基于PLC的模糊控制在隧道通风中的应用

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基于PLC的隧道通风控制系统

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.摘要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AbstractAlong with the science and technology change rapidly, electronic technology and microelectronics technology has been rapidly developed, PLC and inverter gradually became common, inexpensive and reliable control and drive equipment, widely used. Controlled by the PLC variable speed centrifugal fan ventilation systems, with high reliability and good energy-saving effect, convenient for building integrated automation system, very convenient to achieve a variety of control and remote monitoring.The system of PLC and frequency converter and touch screen to efficiently combine, for monitoring tunnel traffic environment, the tunnel is arranged in a counting sensor, temperature sensor and visibility detecting instrument. Ventilation control system in real-time detection of these environmental parameters based on the control of fan, tunnel opening, so that the air index conforms to the safety standard, to protect the safety of driving, and the purpose of saving energy. The air index data from the PLC analog input module, the fan to start and stop the PLC through the switch quantity output module procedure control and by the contactor control. Using tunnel traffic flow as the main control parameter, realize the fan working process and speed control, so that the fan in different vehicle number corresponding to the frequency of operation, so that the tunnel ventilation fan ventilation efficiency, security, achieve obvious energy saving effect. And the wind machine parts prepared standby fan, to guard against the fan failure affecting the overall operation of the system. PLC control system of driving fan motor overheat protection, fault alarm, electricity and other features, as the tunnel ventilation control system of simple control, energy saving, safety technology provide a new way.Key words: tunnel ventilation; ventilation; PLC; inverter;touch screen; sensor.目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1.绪论 (1)1.1课题背景及意义 (1)1.2隧道通风系统国内外发展概况 (1)1.2.1 国外隧道通风控制系统研究现状 (1)1.2.2 国内隧道通风控制系统研究现状 (2)1.3隧道通风系统的发展趋势 (2)1.4课题主要研究内容 (2)1.5本章小结 (3)2.公路隧道通风控制系统简介 (4)2.1课题硬件控制方案的确定 (4)2.1.1 PLC功能特点 (4)2.1.2 单片机功能特点 (4)2.1.3 控制器的确定 (4)2.2系统结构介绍 (5)2.3本章小结 (7)3.硬件部分设计 (8)3.1PLC的控制单元简介及选择 (8)3.1.1 PLC概述 (8)3.1.2 PLC外部连接 (10)3.1.3 PLC使用中需要注意的问题 (10)3.1.4 PLC的选用 (12)3.2触摸屏简介与选择 (13)3.3风机简介及选用 (14)3.4变频器的选型及确定 (14)3.4.1 变频器简介 (14)3.4.2 变频器工作原理 (15)3.4.3 变频器的确定 (15)3.5传感器简介与选择 (17)3.5.1 车辆检测电传感器及其原理 (17)3.5.2 温度传感器及原理 (17)3.5.3 烟尘传感器 (18)3.6本章小结 (18)4.软件设计部分 (19)4.1程序流程图 (19)4.2PLC程序 (20)4.2.1 0站PLC程序 (20)4.2.21站PLC程序 (22)4.2.32站PLC程序 (24)4.2.43站PLC程序 (25)4.4本章小结 (27)结论 (28)致谢 (29)参考文献 (30)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.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.【1】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营和事故救援方面有着举足轻重的低位.1.2 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130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Lserdal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，这是历史上首次对公路隧道通风的研究，研究结果决定将400 ppm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-tional Symposium on the Aerodynamics and Ventila-tion of Vehicle Tunnels)，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.1.2.2 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JTJ 026．1—1999》，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.2.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16～25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—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 2 ×45 kW ，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，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.【6】3.1 PLC的控制单元简介及选择3.1.1 PLC概述可编程控制器，英文Programmable Controller,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所无法比。

基于西门子S7-200 PLC的隧道风量控制系统设计

Mcchanics-clccLronics Applied Technique2017年12月上基于西门子S7-200 P L C的隧道风量控制系统设计傅康(上饶职业技术学院，江西上饶334109)摘要：采用西门子S7-200 PLC结合外围设备构建隧道风量控制系统，整个系统包含硬件和软件两个部分，在具体论述中对系统设计需求进行了概述，介绍了硬件部分主要元器件的选型、I/O端口分配及电路构成工作原理，在此基础上对系统的梯形图软件程序设计进行了详细阐述。

该系统能够实现对高速公路隧道风量的智能化控制，有效调节隧道内的氧气含量，具有很强的实际应用价值。

关键词：西门子S7-200 PLC曰隧道风量;控制系统中图分类号:TM8 文献标志码:粤文章编号：1672-3872(2017)23-0092-021引言高速公路隧道风量控制问题，一直是高速公路电气系统设计中的关键问题。

传统模式下采用分立元器件电路构建的风量控制系统，精确度较低，难以实现智能和自动控制，不利于隧道内氧气含量的维持。

以PLC为核心元件构建隧道风量控制系统，可以充分借助PLC的智能控制性能，通过外围电路的连接和软件程序的编译，实现对隧道内风量的实时监测，并将监测反馈的信号与系统设定值进行比较，从而进行相对应的自动化控制，完成高速公路隧道内风量和氧气含量的智能、自动及高效管理。

2系统设计需求本系统的设计意在对高速公路隧道内的风量情况进行自动监测，并将监测的结果反馈给PLC中央处理器，PLC将反馈数据与设定风量值进行比较，以确定是否要开启风机对隧道内送风，从而保证隧道内的氧气含量能够维持进人隧道内车辆上人员的正常呼吸需要。

整个系统的硬件部分包含:风力传感器、西门子S7-200 PLC、风机、按键控制盘、报警LED以及外围接线电路[1]，软件部分则包含院风量传感监测程序、风机启停程序、按键控制程序以及报警控制程序等。

3系统硬件设计3.1主要元件选型本系统的主要硬件为风力传感器和西门子S7-200 PLC，西门子S7-200 PLC是由西门子公司自主研发的通用型PLC，包含微型、小型、中型和大型四个系列，具有机型丰富、处理器高效、以太网互联、通用SD卡方便下载等特点，芯片的指令执行时间达到0.15怎泽，1/〇端口数量达到60个，完全满足本系统设计的需要，此外该PLC的采购成本较低，能够在满足功能要求的同时，大大降低整个系统的设计成本，以达到经济设计的目的。

