步发展，一个国家的交通运输业逐渐成为经济发展的主要制约因素之一而我国是一个多山多丘陵的国家，纵横交错的交通运输线有很大一部分需要

16、隧道，隧道的高效安全就显得尤为重要在公路隧道内，一方面由于汽车行驶时排放的有害气体（一氧化碳等）污染了空气，影响了人体健康；另一方面，由于柴油机汽车排放的煤烟（主要是游离碳素等）和车辆行驶所扬起的粉尘有吸收隧道光线的作用，降低了隧道内行车的能见度，危及了行车安全所以为了稀释汽车排放的污染物浓度，保持隧道内清晰和空气新鲜，确保人体健康和行车安全，必须进行通风监控系统设计隧道监控系统集中监控隧道内通风、照明以及行车情况，在必要时候发布诱导和指导性信息而隧道内通风、照明、以及交通诱导设备均分散于整个隧道区域，因此集成隧道内各要素信息，方便隧道监控人员的集中监控与管理，成为隧道监控系统设置的主要目的.

17、由于近年来PLC和变频器的显著优点而被广泛使用，成为了实现机电一体化的理想控制设备.较长的隧道具有特殊的运行环境，它具有封闭性强、噪音大、能见度低、光过度等特点汽车尾气中含有多种有害成分，造成了对隧道内空气的污染而隧道是个闭塞空间，污染物不能很快扩散，隧道内污染空气的浓度会逐渐积累,烟尘量达到一定程度后，就会使能见度下降，威胁行车安全的同时也可造成人体中毒公路隧道安装通风系统的目的是使隧道内的空气品质维持在一定的水平，为车辆驾驶员及隧道维护管理人员提供一个健康通道和工作场所通风控制系统还应及时有效地处理火灾等紧急状态隧道通风系统从实际的运行中要求风量不是恒定的，而是随着隧道内环境参数的变化而变

18、化，比如隧道内人数、车辆数量、以及温度和粉尘颗粒物的污染程度在不同的情况下，风机的运行台数，每台风机的运行频率各不相同系统从传感器获得模拟量信号，然后由PLC通过变频器控制风机运行的频率以提供相应状态的通风量，并通过触摸屏监视和控制运行状态通过对PLC技术，变频器技术，触摸屏技术的综合应用而完成此次的设计.隧道通风系统对于我国的经济发展具有非常重要的意义一方面我国国土广阔，在广阔的土地上，纵横的是一条条交通要道，其中有很大一部分交通要道都要经过隧道，因此隧道技术的深层次研究成了我国经济发展的必要因素；在一方面，据有效数据统计，我国每年的交通事故发生在隧道内的占有很大的比重，因此隧道技术在安全运

19、营和事故救援方面有着举足轻重的低位.12隧道通风系统国内外发展概况1.2.1国外隧道通风控制系统研究现状国外对隧道通风问题的研究起步比较早，最早出现于铁路隧道随着公路隧道的出现,针对公路隧道通风的技术问题才得到研究瑞士等欧洲国家在公路及铁路隧道建设方面有着很高的声誉，现世界上的第一、第二长大隧道分别位于挪威和瑞士瑞士作为一个多山的国家在隧道及其地下工程建设方面积累了丰富的经验，早在100多前就修建了一条长15km的St.Gotthard铁路隧道.瑞士的公路交通亦非常发达，高速公路建设始于20世纪60年代初，现已建成高速公路总里程超过1550km,其中包括160多座高速公路隧道,隧道总长度达13

20、0多km，1980年建成的St.Gotthard公路隧道长达17km，在近20年内一直为世界上第一长大公路隧道北欧国家由于气候条件和地质投机倒把独特，地下隧道被广泛应用.特别是挪威水工引水隧道及公路隧道尤为显著，在2000年建成并投入运营的Lserda1隧道长25km,成为世界最长的公路隧道在100多年的隧道建设中，欧洲各国逐步形成了自己的风格和特色，并积累了丰富的经验，许多技术和经验值得国内隧道同行们借鉴和学习.1919年，美国在修建纽约市荷兰隧道时，以美国矿务局为主，在一些大学和研究所的协助下，对汽车CO排放量和人体对CO浓度的容许值进行了研究，并以此作为隧道通风计算的依据，这是历史上首次

