基于PLC的隧道通风控制系统设计
基于PLC的隧道通风控制系统设计[20200410140923]
摘 要
隧道建设可以提高交通运输便捷性、保护生态环境。但是隧道内复杂的交通环境和空气质量严重影响隧道内行车人员的安全，因此隧道通风控制系统的设计显得非常重要。
根据隧道通风控制系统的设计规范，论文完成了PLC软硬件设计及上位机监控程序设计。硬件设计中，根据隧道通风系统控制的要求，及交流接触器控制电路的工作原理，绘制出一、二次电气图、PLC端子接线图等。软件设计中，完成了流程图的设计，根据流程图编写PLC控制程序并进行了调试。从实际效果来看，系统很好的完成了对监控数据的采集和应用，能够保证隧道通风的稳定可靠。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:PLC变频器隧道通风组态王CO/VI检测仪
目 录
第一章 绪论 1
1.1 隧道通风控制系统的背景和意义 1
1.1.1 研究背景 1
1.1.2 隧道通风控制系统发展的意义 1
1.2 国内外隧道通风控制系统的研究现状 1
1.2.1 国外研究的现状 1
1.2.2 国内研究的现状 2
1.3 发展趋势 2
第二章 隧道通风控制系统整体介绍 3
2.1 隧道通风控制系统的通风方式的选择 3
2.2 隧道通风控制系统的结构 4
2.2.1 隧道通风控制系统的总体构成 4
2.2.2 CO/VI浓度检测仪的介绍 5
2.2.3 PLC的选型及介绍 6
2.2.4 变频器选型及构成 8
2.2.5 风机组的选择 8
第三章 隧道通风控制系统方案的设计 9
3.1 隧道通风控制系统的总体设计 9
3.1.1 隧道通风控制系统的控制要求 9
3.1.2 隧道通风控制系统的控制方案 10
第四章 隧道通风控制系统的软硬件实现 11
4.1 硬件部分的设计 11
4.1.1 S7—200PLC和MM440变频器控制系统的接线图 11
4.1.2 对于变频器参数设定 14
4.2 PLC部分的设计 14
4.2.1 I/O接口的设计 14
4.2.2 隧道通风控制系统的控制流程图 16
4.2.3 模拟量采集与转换模块 18
4.3上位机的选择及其应用 19
4.3.1 组态王软件的介绍 19
4.3.2 组态王与下位机的通讯链接 19
4.3.3 监控界面的设计 20
4.3.4 数据词典的设计 21
4.3.5 报警记录的设计 22
4.3.6 制作过程中的难点及解决 23
第五章 隧道通风控制系统的调试与运行 24
5.1 上位机部分的调试与运行 24
5.2 下位机部分的调试与运行 27
总结 29
参考文献 29
致谢 33
附录 29
第一章 绪论
1.1 隧道通风控制系统的背景和意义
1.1.1 研究背景
随着科技的发展和社会的进步，交通运输业已经成为各个国家经济发展的重要一环。一些重要的运输与采集往往要经过一些山区，公路隧道的建设解决了交通行程长，地形复杂等诸多因素带了的不便，不仅节约了宝贵的时间并且更加有效的保护了当地的生态环境。然而由于隧道的空间并不开阔，而且一般都比较长。那么由汽车排放的尾气严重的污染了隧道内部的空气，一旦发生事故，烟尘的扩散也会影响隧道内部交通的安全。由此，隧道内部的通风就显得尤为重要，而隧道通风控制系统的设计就成为解决这些问题的关键。
然而，一般的人为控制没有那么高的效率也会浪费过多的资源，实时性也没那么好。自动化的控制可以很好的解决这些问题。这时我们就需要用一个完善的监控系统进行实时的监控。
1.1.2 隧道通风系统发展的意义