基于PLC的隧道通风控制系统

摘要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AbstractAlong with the science and technology change rapidly, electronic technology and microelectronics technology has been rapidly developed, PLC and inverter gradually became common, inexpensive and reliable control and drive equipment, widely used. Controlled by the PLC variable speed centrifugal fan ventilation systems, with high reliability and good energy-saving effect, convenient for building integrated automation system, very convenient to achieve a variety of control and remote monitoring.The system of PLC and frequency converter and touch screen to efficiently combine, for monitoring tunnel traffic environment, the tunnel is arranged in a counting sensor, temperature sensor and visibility detecting instrument. Ventilation control system in real-time detection of these environmental parameters based on the control of fan, tunnel opening, so that the air index conforms to the safety standard, to protect the safety of driving, and the purpose of saving energy. The air index data from the PLC analog input module, the fan to start and stop the PLC through the switch quantity output module procedure control and by the contactor control. Using tunnel traffic flow as the main control parameter, realize the fan working process and speed control, so that the fan in different vehicle number corresponding to the frequency of operation, so that the tunnel ventilation fan ventilation efficiency, security, achieve obvious energy saving effect. And the wind machine parts prepared standby fan, to guard against the fan failure affecting the overall operation of the system. PLC control system of driving fan motor overheat protection, fault alarm, electricity and other features, as the tunnel ventilation control system of simple control, energy saving, safety technology provide a new way.Key words: tunnel ventilation; ventilation; PLC; inverter;touch screen; sensor.目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1.绪论 (1)1.1课题背景及意义 (1)1.2隧道通风系统国内外发展概况 (1)1.2.1 国外隧道通风控制系统研究现状 (1)1.2.2 国内隧道通风控制系统研究现状 (2)1.3隧道通风系统的发展趋势 (2)1.4课题主要研究内容 (2)1.5本章小结 (3)2.公路隧道通风控制系统简介 (4)2.1课题硬件控制方案的确定 (4)2.1.1 PLC功能特点 (4)2.1.2 单片机功能特点 (4)2.1.3 控制器的确定 (4)2.2系统结构介绍 (5)2.3本章小结 (7)3.硬件部分设计 (8)3.1PLC的控制单元简介及选择 (8)3.1.1 PLC概述 (8)3.1.2 PLC外部连接 (10)3.1.3 PLC使用中需要注意的问题 (10)3.1.4 PLC的选用 (12)3.2触摸屏简介与选择 (13)3.3风机简介及选用 (14)3.4变频器的选型及确定 (14)3.4.1 变频器简介 (14)3.4.2 变频器工作原理 (15)3.4.3 变频器的确定 (15)3.5传感器简介与选择 (17)3.5.1 车辆检测电传感器及其原理 (17)3.5.2 温度传感器及原理 (17)3.5.3 烟尘传感器 (18)3.6本章小结 (18)4.软件设计部分 (19)4.1程序流程图 (19)4.2PLC程序 (20)4.2.1 0站PLC程序 (20)4.2.21站PLC程序 (22)4.2.32站PLC程序 (24)4.2.43站PLC程序 (25)4.4本章小结 (27)结论 (28)致谢 (29)参考文献 (30)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.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.【1】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营和事故救援方面有着举足轻重的低位.1.2 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130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Lserdal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，这是历史上首次对公路隧道通风的研究，研究结果决定将400 ppm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-tional Symposium on the Aerodynamics and Ventila-tion of Vehicle Tunnels)，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.1.2.2 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JTJ 026．1—1999》，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.2.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16～25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—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 2 ×45 kW ，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，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.【6】3.1 PLC的控制单元简介及选择3.1.1 PLC概述可编程控制器，英文Programmable Controller,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。

PLC在高速公路隧道监控系统中的实践分析

PLC在高速公路隧道监控系统中的实践分析1.控制系统PLC在高速公路隧道监控系统中的作用主要是控制系统的整体运行，包括灯光、通风系统、火灾报警系统等的控制。

在隧道内，灯光的显示和控制是非常重要的，它可以指示驾驶员前方的道路状况，保障行车安全。

而通风系统可以保证隧道内空气的新鲜和循环，避免因尾气或其他原因导致的空气污染。

火灾报警系统的及时响应也是保障隧道内行车安全的重要环节。

PLC作为控制系统的核心部件，能够对这些系统进行整体的调控和监控，保障其正常运行。

2.监控系统PLC还在高速公路隧道监控系统中扮演着监控的角色。

通过PLC系统可以实时监测隧道内的各项参数，比如温度、湿度、空气质量等，及时发现异常情况并做出相应的处理。

在事故发生时，PLC可以自动触发相关的紧急处理程序，比如关闭隧道入口，启动排烟系统等，为事故处理提供及时的支持。

3.数据采集与分析PLC在高速公路隧道监控系统中还扮演了数据采集与分析的角色。

通过PLC系统可以实时采集隧道内各项数据，形成数据记录，为后续的分析提供支持。

PLC系统也可以进行数据分析，通过数据挖掘等技术，找出隧道内潜在的安全隐患，并及时进行处理和改进。

1.隧道照明系统在高速公路隧道中，照明系统的正常运行对于行车安全至关重要。

PLC可以实时监测隧道照明系统的运行状况，比如灯泡是否损坏、灯管是否亮起等，并及时进行报警和处理。

PLC还可以根据实际照明需求进行智能调控，比如根据光线强弱自动调节灯光亮度，避免能源浪费。

2.通风系统隧道内的空气质量直接关系到驾驶员和乘客的健康与安全。

PLC可以根据实时的空气质量监测数据，调控通风系统的运行，保证隧道内空气的清新和循环。

PLC还可以对通风系统的风量、风速等参数进行智能调节，提高通风系统的运行效率。

3.火灾报警系统隧道内的火灾报警系统是保障行车安全的重要设备。

PLC可以对火灾报警系统进行实时监控，及时发现火灾报警信号，并自动触发相关的紧急处理程序，比如关闭隧道入口、启动排烟系统等，从而将火灾的损失降到最低。

基于PLC的隧道通风排水控制系统设计说明

郑州大学毕业设计（论文）题目基于PLC的隧道通风排水控制系统设计院系专业班级学生姓名学号指导教师职称2016年5 月26日摘要本设计以普通地下车辆交通隧道通风风机和排水泵为控制对象，根据隧道内检测的烟雾浓度、风速、蓄水池液位及相应控制要求，设计电气控制原理图和PLC控制程序，可实现烟雾浓度检测、液位检测、风机启停、水泵启停全自动控制，具有互锁保护功能，能实现自动-手动转换操作。