21、对公路隧道通风的研究，研究结果决定将400ppm作为CO的设计浓度，并以此算出所需要的通风量.1973年成立的空气动力学和隧道通风国际研讨会(Interna-tionalSymposiumontheAerodynamicsandVentila-tionofVehicleTunnels)每3年召开一次，各国隧道通风专家展示自己的研究成果，大大推进了隧道通风技术的发展.1985年，日本的关越隧道一线首次将纵向式通风应用于10km以上公路隧道，并通过编制的一套程序对隧道通风系统进行了模拟，验证其通风系统的可靠性和实用性.122国内隧道通风控制系统研究现状我国的公路隧道建设起步较晚，对公路隧道通风的研

22、究也落后于欧美和日本.1994年兰州铁道学院完成了依托中梁山隧道和缙云山隧道的公路长隧道纵向通风模型模拟试验研究；1999年重庆公路科研设计院在隧道通风方面曾做过一些相应的研究，在我国现有的经验基础上，借鉴国外公路隧道的成功经验和先进技术，主持编写了公路隧道通风照明设计规范JTJ026.11999，使得隧道通风设计有了更新的参考依据国内一些大学对隧道通风技术也进行了大量研究，如湖南大学孙一坚等对铁路隧道风模型进行了试验研究，长安大学的赵峰系统地推导了纵向通风、半横向通风和全横向通风三种通风方式的计算公式西南交通大学曾艳华等研究了全射流通风技术在特长公路隧道中的应用；重庆交通大学的杨秀军等对公路

23、隧道通风中射流风机纵向最小间距进行了研究【2】隧道通风技术在我国的引用量远远超过了其他国家，但在技术上却处于起步状态，各方面技术都不够成熟无论在控制方法还是元器件的生产制造技术上，都还处于开始阶段,这对于我们是一个很大的重任.1.3隧道通风系统的发展趋势世界各国的隧道通风技术在近年来都达到了很大的发展从系统控制方式上来看，由原来单一的直接控制和间接控制法到现在的组合控制、智能控制，使隧道通风控制系统具有更高的精确度和稳定性，更全面，更省力的控制整个系统，降低了能耗和隧道工作人员的劳动强度在控制理念里也有了较大的转变，系统开始更加智能化、网络化和软件化，使现在的隧道通风控制系统的输入参数更多，从

24、而达到更精确的控制系统的目的，利用先进的控制理论和技术，从而达到了更加良好的通风效果，节约了大量能源.1.4课题主要研究内容基于PLC的隧道通风控制系统的课题研究内容主要有以下几点:(1) 基于PLC的隧道通风控制系统的设计；(2) 变频调速技术在隧道通风控制系统中的应用；(4)隧道通风控制系统的分析.1.5本章小结本章系统的介绍了隧道通风控制系统的背景和研究的重要意义，介绍了国内外隧道控制技术的发展和研究现状，在此次的课题设计中我们需要完成的关于变频调速、编程软件和隧道控制系统的设计.302. 公路隧道通风控制系统简介2.1课题硬件控制方案的确定2.1.1 PLC功能特点PLC经过一代的更新

25、换代，截止到目前，它主要有以下几方面功能：(1) 数据处理:PLC是具有微处理器的一种智能电子产品，它具有数值运算、数据比较、数制转换、以及数据传输通信等功能.(2) 逻辑控制：PLC具有逻辑运算功能，可实现多种通断控制.(3) 定时控制：由于PLC为用户提供了很多计时器，且时间设定值可由用户程序设定修改，所以有很强的定时功能.(4) 计数功能：同时PLC为用户提供了很多的计数器，也可通过软件进行计数值的设定.(5) 顺序控制：可依据生产加工过程，实现定位输出、顺序启动等控制.(6) 通信联网：可以对调节器、变频器等实现远程控制也可与其它PLC或计算机之间进行数据传输通信，构成“集中管理分散控

