地鐵站通風控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計與研究

齊楠,黃明強

(1.遼寧省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院，遼寧 沈陽 110032;2.沈鼓集團，遼寧 沈陽 110004)

地鐵站通風控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計與研究

齊楠1,黃明強2

(1.遼寧省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院，遼寧 沈陽 110032;2.沈鼓集團，遼寧 沈陽 110004)

以地鐵站的軸流風機為控制對象，分析地鐵站風機變頻調(diào)速的節(jié)能原理，介紹了PLC部分和變頻器部分的選型。對通信協(xié)議、主電路設(shè)計、控制電路設(shè)計進行了介紹。用PLC控制變頻器去驅(qū)動風機變頻運行，進行變頻調(diào)速。滿足地鐵站溫度的要求，達到較好的節(jié)能效果。

地鐵;通風控制系統(tǒng);PLC

1 概述

地鐵，因其獨有的便利性和快速性，成為解決城市交通問題最有效的方法之一。近年來地鐵建設(shè)迎來了高峰期。因此，如何優(yōu)化設(shè)計地鐵站通風系統(tǒng)，做到系統(tǒng)的節(jié)能運行，具有重要意義。

2 地鐵風機變頻調(diào)速的節(jié)能原理

地鐵風機負載轉(zhuǎn)矩與速度的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。因此，用變頻器改變風機的轉(zhuǎn)速，可以獲得顯著的節(jié)能效果。

當通風機穩(wěn)定運行時，風機的風量與轉(zhuǎn)速成正比，風壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。如果風機的轉(zhuǎn)速降為原來的50%，那么風量也降為原來的50%，功率則降為原來的 12.5%。這說明通過改變通風機的轉(zhuǎn)速，來改變通風機的功率輸入，從而節(jié)省大量的電能。通風機的轉(zhuǎn)速可以通過改變電源的輸入頻率來控制，因此，變頻調(diào)速能夠節(jié)約大量能源。

3 PLC可編程控制器部分

可編程控制器采用SIMATIC S7-1200。SIMATIC S7-1200 是西門子新一代的可編程控制器。其CPU 集成有6個高速計數(shù)器，其中3個的最高頻率為100kHz，另外3個為30kHz，還集成了兩個100kHz的高速脈沖輸出，可以輸出脈沖寬度調(diào)制( PMW)信號。

4 變頻器部分

變頻器部分采用西門子MM430。西門子MM430 是全新一代標準風機水泵專用型變頻器。它按照專用要求設(shè)計，并使用內(nèi)部功能互聯(lián)(BiCo)技術(shù)，具有高度可靠性和靈活性?？刂栖浖梢詫崿F(xiàn)專用功能：多泵切換、手動/自動切換、旁路功能、斷帶及缺水檢測、節(jié)能運行方式等。內(nèi)部具有數(shù)字量輸入6個，模擬量輸入2個，輸入信號類型可以是0～+10V、0～20mA和 -10～+10V，這2個模擬輸入可以作為第7和第8個數(shù)字輸入，模擬量輸出2個，繼電器輸出3個，具有15個固定頻率，4個跳轉(zhuǎn)頻率[1]。

5 地鐵車站通風系統(tǒng)原理

車站每端均設(shè)置一條送風道、一條排風道和一條活塞風道，每條排風道內(nèi)并聯(lián)設(shè)置兩臺相同參數(shù)的車站通風機 SVF( 兼做車站公共區(qū)排煙風機和區(qū)間隧道事故風機)，每條活塞風道內(nèi)各設(shè)置一臺事故風機 TVF，風道內(nèi)設(shè)置相關(guān)的消聲器、組合風閥等設(shè)備。每條送風道內(nèi)設(shè)置一臺車站送風機和一臺區(qū)間送風機，送風道內(nèi)設(shè)置初效過濾器。

在站臺層設(shè)置軌頂通風道和站臺板下通風道，軌頂通風道兼做站臺層排煙風道，為了增強站臺層候車區(qū)的排煙效果，在站臺候車區(qū)域設(shè)置排風兼排煙管。在站廳沿車站縱向設(shè)置站廳層排風排煙風管。在站廳站臺層縱向設(shè)置送風管。在車站兩端設(shè)置區(qū)間送風管[2]。