本文采用了西门子S7-200PLC的CPU226 AC/DC/RLY模块，加之EM231的模拟量输入扩展模块，并辅以隧道CO/VI检测器、超声波液位计、单向式射流风机和德国威乐水泵等元器件，成功实现了对隧道通风排水的自动-手动控制。

即使是火灾或暴风雨等特殊情况，该系统经过运行调试后也能游刃有余。

关键词：隧道；通风排水；射流风机；水泵AbstractThe design of common underground vehicle traffic tunnel ventilation and drainage pump as the control object, according to the requirements of the tunnel detection of smoke concentration, wind speed, liquid level of the reservoir and corresponding control and electrical design control principle diagram and the PLC control program can achieve the start and stop smoke concentration detection, liquid level detection, fan, pump start and stop automatic control, with interlocking protection function, can realize the automatic and manual conversion operation. In this paper, the Siemens S7-200 cpu226 AC/DC/RLY module, coupled with the EM231 analog input expansion module, and supplemented by tunnel CO/VI detector is and ultrasonic level meter, one-way jet fan and German wilo pumps and other components, successfully realize the of tunnel ventilation and drainage of automatic and manual control. Even the fire storm or other special circumstances, the system can also ease after operation after commissioning.Key words: tunnel; ventilation and drainage; jet fan; water pump目录摘要 (I)Abstract (I)1 绪论 (1)1.1 选题的背景和意义 (1)1.2 国内外研究情况综述 (1)1.3 论文应达到的要求及采用设备方法 (3)1.4 本章总结与反思 (3)2 可编程控制器 (4)2.1 可编程控制器发展 (4)2.2 可编程控制器概述 (4)2.3 可编程控制器分类及组成 (5)2.4 S7-200 PLC简述 (7)2.5 本章总结与反思 (7)3 PLC硬件设计 (8)3.1 通风系统硬件设计 (8)3.2 排水系统硬件设计 (18)3.3 隧道通风排水控制系统总PLC原理图 (22)3.4 本章总结与反思 (25)4 PLC软件设计 (26)4.1 系统控制要求简述 (26)4.2 PLC软件设计 (27)4.3 PLC的安装与维修 (36)4.4 本章总结与反思 (38)5 结论 (40)致谢 (42)参考文献 (42)附录1：外文资料翻译 (44)A1.1 译文:基于PLC专用处理器的一种高性能体系结构设计 (44)A1.2 原文：A high performance architecture design of PLC dedicated processor (53)附录2 电气原理图 (64)附录3 程序清单 (67)1 绪论1.1 选题的背景和意义自从改革开放以来，伴随着我国国际地位的飞速提升，我国的经济水平也走到了世界的前列，堪称世界第三大经济体。

PLC在高速公路隧道监控系统中的实践分析

PLC在高速公路隧道监控系统中的实践分析随着交通运输的发展，高速公路成为了人们出行的主要方式之一。

而作为高速公路的重要组成部分，隧道的安全问题一直备受关注。

为了确保隧道内交通流畅和安全，监控系统的使用变得越来越重要。

而在隧道监控系统中，PLC（可编程控制器）的应用也越来越广泛，本文将对PLC在高速公路隧道监控系统中的实践进行分析。

1. 照明控制：隧道内的照明系统需要根据光线亮度自动调节。

PLC可以根据外界光照传感器的反馈信号来控制照明系统的开关和亮度，实现隧道内照明的智能控制。

通过PLC的应用，可以实现隧道内照明的节能和环保。

2. 风机控制：隧道内通常配备有风机用来排除废气和降低温度。

PLC可以根据温度和气体浓度传感器的反馈信号来控制风机的运行状态和转速。

通过PLC的应用，可以实现对风机的智能控制，提高能耗效益和保证隧道内空气的质量。

3. 火灾报警：隧道火灾是隧道安全的主要威胁之一。

PLC可以与火灾传感器和烟雾传感器配合使用，及时发现火灾和烟雾，并触发警报系统。

通过PLC的应用，可以提高隧道火灾的及时性和有效性，减少火灾对交通和人员的影响。

4. 监控摄像头控制：隧道内设置有监控摄像头以便监控交通和安全情况。

PLC可以控制监控摄像头的旋转和变焦，使其能够全方位地监控隧道内的情况。

通过PLC的应用，可以提高监控摄像头的效率和灵活性，增强对隧道内情况的监控和应对能力。

5. 紧急事件应对：隧道中可能发生的紧急事件包括车祸、堵车等。

PLC可以与交通信号控制器和监控系统配合使用，及时探测和预警交通情况，并根据实时情况进行交通信号的控制。

通过PLC的应用，可以提高应急事件处理的效率和准确性，减少因紧急事件导致的交通拥堵和事故风险。

PLC在高速公路隧道监控系统中的实践具有重要意义。

通过PLC的应用，可以提高隧道监控系统的智能化和自动化程度，提升交通安全性能，减少事故风险和人力资源的浪费。

在未来的隧道监控系统中，PLC的应用前景将会更加广阔。

基于西门子PLC控制的隧道风机系统设计

基于西门子PLC控制的隧道风机系统设计本文确定了西门子S7-200smartPLC，并将其用于隧道风机远程控制系统，借助Delphi软件科学地编写触摸屏界面，主站可以对多个从站进行控制。

对电气设备来说，可靠性是最为基础的性能。

PLC选择大规模集成电路技术，根据规范的生产工艺对内部电路进行制作，有不错的抗干扰力。

除上述外，PLC呈现出控制能力突出、构成系统方便、周期偏短、易于维护等诸多优势，维护隧道风机系统整体的安全。

标签：西门子plc控制；隧道风机；系统设计1隧道通风控制技术1.1手动控制法：该方法，需要操作人员通过手动的方式来对隧道风机进行控制，其地点可以是隧道现场，也可以利用上位机进行远程操作。