26、制”的分布式控制系统.目前PLC的主要优点是体积小，速度快，性能高，除输入出1625点的独立用途外,还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，可以满足多样化广泛的需要.2.1.2单片机功能特点单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统.其主要优点有设计简单，成本低，可以编写复杂的优化程序缺点有处理速度慢，功能少，精度低，编程设

27、备繁琐，程序算法和可靠性验证困难，抗干扰能力低，故障率高且不易扩展.2.1.3控制器的确定单片机与PLC控制的区别(1) PLC是建立在单片机之上的产品，单片机是一种集成电路，两者不具有可比性.(2) 单片机可以构成各种各样的应用系统，从微型、小型到中型、大型都可，PLC是单片机应用系统的一个特例.(3) 不同厂家的PLC有相同的工作原理，类似的功能和指标，有一定的互换性，质量有保证，编程软件正朝标准化方向迈进.这正是PLC获得广泛应用的基础.而单片机应用系统功能千差万别，质量参差不齐，学习、使用和维护都很困难.最后，从工程的角度，谈谈PLC与单片机系统的选用：(1) 对单项工程或重复数极少的

28、项目，采用PLC方案是可行、快捷的途径，成功率高,可靠性好，手尾少，但成本较高.(2) 对于量大的配套项目，采用单片机系统具有成本低、效益高的优点，但这要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定、可靠地运行.经过对单片机与PLC的优缺点及应用场合的综合对比，本课采用中央计算机加可编程控制器PLC构成隧道通风控制系统中央计算机即上位机用于监控系统中各风机的运行状况，包括模拟量输人显示、开关量输人显示、开关量输出显示下位机采用可编程控制器PLC,完成与风机相关的所有逻辑控制、频率和相位的实时检测、数据通信等功能.【3】由于可编程控制器和触摸屏及三相异步电机的交流变频调速系统充分利用了PLC强大的逻

29、辑处理功能和人机界面的良好的交互性，避免传统的继电器一接触器控制电路的复杂接线，降低了对运行人员的技术要求；同时对重要开关输入量实现触摸屏按键和外部按钮备用模式，提高了系统的可靠性，为现场操作人员对运行过程的实时监控和维护带来了方便.本系统设计原则：正常行车和发生交通阻塞时，隧道通风系统应提供足够的新风量，稀释隧道内车辆行驶时排出的废气，为安全行车提供良好的空气清新度和舒适性；隧道内发生火灾事故时,系统应具有排烟功能，控制烟雾和热量的扩散，为逗留在隧道内的司乘人员、消防人员提供一定的新风量，以利于人员和车辆的安全疏散；通风系统尽可能采用新设备、新工艺、新材料和新技术考虑到近远期相结合和缓装的可

30、能性，通风设备的选用和配置尽可能采用国内成熟产品和维修保养方便的设备，注重环境保护措施.2.2系统结构介绍通风控制系统主要由4台风机组构成，每个风机组有两台电机，由一台PLC、一台变频器控制系统共有8台电机、四台PLC、四台变频器、四台触摸屏组成每台电机驱动一组扇片，两组扇片是对旋的，一组用于吸风，一组为增加风速，对隧道进行供风，采用风机2X45kW，PLC、触摸屏、车流量、烟尘传感器和变频器等组成一个完整的闭环控制系统其中还包括接触器、中间继电器、热继电器、断路器等系统保护电器，实现对电机和PLC的有效保护，以及对电机的切换控制.每一组风机的控制中包括两台风机，风机的状态，包括“正常”和“故