经济的发展离不开运输，而一个安全舒适的运输环境就显得尤为重要。虽然近年来我国在隧道通风控制技术上已经取得了较快的提高，但是和别的先进国家还有一定的差距。随着现代科技的迅速发展，人们对控制理念渐渐发生改变，开发出来的系统逐步朝着更加智能化、网络化和软件化走去。由于科技的进步我们可以监测到更多的环境参数，从而使我们的控制系统更精确。
1.2 国内外隧道通风控制系统的研究现状
1.2.1 国外研究的现状
工业发展较早的一些西方发达国家他们更早的看到运输对国家经济发展的重要性。现在的挪威和瑞士的世界第一，两个长的隧道，反映了他们独特的道路和隧道施工能力。欧洲各国在这一百多年的隧道建设发展中逐渐的建立了具有自己鲜明特色的风格，同时他们也在隧道建设方面积累了丰厚的经验，为我国的隧道建设与发展提供了模板和教材。最早通过传感器检测隧道内的CO/VI浓度，并以此为基准来控制风机进行隧道通风的是70年代的德国新易北河隧道。随着亚洲经济的发展、工业的发展，日本在这一方面逐步走到前面。随着模糊控制技术的发展，日本开始尝试将模糊控制应用到隧道控制系统中。他们采用了转换器对风机进行自动管理，这不仅解决了风机启动时的磨损，同时也节约了大量的电能和资源。
1.2.2 国内研究的现状
我国的在公路隧道方面的发展比较晚，在隧道技术方面起步也比较晚。而我国的山地占地面又比较广，隧道的建设成为一个必然的发展趋势。我国的一些控制手段，基本采用手动控制、实时控制和智能模糊控制相结合。手动控制相对操作简单，一般用于处理一些紧急情况，如火灾，车祸等。实时监控主要依托于CO浓度和VI值，目前普遍采用于国内隧道控制中。
1.3 发展趋势
汽车在行驶过程中大量排放的主要污染物是CO和VI(烟雾)。而隧道通风控制系统重点和难点就是如何有效控制空气中CO/VI的浓度,提高隧道内的行车安全性和舒适性。近年来由于PLC和变频器的迅速发展并且由于其安全性、简洁性和智能性而被广泛应用在这一行业，逐渐成为实现自动化控制的控制设备。
根据隧道的自身特点，我们可能会面临以下的困难：封闭性强、噪音大、能见度低、污染物沉积严重等。汽车尾气的大量排放，由于没有顺畅的通风系统稀释空气中的汽车尾气，很容易造成火灾，缺氧，中毒，或者由于能见度低所引起的车祸。为了汽车驾驶员和隧道管理人员的健康和安全，隧道通风系统的设计显得尤为重要。
第二章 隧道通风控制系统介绍
2.1 隧道通风系统的通风方式的选择
隧道通风主要的方法是通过从隧道外部注新鲜空气，将它们与隧道内部浑浊的空气进行稀释，从而保障隧道内空气质量。自然通风是一种常见的通风方式，单一的自然通风有时并不能满足我们的需求，所以我们在隧道通风系统中还会采用机械通风。机械通风主要有纵向通风、横向通风和半横向通风这几种。
纵向通风是一种最基本的机械通风方式，我们沿隧道纵向安装通风，风机一般选择安装在隧道的顶部或侧部，我们可以进行单一方向的通风，也可以进行双向的通风排烟；同时我们也可以用一个大型的通风风管道来进行集中的排风处理，每组风机的排风都通过这个管道进行。
图2-1 纵向通风示意图
全横向通风是指沿隧道方向在道路两边安装设备，设备一般安装在隧道两边的墙壁上，其中包括送风机和排风机，它们间隔工作，一起协作将隧道内的空气通过排风管道排出隧道，同时进风管道也可以引进新鲜空气，改善隧道内的空气质量。
图2-2 全横向通风示意图
半横向通风和横向通风相类似，只是系统的大小和进出风口不同。
相比较横向通风的效果其实并不如纵向通风来的好，而且横向通风的工程量也更大更复杂，需要投入更多的成本，系统建成后的运营所需的维护费用也比较高，一旦出现故障，排查也比较困难，而且横向通风会产生较大的噪音，所以最终设计选择采用纵向通风方式。
2.2 隧道通风系统的结构
2.2.1 隧道通风系统的总体构成
摘 要