1.2程序控制法：该方法，某种意义上属于定时控制。

它根据不同的时间区段（节假日或是工作日，白天或是晚上）编制出来的程序，对风机进行启停。

但没有估计实时CO/VI 值或是交通量的具体变化。

1.3前馈控制法：该方法，结合车辆检测器在某隧道中统计到的交通数据，将其视作控制参数，进行前馈控制。

据此，也可对启停组数作出良性地控制。

运用CO/VI检测器最后所得浓度值，可以实时进行控制或是校正[1]。

风机启停，则可利用前馈以及反馈信号共同进行控制。

2基于西门子plc控制的隧道风机系统设计2.1隧道风机系统原理：本系统引入了地感线圈或是风力传感器两项工具，分别对隧道内部的车流量以及风力风向作出有效地测量。

同时，将相应的信息传输给PLC。

根据预先设置好的阈值，来对风机有无启动进行判断，使隧道拥有足够的含氧量，维护隧道总体的行车安全。

隧道风机控制系统，大致分成风机（组）、风地感线圈以及力传感器等诸多必备的设备。

2.2隧道风机控制系统流程（1）手动控制：道路某侧中的控制柜里，大多已经装载手动控制装置。

按钮也有多个，如启动、反转、正转以及停止等等。

若遇到各种突发情况，可以让检修人员进行测试。

（2）自动控制：硬件系统安装之后，需对电源开关进行接通。

浅析PLC在高速公路隧道智能监控系统中的应用

浅析PLC在高速公路隧道智能监控系统中的应用王新官（江西方兴科技有限公司，江西南昌 330025）摘要：隧道监控系统有监控环境恶劣、控制点分散、模拟量及数字量信息多等特点.同时,随着计算机、网络通信、电子技术和智能交通系统（ITS）的飞速发展,可编程控制器(PLC)（Programmable controller of tunnel）以其卓越的可靠性、抗干扰性以及方便灵活的编程和应用等特点在工业控制和自动化领域得到越来越广泛的应用.在高速公路隧道群智能自动化系统中,采用隧道可编程序控制器PLC+中央控制计算机的集成方案,对隧道机电设备进行分散控制、集中管理,同时对洞内、外环境和机电设备进行监测,既满足高速公路隧道对洞内交通、照明和通风的控制要求,又达到对整个系统实现全面监控的协调和节能目的。

关键词：信息工程；网络通信；可编程序控制器；PLC0 前言高速公路隧道属公路非凡构造物，是公路交通的咽喉地段，有空间环境狭窄、光线变化大、视野不清等诸多不利交通因素，特别是发生火灾等紧急事件时，交通疏导和救援工作与普通路段大不一样，而且二次事故产生的后果远比原发性事故严重得多，因此高速公路隧道内的安全保障是公路隧道建设和运营特别关注的问题，而建设智能自动化隧道监控系统是保障隧道交通安全畅通、提高隧道交通舒适度的关键所在。

本文将对高速公路隧道智能自动化监控系统的及各监控子系统的具体实现和结构进行分析。

随着十五“计划的全面完成及十一五“规划的良好开局，我国交通基础设施发生了翻天覆地的变化，至2008年底我国高速公路通车里程达到了6．03万Km，短短十多年的时间走完了发达国家半个世纪的发展历程省域高速公路普遍实现了互联互通和联网收费。

而在国民经济高速发展的带动下，高速公路车流量迅猛增长，特别是一些交通主干道车流量Et趋饱和，而构建和谐畅通的高速公路，隧道群因其特殊条件成为发展瓶颈。

因此，急需引进新技术，充分整合高速公路各项资源，构建信息化、网络化、智能化高速公路隧道自动化管理与控制系统，以提高高速公路交通系统的供给和保障力。

基于PLC、变频器、触摸屏的隧道通风系统(设计)PLC隧道通风(优质参考)

论文题目：基于PLC、变频器、触摸屏的隧道通风系统（设计）摘要随着电子技术和微电子技术的迅速发展，PLC和变频器正成为通用、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，易于组建成整体的自控系统，很方便地实现各种控制切换和远程监控通过对国内现有铁路，公路的观察和分析，其中隧道的占有比已达到很高的地位，而隧道内通风系统在其中的安全作用及能耗占有很高的比重。

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内运行环境条件、运行效率、运行安全密切相关。

随着我国政府对各行各业安全生产监管力度的不断加强，尤其对公路、铁路安全运行的要求越来越高，对隧道通风系统进行技术改造，提高其运行稳定性、可靠性、节能降耗等势在必行。

本系统将 PLC与变频器及触摸屏有机地结合起来，为监控隧道内行车环境，隧道内设置有计数传感器、温度及能见度检测仪。

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，使隧道通风机通风高效、安全，达到了明显的节能效果。

PLC 控制系统具有对驱动风机的电机过热保护、故障报警、断电等功能特点，为隧道通风系统的节能技术改造提供一条新途径。

关键词：隧道、通风机、 PLC 、变频器、触摸屏目录一. 前言 (4)二. 系统介绍 (5)2.1 系统结构 (5)2.2 设计要求 (7)三．各单元简介 (8)3.1 PLC的控制单元简介及选择 (8)3.2 触摸屏简介及选择 (14)3.3 风机的简介 (18)3.4 变频器应用及选择 (19)3.5 传感器简介与选择 (21)四．通讯安装与接线 (23)4.1 N：N 网络的通讯连接 (24)4.2 变频器与PLC的接线 (27)4.3 触摸屏与PLC的通讯连接 (27)4.4 调试 (27)五. 程序 (28)5.1 PLC程序 (28)5.2 触摸屏程序 (36)六．致谢 (42)七．参考文献 (42)前言随着我国经济的高速发展，通畅高效的交通系统成为经济进一步发展的基本需求，从而高速公路亦得以蓬勃发展。