31、障”、“正转”、“反转”、“停止”按钮分别为操作风机正转、反转和停止的控制按钮，当风机的当前设备状态为“故障”时，禁止对此风机进行控制，任何对风机的操作，均会触发警告消息提示,操作无效，直至将控制权限交还监控所上位机.若风机正在运转，当对此风机进行反向操作时，须先将风机停止，然后再反向开启如假设风机1当前的运行状况为正转，单击“反转”按钮，则触发“请先停止风机再反向开启！”的消息提示，并且反转操作被视为无效操作.【3】图2.4系统框图本控制系统以传感器为感应元件，PLC识别并控制，变频器输出可变频率，从而实现风机自动运行等功能，且由于高速公路隧道区域作为一个相对封闭区域，通风不畅，汽车尾气沉积

32、，油污污染，高低压线缆布线的空间限制导致电磁干扰等等因素，使其成为一个非常恶劣的电气环境，对应用的电气设备的适应性提出很高的要求；而且隧道距离长，设备布设分散，也为监控系统的构建造成一定难度所以在此设计由触摸屏监视控制与常规继电器实施的通风系统相比，PLC系统具有故障率低、可靠性高、接线简单、维护方便等诸多优点.PLC和变频器及各种传感器配合使用，使系统控制的安全性、可靠性大大提高,也使通风机运行的故障率大大降低，不仅节约了电能，而且还提高了设备的运转率控制功能使通风系统的自动化程度大大提高，减轻了岗位人员劳动强度系统框图详见图2.4本PLC控制系统具有对通风机的电动机启动与运行，进行监控、联

33、锁和过热保护等功能.PLC与车流量、烟尘、温度传感器配合使用，使系统控制的安全性、可靠性大大提高，也使通风机运行的故障率大大降低，提高了设备的运转率.本系统采用自动工作模式，具有现场控制方式、状态显示以及故障报警等功能.在自动方式下，利用车流量感器检测车流量的电信号，然后送入PLC，PLC将检测到车辆值与设定的车辆值进行比较和处理，输出信号控制通风机工作当隧道的车辆低于设定范围数值，工作通风机与备用离心通风机循环工作；当出现突发事故，隧道的车辆高于设定的数值，工作离心通风机与备用通风机不再循环工作，并自动切换为同时工作，加大对隧道内的通风量，直至隧道内的空气升至设定的空气数值以上，工作通风机与

34、备用通风机恢复循环工作.在有烟尘的隧道通风系统中，隧道内的烟尘浓度传感器检测烟尘浓度，用变送器将现场信号变换成统一的标准信号，送入A/D转换模块进行模数转换，然后送入PLC,同样PLC将检测到的数值与设定的数值进行比较，当烟尘浓度大于设定数值后，PLC输出信号控制通风机全速工作，防止事故发生.车流量的计算：每股行车道的车流量通过PLC进行统计当车辆进入路口经过第一个传感器时，使统计数加1,经过第二个传感器2出路口时，使统计数减1,其差值为该股车道上车辆的滞留量（动态值），可以与设定值进行比较，据此作为调整风机运行频率的依据.2.3本章小结本章系统的介绍了单片机和PLC两大控制器的优缺点，并做了

35、详细的对比，通过对此次课题设计的深入研究，本人决定选用PLC作为本系统的硬件部分控制器，其余系统由八台风机，四台PLC，四台触摸屏，四台变频器组成.3. 硬件部分设计本系统采用中央计算机加可编程逻辑控制器PLC构成隧道通风控制系统中央计算机即上位机用于监控系统中各风机的运行状况，包括模拟量输人显示、开关量输人显示、开关量输出显示下位机采用可编程控制器PLC,完成与风机相关的所有逻辑控制、频率和相位的实时检测、数据通信等功能【2】可编程逻辑控制器（PLC）以其编程简单方便、控制稳定可靠、功能强大等优点通常作为控制器广泛应用于现代工业控制领域触摸屏作为人机交互界面在一定程度上减少PLC的外部I/O