6 控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信部分

控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議采用PROFINET。PROFINET實時以太網(wǎng)支持一般標準的工業(yè)過程控制和過程數(shù)據(jù)對時間要求十分苛刻的現(xiàn)場級實時控制和運動控制應(yīng)用，以及基于組件的分布式自動化系統(tǒng)集成。PROFINET 實時以太網(wǎng)不僅面向過程自動化應(yīng)用，還可實現(xiàn)高性能運動控制。通過 PROFINET，分布式現(xiàn)場設(shè)備(I/O控制器、I/O設(shè)備和 I/O監(jiān)視器)可以直接連接到工業(yè)以太網(wǎng)。SIMATIC S7-1200CPU集成的PROFINET通信接口支持面向連接的以太網(wǎng)傳輸層通信協(xié)議。使用 PROFINET 通信接口可以實現(xiàn)S7-1200 PLC 與編程設(shè)備的通信，與S7-200 PLC、S7-300/400 PLC 的以太網(wǎng)通信，與HMI人機界面的通信以及與其他 CPU之間的通信。

7 主電路設(shè)計

在風機控制系統(tǒng)硬件電路的主電路部分，M1、M2、 M3為地鐵風機的三臺電機，交流接觸器KM1、 KM2分別控制M1、M2的變頻運行；交流接觸器 KM3 控制M3工頻運行；QS1、QS2為主電路電源的隔離開關(guān)；FU1為主電路的熔斷器；FRl、FR2、FR3分別為電機M1、M2、M3的熱繼電器；VVVF1、VVVVF2為風機、泵類專用變頻器 MM430。

8 控制電路設(shè)計

在風機控制系統(tǒng)硬件電路的控制電路的部分，利用 PLC進行控制，在很大程度上提高了系統(tǒng)的可靠性、節(jié)省大量的繼電器，同時還實現(xiàn)了復雜的邏輯控制和模擬量控制等功能。本控制系統(tǒng)選用的 PLC 為Siemens S7-1200系列中CPU為1241C的PLC， 本機帶有14點數(shù)字量輸入和10點數(shù)字量輸出。為了實現(xiàn)對溫度和煙霧濃度的模擬量控制，外部擴展一個 SM1234的模擬量模塊，它具有4個模擬量輸入和兩個模擬量輸出。

變頻器選擇的是兩臺型號為 MM430，功率為 75kW 的風機、泵專用變頻器，控制功率為 2*40kW 的通風機。用U/f控制方式的變頻器來控制該類機械的轉(zhuǎn)速，能夠達到節(jié)能的效果。

9 結(jié)束語

地鐵公共區(qū)通風系統(tǒng)是保障地鐵舒適、 安全運行的重要組成部分。本文的地鐵站通風控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，采用PID 的控制算法，達到了較好的節(jié)能效果。

[1] 王建，楊秀雙.西門子變頻器入門與典型應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2011.

[2] 賈維山，王佳.BAS系統(tǒng)在沈陽地鐵一號線的應(yīng)用[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2010，2：41-41.

[3] 施俊良.室溫自動調(diào)節(jié)原理和應(yīng)用[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1983.

The Hardware Design and Research on the Ventilating Control System of the Subway Station

QINan1,HUANGMing-qiang2

(1.Liaoning Province Product Quality Supervision and Inspection Institute,Shenyang 110032,China;2.Shengu Group,Shenyang 110004,China)

In this paper,the station of the axial fan is the control object. This paper analyses the energy saving principle of fan frequency conversion speed regulation in subway station,and introduces the selection of PLC part and the inverter part. The communication protocol,the design of the main circuit,the design of the control circuit are introduced.Use the PLC control inverter to drive the fan and frequency conversion.The result meets the temperature requirements of the metro station,and achieves better energy-saving effect.

metro;ventilating control system;PLC

1004-289X(2015)03-0058-03

TM921

B

2015-04-18

齊楠,工程師，碩士研究生，畢業(yè)于浙江大學信息學部控制科學與工程系控制理論與控制工程專業(yè)，主要從事電子電氣產(chǎn)品的檢測與研究; 黃明強，畢業(yè)于東北大學自動化專業(yè)，從事控制系統(tǒng)編程與調(diào)試工作。

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