PLC实现的模糊PID控制器及其在通风机风量调节系统中的应用

ＡｂｔａｔＴｈａｅｒｓｎｓｔｅｓｌｔｏｆｒｇｌｔｎｈｎａｅａｔｍａｉａｌｙｍｅｎｆｓｒｃ：ｅｐｐｒｐｅｅｔｈｏｕｉｎｏｅｕａｉｇｔｅｗｉｄｒｔｕｏｔｌｂａｓｏｃｙ
响着煤矿的生产效率和安全生产．井通风网络的矿
产生影响．为使通风机能够安全高效地运行，必须
对风量进行自动调节以适应上述因素的变化．
空气动力参数、下工作的工人数量、作性质、井工风
收稿日期：０６０ —２；修订日期：０６Ｏ — ２：２０－１７２０一３８
基金项目：安徽省高校自然科学基金重点项目（０３２ｚ）２０￣００ｄ．作者简介：李敬￣（９３）男，１６－，安徽淮南人，教授，工学博士．主要从事计算机控制技术等方面的研究．
ｉｈｘａ — ｌｗａ＇ｗｉｄｒｔｅｕａｉｎｓｓｅｄｒｎｈｒｃｓｆｍｉｅｖｎｉｔｎｎｓｎｔｅａｌｆｏｆｎｎａｅｒｇｌｔｏｙｔｍｕｉｇｔｅｐｏｅｓｏｎｅｔｌｉ，ａｄｉｉｓａｏｄｆｉｕｔｔｄｆｈａｈｍａｉｏｅｏｏｔｉｈａｉｆｄｒｓｌｂｏｒａｏｔｏｙ．ｉｃｌｏｍｏｉｔｅｍｔｅｔｃｍｄｌｔｂａｎｔｅｓｔｉｅｕｔｙｎｒａｌｃｎｒｌｗａｓｆｙｓｅ

例谈隧道风机PLC控制

例谈隧道风机PLC控制一、项目背景本文以重庆酉沿高速酉阳1号隧道为研究对象，设计了一套将隧道风机PLC 控制与电力监控控制结合的控制方案。

酉阳1号隧道全长3.8公里，整個隧道设置32台37KW单向射流风机，通过PLC控制接触器实现隧道内风机的开启，同时供电回路配置电力监控设备监控风机运行，通过两套系统的融合，提高了隧道风机运行稳定性和隧道的安全性同时降低运行成本。

通风控制系统通过PLC模拟量输入模块采集分布在隧道内的CO检测器和烟雾透过率检测器检测到的CO/VI值，将隧道内当前的污染浓度（CO/VI值）与控制目标值相比较，以不超过目标值为原则，经计算处理后，再对比电力监控获取的风机供电回路用电数据，判定风机运行情况，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隧道内风机的开启，以使各项空气指标符合安全行车标准。

这样就实现了风机运行的实时监控，达到了既保障安全行车、同时节约能源的目的。

二、系统设备构成酉阳1号隧道通风系统构成如下：1、风机机组酉阳1号隧道安装32台37KW单向射流风机，其中左洞9组18台，右洞7组14台。

2、本地启动回路风机采用就地软启动方式，将一组风机的两个软启动器装在就地控制的配电柜内，当远程供电回路收到风机启动信号后经软启动器及配套设施实现风机软启。

3、变电所内配电柜风机供电及控制回路通过安装在隧道变电所内的GCS配电柜给风机回路供电，配电柜内安装LSA1430测控仪表实现电力监控，同时通过接收PLC发出启停信号经接触器实现风机的启停。

4、PLC系统PLC通过模拟量输入模块采集分布在隧道内的CO/VI检测器检测到的CO/VI 值，将隧道内当前的污染浓度（CO/VI值）与控制目标值相比较，以不超过目标值为原则，经计算处理后，发出信号至配电柜内风机供电回路，实现风机启动。

5、电力监控系统通过LSA1430测控模块将采集的供电数据传送至电力监控通信管理机LSA1200，同时电力监控管理机可以通过下达控制指令至LSA1430实现对风机控制。

探讨PLC在高速公路隧道监控系统中的应用

探讨PLC在高速公路隧道监控系统中的应用发布时间：2022-08-25T02:07:23.879Z 来源：《城镇建设》2022年5卷第7期作者：董洪玮[导读] 随着科学技术的发展，我国的PLC技术有了很大进展，董洪玮广东飞达交通工程有限公司广东省广州市510000摘要：随着科学技术的发展，我国的PLC技术有了很大进展，并在高速公路隧道监控系统中得到了广泛的应用。

由于我国幅员辽阔，高速公路区段地理环境较为复杂，因此修建了若干处公路隧道，虽然在缩短公路运行路基、提高运输能力等方面起到了积极作用，但却难以准确、全面掌握隧道内部的交通情况，存在交通安全隐患。

为此，文章首先分析了高速公路隧道监控系统功能需求，其次探讨了PLC系统应用实现的功能，最后就PLC在高速公路隧道监控系统中的应用进行研究，以供参考。

关键词：PLC；高速公路；监控系统引言在道路交通中，高速公路隧道属于管理重难点，在高速公路数量增加的同时，隧道数量也持续增加，我国虽然拥有广阔的疆域，但地域环境却极为复杂，在交通管理方面十分依赖监控系统。

在这一背景下，高速公路隧道监控系统是否具备经济稳定性、可开发拓展性和先进性成为了有关部门关注的重点。

而PLC的应用，则有助于上述目标的实现。

因此对此项课题进行研究，其意义十分重大。

1高速公路隧道监控系统功能需求高速公路隧道监控系统的功能需求包括以下3个：①实时数据采集，这是整个监控系统的核心内容。

监控系统需要采集隧道内的交通状态、环境状态，实时监控隧道内的异常情况，并针对交通事故高发时段进行检测，做好视频记录，一旦发生交通事故能够提供对应的救援服务；一旦隧道内发生重大交通事故或交通拥堵，监控系统能够通过信息发布模块发布实时交通信息，通过限速标志或其他措施对后续车辆完成诱导控制；②能够预先判断出隧道内存在的安全隐患，并采取对应的处理措施，降低事故及二次交通事故的发生率；为公众的出行提供隧道运行状态信息；③与高速公路其他管理系统互相融合，包括收费系统、出行者服务系统等，构建一个完善的高速公路管理路网，最大限度实现高速公路的通行能力。

PLC监控系统在高速公路隧道中的应用

PLC监控系统在高速公路隧道中的应用摘要：文章阐述了高速公路隧道监控系统的主要程序、架构以及PLC系统的构成及功能，从而就PLC监控系统在高速公路隧道中的应用进行了深入探讨，分别从电视监控、交通监控、照明监控以及通风监控等几个方面进行了论述。