36、点的使用以及减轻系统外部按钮开关的连线复杂程度，同时也提高了运行维护的方便性随着工业现场对控制设备小型化、易操作化、智能化的要求的不断提高，基于PLC和触摸屏的交流变频调速系统的应用前景将非常广阔本系统采用PLC、触摸屏、变频器和外部模拟按钮实现两台三相异步电机的交流变频调速实验系统设计.采用CO/VI检测仪测量CO浓度和可见度，由PLC的模拟量转换模块将被测模拟量转换成数字量，经PLC程序处理、判断，控制隧道射流风机的启停，达到排除CO和烟雾，保证满足最大车流量的通风要求，达到隧道空气卫生要求3.1PLC的控制单元简介及选择3.1.1 PLC概述可编程控制器，英文ProgrammableCo

37、ntroller，简称PLC，本课题中用PLC作为它的简称.PLC是用于工业现场的电控制器它源于继电器控制技术，但基于电子计算机它以微处理器为核心，集自动化技术、计算机技术、通信技术为一体，它通过运行储存在其内存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制PLC基于电子计算机，但并不等同于计算机普通计算机进行入出信息交换时，大多只考虑信息本身，信息入出的物理过程一般不考虑的而PLC则要考虑信息入出的可靠性、实时性、以及信息的实际使用特别要考虑怎样适应于工业环境，如便于安装便于门内外感应采集信号，便于维修和抗干扰等问题，入

38、出信息变换及可靠地物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本点.PLC可以通过他的外设或通信接口与外界交换信息其功能要比继电器控制装置多得多、强得多.PLC有丰富的指令系统，有各种各样的I/O接口、通信接口，有大容量的内存，有可靠的自身监控系统，因而具有以下基本功能：1. 逻辑处理功能；2. 数据运算功能；3. 准确定时功能；4. 高速计数功能；5. 中断处理（可以实现各种内外中断）功能；6. 程序与数据存储功能；7. 联网通信功能；8. 自检测、自诊断功能可以说，凡普通小型计算机能实现的功能，PLC几乎都可以做到像PLC这样，集丰富功能于一身，是别的电控制器所没有的，更是传统的继电器控制电路

39、所无法比拟的丰富的功能为PLC的广泛应用提供了可能，同时，也为自动门行业的远程化、信息化、智能化创造了条件PLC与其它典型控制系统的区别：继电器控制系统虽有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触点是设备连线复杂，且触点在开闭时易受电弧的损害，寿命短，系统可靠性差a控制逻辑继电器控制逻辑采用硬件接线逻辑，利用继电器机械触点的串联或并联，及时间继电器等组合成控制逻辑，其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高，一旦系统构成后，想在改变或增加功能都很困难另外，继电器触点数目有限，每个只有4-8对触点，因此灵活性和扩展性很差，而PLC采用存储器逻辑，其控制逻辑以程序方式储存在内存中，要改变控制逻辑，只需

40、要改变程序即可，因此灵活性和扩展性很好b. 工作方式电源接通时，继电器控制线路中各继电器同时处于受控制状态，它属于并行方式而PLC得控制逻辑中，各内部期间都处于周期性扫描过程中，各种逻辑、数值输出地结果都是按照在程序中的前后顺序计算出来的，它属于串行方式PLC有微型计算机的许多特点，但他的工作方式却与微机有很大不同微机一般采用等待命令的工作方式而PLC则采用不断循环的顺序扫描的工作方式每次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期.CPU从第一条指令开始，按顺序逐条的执行用户程序知道用户程序结束，然后返回第一条指令开始新一轮的扫描PLC就是这样周而复始的重复上述循环扫描的，这种工作方式是在系统的控制

