体育场馆换风扇自动控制系统研究

体育场馆换风扇自动控制系统研究

运动场馆作为学生体育课室内运动的主要场所，室内运动场馆O2和CO2的变化浓度对学生体质健康的影响，通过查阅相关文献了解到室内O2和CO2对学生有不程度的影响，通过实时监测体育场馆的环境参数，采用PLC进行自动控制换风扇的运动状况，有效的进行空气的对流。

标签：建筑工程；项目管理；目标控制；研究

当代大学生的身体状况是国家关心的主要内容，体育场馆室内环境的参数分布对学生进行体育运动起着不可忽视的作用。通过对体育产管室内温度的控制控制对象和场馆环境的特点的分析，确定了控制系统的結构和控制方案，本文设计了以PLC为下位机，以装有组态王软件的PC机为上位机的分布式智能监控系统。硬件主要包括PLC及其特殊功能模块、各种传感器电路、电源和执行部件，软件主要是组态王软件和三菱PLC编程软件GX Developer。

1、控制系统总体概述

1.1控制软件分析

在体育场馆内数据通信、数据处理、智能控制等模块的设计中，都需要一些智能元件来完成这些功能。目前，体育场馆环境监控根据采用的主控制器不同主要分为：基于单片机，基于工业控制机，基于可编程控制器。由于普通的现场控制器作为下位机的单独控制能力较弱，所以选用PLC作为下位机，组态软件作为上位机，这样也克服了单独的PLC人机交互能力差的问题。

1.2组态王软件功能简介

组态王由工程管理器、工程浏览器和运行系统三部分构成。其中工程管理器是用于创建和管理工程；工程浏览器是工程的开发设计工具；运行系统是人机运行界面，把采集的数据通过与画面对象的关联显示于画面。

组态王的功能特点如下：人机界面功能丰富、通信能力强大、报警和事件管理先进、强大的网络和冗余功能。

创建一个组态王工程的一般步骤为：1、创建工程，利用组态王工程创建向导，并设置新建工程为当前工程；2、画面组态，组态王采用的是面对对象的编程技术，用户可以为每个工程建立多个画面；3、定义变量，主要包括变量名，变量类型，如果变量类型是I/O型，则还需要选择连接设备，寄存器和数据类型；

4、动画连接，关联画面与变量，当变量的实际值发生改变时，画面也相应变化。

5、运行和调试，在组态王开发系统中通过菜单命令进入组态王运行系统。显示出组态王实际运行时的画面，并与设计要求对比。

2、控制系统硬件简介

2.1环境监测系统控制硬件

系统选择了日本三菱公司生产的FX2N-48MR-001型PLC，该型号PLC是AC 电源，DC输入。FX2N-48MR-001型PLC基本单元有24个输入端子，24个输出端子，可以满足开关量输入输出的需求，不再需要I/O扩展单元。

2.2温度传感器

系统选择AD590集成温度传感器，它输出电流，此电流与绝对温度有线性关系。AD590温度传感器精度有I、J、K、L、M五个档，M 档精度最高，其主要特

点如下：线性电路输出灵敏度：1uA/k；测温范围在-55℃-150℃；陶瓷传感器

封装。该温度传感器具有功耗低、成本小、占用体积小的特点。

2.3湿度传感器

本系统检测的是体育场馆的相对湿度，根据体育场馆湿度控制的特点和选择传感器的原则，选择了HS1101湿度传感器。

HS1101湿度传感器是基于电容性湿度传感元件的。HS1101湿度传感器的主要特点有：不受水份浸渍的影响，具有高可靠性和长期稳定性；尺寸小；对温度的依赖度低；测湿范围为0%到100%RH；工作环境温度为-40℃-60℃；测量精度

0.4%RH。因此该湿度传感器适合在体育场馆这种复杂环境中进行长时间的工作。

2.4二氧化碳传感器

常用的二氧化碳传感器主要有两种，一种是红外原理的，另一种是固态电解质的。其中红外二氧化碳传感器原理是根据CO2对特定波段红外辐射的吸收作用，使透过测量室的辐射能量减弱，减弱的程度取决于被测CO2气体中的CO2含量。而固态电解质CO2传感器原理是指CO2气体通过传感器时产生碳酸离子，与正离子结合，此化学反应会产生电动势，于是可以通过测量该电动势的大小来测量通过的二氧化碳浓度。由于这种传感器相对而言性能更好，得到广泛应用。

根据学生进行体育运动后CO2气体浓度控制的特点和选择传感器的原则，系统选择MG811型CO2气体传感器模块。MG811型CO2气体传感器主要特点有：对CO2有良好的敏感性和选择性；对温湿度的依赖性低；长期稳定性和可

再现性；工作（预热）电压为6V；工作温度为-20℃-50℃；输出电压为30mV-50mV。

3、控制系统功能设计

体育场馆监控系统主要起到的是监视和控制的作用，通过传感器将温度、湿度、CO2浓度、光照强度的信息传输到主控制器PLC，主控制器根据控制方案控制执行部件动作，系统自动采集执行部件运行状况，对异常情况进行报警。

3.1系统控制功能分析

为了科学的管理体育场馆的环境，给学生一个良好的运动环境，对系统的控制功能进行了系统全面的分析。系统主要实现的功能有：

（1）实时检测场馆中的温度、湿度、CO2浓度、光照强度参数；

（2）实时显示场馆执行部件的状态；

（3）在线设定温度、湿度等参数的上限下限值以及设备执行的延迟时间；

（4）各参数的实时趋势曲线、历史趋势曲线；

（5）实时数据库、历史数据报表的查询和打印功能；

（6）具有用户管理功能，不同操作人员有各自账号密码，有不同操作权限；

（7）自动控制功能，PLC输出控制信号控制执行部件，使环境参数在用户所

设区间内。（8）故障报警功能，当数据出错，执行部件状态显示出错时故障报警。

整个控制系统功能需要上位机下位机协同完成，有些功能需要通过上位机设计实现，比如数据存储、状态显示、打印查询、生成趋势曲线、用户管理等。还有一些功能需要下位机来实现，比如监测数据的采集，控制信号的输入输出等。

3.2控制系统软硬件连接

FX2N与执行部件的连接FX2N-48MR-001为固态继电器输出，输出电压DC24V，无法直接驱动220V或380V接触器的，需要加入中间继电器，即使能直接驱动对电压、频率、功率要求低的小型电机，为了保护输出触点，也应加入中间继电器。本系统选择的执行部件有外遮阳幕、天窗侧窗、循环风机、通风风机、加温装置。

（1）天窗硬件控制