关键词：高速公路；隧道；PLC监控系统监控系统在高速公路建设施工过程中得到了广泛应用。

它通过利用计算机技术、信息技术，为高速公路隧道施工提供良好的指导。

监控系统在高速公路施工中的应用过程中，应从隧道施工的具体情况出发，全面有效的收集各项施工信息，以满足高速公路隧道安全管理，提高高速公路隧道管理质量。

本文结合笔者的工作实践，就PLC监控系统在高速公路隧道中的应用进行探讨。

1 PLC主要程序PLC程序通过对高速公路隧道一段区域内设备的检测信息进行收集，其检测部件有CO/VI检测器和车辆检测器。

这项程序能够对收集到的信息进行预处理，如隧道内部的CO正常运营的浓度一般情况下处于150-250ppm，若隧道内部的车辆行驶速度都处于怠速，平均车速在10km/h时，浓度能够达到300ppm，隧道内对烟雾的允许浓度为7.0*0.0011/m，这时就会自动启动通风设施进行气体疏散。

隧道对正常的风速要求为10m/s，风速需要储蓄到本地单元里边。

隧道内部的本地控制器需要将存储单元中的各项信息进行处理，像一些能见度和烟雾浓度等都需要处理，处理之后将其上传给服务器。

PLC程序还能够接收隧道管理站内部计算机发出的控制命令，可以将设备运行状态和控制命令进行比较，通过比较后对下端设备发出控制指令。

2 监控系统的架构隧道现场控制系统由控制器（PLC）、以太网交换机、以太网冗余环网和单模光缆等构成。

PLC采用工业以太网交换机进行连接，形成冗余环网。

主控制器通过工业以太网交换机和光纤连通至计算机，对整个隧道的运营进行控制。

控制单元的配置通常使用的接口是RS-232系列，运用这种口可以对通信波特率进行设置，通信电缆能够对双芯和双绞线进行屏蔽，PLC终端在和控制单元通信时两者之间也存在对应的通信协议，在编程语言上也可以对电压电流相互进行变通器通信。

基于PSO优化的模糊控制在隧道通风中的应用的开题报告

基于PSO优化的模糊控制在隧道通风中的应用的开题报告一、研究背景与意义隧道通风是隧道运营过程中必不可少的环节，是保证隧道内环境空气质量，保障道路安全的关键因素。

隧道通风质量好坏关系到隧道交通的流畅度和运营安全。

因此，如何更好地控制隧道通风成为了当前亟待解决的关键问题。

传统的控制方法主要采用基于传感器的PID控制模式，但是此种模式难以适应隧道通风的复杂场景，并且存在参数难以调节、容易出现系统误差等问题。

针对这些问题，人们开始探索新的优化控制方法。

粒子群优化（PSO）是一种基于仿生学的优化算法，已被广泛应用于控制系统中。

相对于传统的控制策略，PSO优化控制策略具有调整参数方便、精度高、收敛速度快等优点。

不过，PSO优化控制在实际应用中存在难以确定粒子数、找到最优解的难度等问题。

因此，进一步深入研究PSO优化控制算法在隧道通风中的应用，对于实现自动化隧道通风控制具有实际应用价值和研究意义。

二、研究目的本文旨在探究基于PSO优化的模糊控制方法在隧道通风中的应用，研究如何将PSO优化算法与模糊控制相结合，实现自动化隧道通风控制，并优化系统性能，提高控制效果。

三、研究内容及方法1. 系统建模根据隧道通风的实际情况，建立隧道通风系统的数学模型，包含变量、方程、状态转移规律等等，为后续控制算法优化奠定基础。

2. 模糊控制设计针对隧道通风系统的结构特点，采用模糊控制来实现对隧道通风系统的控制，包括输入输出变量的选择、语言变量的设定、隶属函数的构造、规则库的构建。

3. PSO算法优化在模糊控制的基础上，将PSO算法应用于控制系统中，根据优化目标函数和约束条件设计适当的适应值函数和变量更新策略，寻找到最优的控制参数，提高控制系统的性能。

4. 仿真与实验验证通过 Matlab 软件进行模拟实验，验证所提出的控制方法在隧道通风控制中的有效性和可行性，数据会以图表的方式呈现，对比实验前后的控制效果。

四、预期成果及意义本研究预期将PSO优化算法与模糊控制相结合，设计出一种高效的隧道通风控制系统，能够在考虑多种因素的情况下优化控制策略，提高系统的鲁棒性和稳定性。