41、下，顺次扫描各输入点的状态，按用户程序进行运算处理，然后顺序向输出点发出相应的控制信号PLC是一种工业控制计算机，所以他的工作原理是建立在计算机的工作原理基础上的，即通过执行反映控制要求的用户程序来实现的但是CPU是分时操作方式来处理各项任务的，计算机在每一瞬间只能做一件事，所以程序的执行是按程序顺序一次完成相应各电器的动作，便成为时间上的串行由于运算速度极高，各电器的动作似乎是同时完成的，但实际输入输出的响应是有滞后的c. 控制速度继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，触点开闭动作一般几十毫秒数量级另外机械触点还会出现抖动问题；而PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，属

42、于无触点控制，速度极快，一般一条用户指令的执行时间在微秒数量级，且不会出现抖动CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU,它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程.CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元.CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，I/O数量及软件容量等，因此限制

43、着控制规模.工作原理：PLC有两种工作状态，运行状态（RUN）和停止状态（STOP）在运行状态中，PLC通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制.为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断的重复执行，直到PLC停机或者切换停止工作状态.除了执行用户程序外，每次循环过程中，PLC要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5个阶段：开始f诊断f与编程器通信f读入程序f执行程序f输出结果f开始PLC这种周而复始的循环工作方式被称为“扫描工作方式”在工作状态下，这种工作方式被称为“扫描周期”其典型值为ITOOms.I/O模块：PLC与电气回路的接口，是

44、通过输入输出部分（I/O）完成的.I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态.输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反.I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO）,模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块.常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、11OVAC、24VDC；按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离.模拟量：按信号类型分，有电流型（420mA,020mA）、电压型（010V,05V,-1010V）等；按精度分，有12bit,14bit,16bit等.除了上述通用I/O外，还有特殊I/O模块

45、，如热电阻、热电偶、脉冲等模块.按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制.（3）电源模块PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）.3.1.2 PLC外部连接传感器作输入信号，5个操作键分别是自动方式开关、手动方式开关、停机按钮，及2个在手动控制下控制通风机运行的按钮开关，开关量传感器为拖动通风机的吸风电机和增风速电机发生堵转故障时热继电器.3.1.3 PLC使用中需要注意的问题

46、PLC是一种用于工业生产自动化控制的设备，一般不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境中使用.然而，尽管有如上所述的可靠性较高，抗干扰能力较强，但当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行，要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能因此在使用中应注意以下问题：工作环境（1）温度PLC要求环境温度在055C，安装时不能放在发热量大的元件下

47、面，四周通风散热的空间应足够大.（2）湿度为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝露）.（3）震动应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为1055Hz的频繁或连续振动.当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等.（4）空气避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中.（5）电源PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力.在可靠性要求很高或电源干扰特别严重的环境中，可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰一般PLC都有直流24V输出提供给输入端，当输入端使用

48、外接直流电源时，应选用直流稳压电源因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息.控制系统中干扰及其来源：现场电磁干扰是PLC控制系统中最常见也是最易影响系统可靠性的因素之一，所谓治标先治本，找出问题所在，才能提出解决问题的办法因此必须知道现场干扰的源头.干扰源及一般分类：影响PLC控制系统的干扰源，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，其原因是电流改变产生磁场，对设备产生电磁辐射；磁场改变产生电流，电磁高速产生电磁波通常电磁干扰按干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压叠加所形成

49、.共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流，亦可为交流差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种干扰叠加在信号上，直接影响测量与控制精度.PLC系统中干扰的主要来源及途径：1）强电干扰PLC系统的正常供电电源均由电网供电.由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压尤其是电网内部的变化，刀开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边.2）柜内干

50、扰控制柜内的高压电器，大的电感性负载，混乱的布线都容易对PLC造成一定程度的干扰.3）来自信号线引入的干扰与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的.由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤.4）来自接地系统混乱时的干扰接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的