隧道建设可以提高交通运输便捷性、保护生态环境。但是隧道内复杂的交通环境和空气质量严重影响隧道内行车人员的安全，因此隧道通风控制系统的设计显得非常重要。
根据隧道通风控制系统的设计规范，论文完成了PLC软硬件设计及上位机监控程序设计。硬件设计中，根据隧道通风系统控制的要求，及交流接触器控制电路的工作原理，绘制出一、二次电气图、PLC端子接线图等。软件设计中，完成了流程图的设计，根据流程图编写PLC控制程序并进行了调试。从实际效果来看，系统很好的完成了对监控数据的采集和应用，能够保证隧道通风的稳定可靠。
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关键字:PLC变频器隧道通风组态王CO/VI检测仪
目 录
第一章 绪论 1
1.1 隧道通风控制系统的背景和意义 1
1.1.1 研究背景 1
1.1.2 隧道通风控制系统发展的意义 1
1.2 国内外隧道通风控制系统的研究现状 1
1.2.1 国外研究的现状 1
1.2.2 国内研究的现状 2
1.3 发展趋势 2
第二章 隧道通风控制系统整体介绍 3
2.1 隧道通风控制系统的通风方式的选择 3
2.2 隧道通风控制系统的结构 4
2.2.1 隧道通风控制系统的总体构成 4
2.2.2 CO/VI浓度检测仪的介绍 5
2.2.3 PLC的选型及介绍 6
2.2.4 变频器选型及构成 8
2.2.5 风机组的选择 8
第三章 隧道通风控制系统方案的设计 9
3.1 隧道通风控制系统的总体设计 9
3.1.1 隧道通风控制系统的控制要求 9
3.1.2 隧道通风控制系统的控制方案 10
第四章 隧道通风控制系统的软硬件实现 11
4.1 硬件部分的设计 11
4.1.1 S7—200PLC和MM440变频器控制系统的接线图 11
4.1.2 对于变频器参数设定 14
4.2 PLC部分的设计 14
4.2.1 I/O接口的设计 14
4.2.2 隧道通风控制系统的控制流程图 16
4.2.3 模拟量采集与转换模块 18
4.3上位机的选择及其应用 19
4.3.1 组态王软件的介绍 19
4.3.2 组态王与下位机的通讯链接 19
4.3.3 监控界面的设计 20
4.3.4 数据词典的设计 21
4.3.5 报警记录的设计 22
4.3.6 制作过程中的难点及解决 23
第五章 隧道通风控制系统的调试与运行 24
5.1 上位机部分的调试与运行 24
5.2 下位机部分的调试与运行 27
总结 29
参考文献 29
致谢 33
附录 29
第一章 绪论
1.1 隧道通风控制系统的背景和意义
1.1.1 研究背景
随着科技的发展和社会的进步，交通运输业已经成为各个国家经济发展的重要一环。一些重要的运输与采集往往要经过一些山区，公路隧道的建设解决了交通行程长，地形复杂等诸多因素带了的不便，不仅节约了宝贵的时间并且更加有效的保护了当地的生态环境。然而由于隧道的空间并不开阔，而且一般都比较长。那么由汽车排放的尾气严重的污染了隧道内部的空气，一旦发生事故，烟尘的扩散也会影响隧道内部交通的安全。由此，隧道内部的通风就显得尤为重要，而隧道通风控制系统的设计就成为解决这些问题的关键。
然而，一般的人为控制没有那么高的效率也会浪费过多的资源，实时性也没那么好。自动化的控制可以很好的解决这些问题。这时我们就需要用一个完善的监控系统进行实时的监控。
1.1.2 隧道通风系统发展的意义
经济的发展离不开运输，而一个安全舒适的运输环境就显得尤为重要。虽然近年来我国在隧道通风控制技术上已经取得了较快的提高，但是和别的先进国家还有一定的差距。随着现代科技的迅速发展，人们对控制理念渐渐发生改变，开发出来的系统逐步朝着更加智能化、网络化和软件化走去。由于科技的进步我们可以监测到更多的环境参数，从而使我们的控制系统更精确。