基于PLC的公路隧道通风与照明系统设计

- 99 -工程技术０　引言随着我国对公路基础设施建设的投入增加，交通基础设施有了质的飞跃，在通往山区丘陵地区的高速公路中，出现了许多公路隧道。

我国国土有近7成属于山地丘陵地区，高速公路的建设不可避免地将面临众多隧道路段的建设。

大隧道、隧道群和桥隧联合的路段建设，也对我国隧道主体建设水平和环境系统监控水平提出了严峻的考验[1]。

由于高速公路隧道交通的特殊性，隧道安全问题包括照明、通风、消防等监控系统的指标性能也逐渐受到重视。

当前，许多长隧道都按照要求配置了隧道机电监控系统，用以保障隧道内的行车安全。

但是大多数隧道机电监控软硬件由于技术不成熟或者年代久远，无法充分发挥作用，同时需要大量的人力和电力来运转，使相关管理部门压力较大。

隧道内的通风系统和照明系统不能充分满足行车安全的需求，这造成了很大的安全隐患[2]。

因此，隧道内监控系统的有效性、节能环保性、经济性和稳定性运营成了当前交管部门及其他多方管理者关注的重要议题，也是当前隧道监控系统发展的方向。

采用现代化的技术，通过稳定性强、具有可扩展性的隧道环境监控系统，来实现通风消防、供电照明，有效地降低事故发生率，确保隧道内行车安全。

１　监测系统功能分析监测系统总体上要具备如下5条功能性要求：1）保障隧道内行车安全，发挥交通效率。

2）系统可靠性，局部设备的故障不会造成系统全面瘫痪，采取必要的措施。

3）通过搜集交通、环境等信息，对交通流进行可行诱导和控制。

4）具备投资低廉，运营及维护成本较小，性能比高的经济性优势，减轻多方的经济负担。

5）系统操作便捷，且未来具备可扩展性，便于日后的功能升级。

通过对监控系统整体的作用进行分析，进一步了解隧道内的通风与照明系统应该满足的具体功能。

１．１　隧道自动控制系统组成对于高速公路中的隧道系统，由于受隧道特殊的通车环境影响，大部分需要构建隧道监测系统，以确保隧道内通车的安全畅顺[3]。

该系统主要包括控制上位机等构件，如图1所示。

基于模糊控制技术的隧道通风控制软件系统

检测器、ＣＯ浓度传感器和ＶＩ传感器实时数据，模糊控制器的操作，控制指令，控制风机的操作。关键词：隧道通风；模糊控制；自动控制
也包括交通控制子系统，照明控制子系统、监控子系统等等。这些子在公路隧道机械通气模式，最初都是横向通风模式，这种通风系统相互补充，可以互相配合使用，极大地限制每个子系统的功能。方式的首次成功应用荷兰隧道，盾构法的施工，圆形截面，车道上拱如在交通控制子系统，需要使用车辆检测器可用于通风控制子系的下部空间空气管，设置上面的天花板，拱形空间排风管道，将流经统，央视屏幕分辨率也可以帮助通风控制辅助决策的作用。这是该隧道后较低的空间设计的排风管道上部横向通风方式，这种方式显控制方案的一个重要特点，控制流程如图１所示。然通风的隧道截面较大，容易获得管道空间使用。为了减少隧道的１．２公路隧道通风系统的结构和实现横截面面积，节省工程投资，使用一个风道和隧道出现妥协通风模通风系统由车站隧道监控房间主控制器，隧道区域控制器、电式相结合，所谓的半横向通风。１９３４年，英国和西方隧道（３２２６）采用气控制柜、射流风机风扇，风速和风向，ＶＩ探测器探测器等。半横向通风，然后在大量的长度不是很长公路隧道，采用的通风方设置在一氧化碳和烟雾穿透率检测器，根据隧道通风模式，一式。和短隧道建成，原来依靠自然风可以满足要求，但随着交通量的氧化碳浓度高和烟低透射率设置有限公司ｖＩ探测器，为快速、准显著增加，需要增加通风设备，设置专用的管道是不可能的，然后采确、连续自动测定一氧化碳浓度的隧道，隧道烟雾通过的所有数据，用纵向通风模式。由区域控制器采集数据和监控系统将检测数据与控制标准，起停控隧道通风控制方法可分为手动控制、自动控制（实时控制）和基制提供了基础参数的数据。本控制（顺序控制）三种。 ’ 风速和风向是安装在隧道探测器、自动测定隧道与风向平行，手动控制方式的特点是简单、灵活操作，操作员根据测试数据风速数据隧道壁和测试操作的数据。的采集（有限公司ｖＩ检测器、线圈等）和控制系统相关的技巧，独立区域控制器，和通风控制柜通过中间继电器触点输出相连，以的起停控制风扇。但它需要大量的人力手动控制，并不能实现最优确保风机的远程控制，每组射流风机（两个），一个独立的控制，尽量控制，所以主要的特殊情况紧急手动控制。在一些假警报探测设备，减少相互的影响。手动控制比自动控制更准确、更有效。手动控制可以分别在区域控射流风机监控系统的自动控制是一个风扇作为一组两个部分，制器控制和隧道，隧道区域控制器上的手动功能主要用于维护。分别返回每个状态信号的风机通风系统，包括正向和反向的风扇、自动控制系统的原理是收集测试数据发送到中央控制计算机，停止、故障信号，采用相应的输入和输出之间的电磁隔离措施。控制计算机根据预设控制过滤模型，预测，计算，通风系统状态值，使用ｊｅｔ使用公路隧道纵向通风风扇控制系统根据各种因素影然后计算出相应的控制动作。自动控制的关键是准确的控制模型，响隧道通风，确定射流风机的开集，调整通风率稀释污染物浓度的和开放的太多会造应用在正常情况下，隧道控制模型是不同的，不同的控制模型根据隧道。风扇开集短缺将导致隧道污染物的浓度，隧道的实际参数，包括形状、长度的隧道、交通流量和组成、气候、等成能源浪费，增加通风运营费用。良好的通风控制系统必须能够满开发，和需要不断调整完善的现场试验。足隧道空气卫生标准的条件下，最小化的数量。基本控制方式是系统运行一段时间后，根据积累的经验，得出公路隧道交通不仅在改变，时间和车辆行驶速度变化，这使得系统状态按照控制方式的时间变化规律。这种控制方式只能根据过交通通过风、气流速度和相应的污染物浓度变化，与此同时，与传感去的经验控制，控制滞后问题的变化性能差，不能作为控制系统在器来检测污染源影响的变化两者之间存在有限的时间延迟，因此稳正常情况下的主要方法。定流动状态计算不能解决上述问题，为了分析污染物的浓度时变过１基于模糊技术的自动控制方法程，动态控制隧道通风，通风控制系统必须建立动态数学模型的一１．１介绍模糊控制技术个组成部分，这一问题建立了空气动力学模型、污染、交通模型和控模糊控制方法是控制对象的模糊模型的基础上，通过近似推理制器模型。和模糊控制器，系统控制的方法，这依赖于专家知识和经验或运营２控制软件开发和运行环境商，开发一套模糊控制规则，从车辆检测器、ＣＯ浓度传感器和ＶＩ传ＶＣ．ｎｅｔ２００３平台开发，控制软件采用实时监控ＡＣＣＥＳＳ２００３输感器实时数据，模糊控制器的操作，控制指令，控制风机的操作。出控制数据存储的数据库备份。微软ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＷｉｎｄｏｗｓＸＰ／７．０操作在要求完整的隧道控制系统中，不仅包括通风控制子系统，但系统软件的正常运行。显示分辨率：推荐使用１２８０ｘ１０２４，超过２４真彩色。３软件运行情况总结从使用效果，软件可以方便隧道通风风扇控制。设计结果也可Ｉ］一以站起来的实际使用测试。基于模糊控制的仿真测试中，模糊控制．１每辑钭粉耕锥ｔ－ — ｈＩ蝙蹦强ＩＩｌｐ系统可以在污染物浓度在允许的范围内尽可能的达到目的，减少风扇打开频率，减少能源消耗。因此，软件可以实现发展更好的实用