51、接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作.5）来自PLC系统内部的干扰主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等.6）变频器干扰一是变频器启动及运行过程中产生谐波对电网产生传导干扰，引起电网电压畸变，影响电网的供电质量；二是变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰，影响周边设备的正常工作.主要抗干扰措施：（1）电源的合理处理，抑制电网引入的干扰对于电源引入的电网干扰可以安装一台带屏蔽层的变比为1：1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰，还可以在电源输入端串接LC滤波电路.（2）正确

52、选择接地点，完善接地系统良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一.PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等.接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流,影响系统正常工作例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大.此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内又会出现感

53、应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作.PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作.1）安全地或电源接地将电源线接地端和柜体连线接地为安全接地如电源漏电或柜体带电，可从安全接地导入地下，不会对人造成伤害.2）系统接地PLC控制器为了与所控的各个设备同电位而接地，叫系统接地接地电阻值不得大于4Q，般需将PLC设备系统地和控制柜内开关

54、电源负端接在一起，作为控制系统地.3）信号与屏蔽接地一般要求信号线必须要有唯一的参考地，屏蔽电缆遇到有可能产生传导干扰的场合，也要在就地或者控制室唯一接地，防止形成“地环路”信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在PLC侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏蔽电缆连接时,各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理，选择适当的接地处单点接点【8】3.1.4 PLC的选用根据设计要求得出，主站PLC需要一个启动按钮X5、和一个急停按钮X4、进口车辆传感器X0、出口车辆传感器XI、温度传感器X2、烟尘传感器X3、变频器

55、故障输入X6七个输入信号，而输出共需8个输出信号.由于隧道集中监控系统传输距离长，控制规模较大，采用四级控制较为灵活、安全、高效四级控制即总中心计算机系统控制、监控分中心计算机系统控制、隧道PLC网络控制、现场自动控制隧道监控系统一般情况下是在监控分中心主控计算机的控制下，交由控制器自动控制运行隧道PLC网络在计算机的控制下，运行各自局部设施的自动控制.监控中心控制计算机采集来自分中心及隧道控制单元、各类检测报警单元的运行数据，并给相应的控制单元发送命令，以执行相应任务.为了避免大材小用，而造成的资金浪费，同时要保证实现操作的可行性，及以后扩展需要，则选用三菱型号为FX1N系列的PLC机型.F

56、X1N系列是FX系列PLC家族中比较先进的系列.由于FX1N系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，他可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活和控制能力为大量实际应用而开发的特殊功能开发了各个范围的特殊功能模块以满足不同的需要，模拟I/O，高速计数器.内置24V直流电源，24V、400mA直流电源可用于外围设备，如传感器或其他元件快速断开端子块因为采用了优良的可维护性快速断开端子，即使接着电缆也可以更换单元时钟功能和小时表功能在所有的FX1N的PLC中都有实时时钟标准时间设置和比较指令易于操作小时表功

57、能对过程跟踪和机器维护提供了有价值的信息持续扫描功能为应用所需求的持续扫描时间定义操作周期在线程序编辑在线改变程序不会损失工作时间或者停止生产运转.RUN/STOP开关面板上运行/停止开关易于操作.远程维护远处的编程软件可以通过调制调解器来检测、上载或是卸载程序和数据密码保护使用一个八位数字密码保护您的程序.FX1N-40MR001的PLC机型，I/O总点数为40点，输入点数为24(X000X023)点，输出点为16(Y000Y15),为继电器输出，交流电源、24V直流输入类型它具有灵活的配置，除了满足特殊需求的大量特殊模块，6个基本单元中的每个单元可扩展256个I/O.有高速运算，基本指令：0.08us/指令，应用指令：1.52至几百us/指令有突出的寄存器容量，FX1N系列包括8K步内置RAM寄存器，用一个寄存器盒可扩展到16RAM或EEPROM.有丰富的元件资源，3072点辅助继电器，256点计时器，235点计数器，8000数据存储器.满足我的设计需要.整个系统组件及成本，提高工作可靠性，交通等选用2