1.2 国内外隧道通风控制系统的研究现状
1.2.1 国外研究的现状
工业发展较早的一些西方发达国家他们更早的看到运输对国家经济发展的重要性。现在的挪威和瑞士的世界第一，两个长的隧道，反映了他们独特的道路和隧道施工能力。欧洲各国在这一百多年的隧道建设发展中逐渐的建立了具有自己鲜明特色的风格，同时他们也在隧道建设方面积累了丰厚的经验，为我国的隧道建设与发展提供了模板和教材。最早通过传感器检测隧道内的CO/VI浓度，并以此为基准来控制风机进行隧道通风的是70年代的德国新易北河隧道。随着亚洲经济的发展、工业的发展，日本在这一方面逐步走到前面。随着模糊控制技术的发展，日本开始尝试将模糊控制应用到隧道控制系统中。他们采用了转换器对风机进行自动管理，这不仅解决了风机启动时的磨损，同时也节约了大量的电能和资源。
1.2.2 国内研究的现状
我国的在公路隧道方面的发展比较晚，在隧道技术方面起步也比较晚。而我国的山地占地面又比较广，隧道的建设成为一个必然的发展趋势。我国的一些控制手段，基本采用手动控制、实时控制和智能模糊控制相结合。手动控制相对操作简单，一般用于处理一些紧急情况，如火灾，车祸等。实时监控主要依托于CO浓度和VI值，目前普遍采用于国内隧道控制中。
1.3 发展趋势
汽车在行驶过程中大量排放的主要污染物是CO和VI(烟雾)。而隧道通风控制系统重点和难点就是如何有效控制空气中CO/VI的浓度,提高隧道内的行车安全性和舒适性。近年来由于PLC和变频器的迅速发展并且由于其安全性、简洁性和智能性而被广泛应用在这一行业，逐渐成为实现自动化控制的控制设备。
根据隧道的自身特点，我们可能会面临以下的困难：封闭性强、噪音大、能见度低、污染物沉积严重等。汽车尾气的大量排放，由于没有顺畅的通风系统稀释空气中的汽车尾气，很容易造成火灾，缺氧，中毒，或者由于能见度低所引起的车祸。为了汽车驾驶员和隧道管理人员的健康和安全，隧道通风系统的设计显得尤为重要。
第二章 隧道通风控制系统介绍
2.1 隧道通风系统的通风方式的选择
隧道通风主要的方法是通过从隧道外部注新鲜空气，将它们与隧道内部浑浊的空气进行稀释，从而保障隧道内空气质量。自然通风是一种常见的通风方式，单一的自然通风有时并不能满足我们的需求，所以我们在隧道通风系统中还会采用机械通风。机械通风主要有纵向通风、横向通风和半横向通风这几种。
纵向通风是一种最基本的机械通风方式，我们沿隧道纵向安装通风，风机一般选择安装在隧道的顶部或侧部，我们可以进行单一方向的通风，也可以进行双向的通风排烟；同时我们也可以用一个大型的通风风管道来进行集中的排风处理，每组风机的排风都通过这个管道进行。
图2-1 纵向通风示意图
全横向通风是指沿隧道方向在道路两边安装设备，设备一般安装在隧道两边的墙壁上，其中包括送风机和排风机，它们间隔工作，一起协作将隧道内的空气通过排风管道排出隧道，同时进风管道也可以引进新鲜空气，改善隧道内的空气质量。
图2-2 全横向通风示意图
半横向通风和横向通风相类似，只是系统的大小和进出风口不同。
相比较横向通风的效果其实并不如纵向通风来的好，而且横向通风的工程量也更大更复杂，需要投入更多的成本，系统建成后的运营所需的维护费用也比较高，一旦出现故障，排查也比较困难，而且横向通风会产生较大的噪音，所以最终设计选择采用纵向通风方式。
2.2 隧道通风系统的结构
2.2.1 隧道通风系统的总体构成
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