基于三菱PLC的隧道通风自动化控制系统

基于三菱PLC的隧道通风自动化控制系统【摘要】隧道是公路、铁路的一项重要交通基础设施，其所具有的通风性能非常重要，在本文中，将就基于三菱PLC的隧道通风自动化控制系统的实现进行一定的研究。

【关键词】三菱PLC；隧道通风自动化；控制系统1 引言隧道具有着半封闭、敞口管状的特点，这使其过往车辆所排放的污染物很容易在隧道内部进行混合、堆积，进而在能见度不断下降的情况下危及到行车以及过往行人的健康与安全；尤其是隧道内汽车起火燃烧时的浓烟，不仅会对当事人的生命财产造成危害，也会对被堵在隧道内的其它人员造成危害。

对此，就需要我们能够通过通风系统的设置加强隧道内通风性能，以此保证隧道行车的能见度和事故中的人身财产安全。

2 隧道概况某隧道全厂680m，双孔双向共4车道，南北朝向，安装有12台风机，南行、北行隧道各6台，以3组、2列方式进行安装。

布置方式如下所示：图1 隧道通风系统图3 隧道通风自动化系统实现3.1 设计思路在本系统中，将通过CO/VI检测器的应用对隧道中不同区域的烟雾浓度进行实时监测，并将所监测到的数据同本隧道的限定值进行比较。

之后，则通过PLC程序的应用对隧道内风机的启动、停止时间进行确定，以此使隧道的各个区段能够将烟雾值保持在合理范围之内。

区段设置方面，则将整个隧道划分为入口段、中间段以及出口段。

所使用的检测器为TPM660/D型检测器。

3.2 系统结构CO/VI检测器的检测值以及控制信号在测量后都会汇总到PLC配电箱中，并在其内部敷设了通风系统的控制电路、主电路以及PLC输入输出线路等。

电源线方面，其同电源避雷器相连接，并在模拟量输入模块同CO/VI检测器间信号通道间安装有避雷器，以此保证相关设备不会因为系统内部运行过程中出现的浪涌电流、过电压情况以及外界雷击等情况造成损坏。

敷设方面，使用了强、弱电缆线以分层的方式进行敷设，且将电缆线都放置在方形镀锌铁槽内，以此在保证其具有良好屏蔽效果的同时也获得了美观、有序、安全的特点。

PLC在模糊控制器中的应用

维普资讯
ＰＣ在模糊控制器中的应用Ｌ
电气传动２００７年第３７卷第３期
ＰＣ在模糊控制器中的摘要：出了一种基于ＰＣ的模糊控制的程序设计方法。采用ＰＣ及其常规输入／出模块组成模糊提ＬＬ输控制器，软件实现其控制功能。并将这一套模糊控制器应用于高速公路隧道通风系统。通过ＰＣ离线计用Ｌ算和在线查表的软件推理方式来实现，效地提高了通风系统控制的智能化。有
程应用，断深入发展。广泛采用的基于ＰＣ的不Ｌ
２通风系统中模糊控制器的设计
２１模糊控制器的结构．
本设计选择如图１所示的结构类型，立两建
个互相独立的模糊控制器：氧化碳浓度模糊控一
的控制效果。
进水平，先后出版了几十本有关模糊理论方面的书籍，年发表的研究论文也非常之多，比之下每相工程技术应用则相对较弱。近年来，计算机技术的发展给模糊技术的推广应用带来了美好的前景，糊控制技术在我国逐步从理论殿堂走人工模
传统自动控制系统虽然有设计方便快捷、发周开
制器和烟雾浓度模糊控制器，个控制器均为两两输入，单输出模糊控制器。一氧化碳浓度模糊控制器的输入为一氧化碳浓度的偏差和车流量，输出为投入运行的风机台数；雾浓度模糊控制器烟的输入为烟雾浓度的偏差和车流量，出为投入输

PLC在高速公路隧道监控系统中的应用

PLC在高速公路隧道监控系统中的应用摘要：PLC即可编程序控制器，其具有适用性强、应用方便、抗干扰能力强、编程简单、可靠性强等优势，目前在工业自动化控制领域中的地位不可取代。

PLC技术已逐渐在高速公路隧道监控系统中得到广泛应用，具有显著的应用优势。

因此，技术人员必须加强对PLC技术的研究，明确PLC在隧道监控系统中的主要功能，掌握系统各项设计要点，以此保障高速公路的交通运输安全。

基于此，本文主要分析了PLC在高速公路隧道监控系统中的应用。

关键词：PLC；高速公路；隧道监控系统引言高速公路隧道施工事关施工人员生命安全及公路行业领域的发展。

智能监控系统是隧道附属设施系统的集成，是对管廊的运营环境、廊内管线进行监测、控制的系统。

智能监控系统以PLC强大的可编程能力和智能监控平台强大的数据交换能力为基础，对各系统进行数据采集和功能控制，以达到对管廊的自动化监控。

1质量监控与管理重要性伴随着高速公路行业深入发展，隧道施工在整个高速公路建设中所占的比例不断扩大，其施工技术也得到了快速发展。

高速公路具有施工难度大、任务重、周期长等特点，因此其对质量监控与管理工作的要求十分严格。

一旦发生安全事故，势必会造成施工人员伤亡，导致工期延误，进而给施工企业造成不可挽回的经济损失。

在日常生活中，部分施工单位对高速公路隧道施工质量监控与管理的认识，仅局限于安全制度的建立、施工人员的安全意识薄弱及安全教育培训等方面。

但事实上，高速公路隧道质量监控与管理涉及整个隧道施工的各个方面，如隧道洞口、二次衬砌、仰拱施工、沟槽施工、防水通风施工以及台阶法施工等。

对此，只有在具体施工过程中加强和注重对以上各个环节施工质量的监控与管理，才能有效降低安全事故的发生概率[1]。

2PLC控制器运作原理PLC控制器作为微处理机的电子设备，广泛应用于像工业控制等需自动化控制的场景。

它可以将编程指令随时加载到内存并执行，具有使用灵活、编程容易、可靠性高以及安装调试与修理方便等优点。