基于西門子PLC控制的隧道風(fēng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

黃貝

摘要：本文確定了西門子S7-200smartPLC，并將其用于隧道風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，借助Delphi軟件科學(xué)地編寫觸摸屏界面，主站可以對多個從站進(jìn)行控制。對電氣設(shè)備來說，可靠性是最為基礎(chǔ)的性能。PLC選擇大規(guī)模集成電路技術(shù)，根據(jù)規(guī)范的生產(chǎn)工藝對內(nèi)部電路進(jìn)行制作，有不錯的抗干擾力。除上述外，PLC呈現(xiàn)出控制能力突出、構(gòu)成系統(tǒng)方便、周期偏短、易于維護(hù)等諸多優(yōu)勢，維護(hù)隧道風(fēng)機(jī)系統(tǒng)整體的安全。

關(guān)鍵詞：西門子plc控制；隧道風(fēng)機(jī)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【中圖分類號】TP241【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】2236-1879（2017）12-0211-02

1隧道通風(fēng)控制技術(shù)

1.1手動控制法：

該方法，需要操作人員通過手動的方式來對隧道風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制，其地點(diǎn)可以是隧道現(xiàn)場，也可以利用上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。

1.2程序控制法：

該方法，某種意義上屬于定時控制。它根據(jù)不同的時間區(qū)段（節(jié)假日或是工作日，白天或是晚上）編制出來的程序，對風(fēng)機(jī)進(jìn)行啟停。但沒有估計(jì)實(shí)時CO/VI值或是交通量的具體變化。

1.3前饋控制法：

該方法，結(jié)合車輛檢測器在某隧道中統(tǒng)計(jì)到的交通數(shù)據(jù)，將其視作控制參數(shù)，進(jìn)行前饋控制。據(jù)此，也可對啟停組數(shù)作出良性地控制。運(yùn)用CO/VI檢測器最后所得濃度值，可以實(shí)時進(jìn)行控制或是校正[1]。風(fēng)機(jī)啟停，則可利用前饋以及反饋信號共同進(jìn)行控制。

2基于西門子plc控制的隧道風(fēng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1隧道風(fēng)機(jī)系統(tǒng)原理：

本系統(tǒng)引入了地感線圈或是風(fēng)力傳感器兩項(xiàng)工具，分別對隧道內(nèi)部的車流量以及風(fēng)力風(fēng)向作出有效地測量。同時，將相應(yīng)的信息傳輸給PLC。根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的閾值，來對風(fēng)機(jī)有無啟動進(jìn)行判斷，使隧道擁有足夠的含氧量，維護(hù)隧道總體的行車安全。隧道風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)，大致分成風(fēng)機(jī)（組）、風(fēng)地感線圈以及力傳感器等諸多必備的設(shè)備。

2.2隧道風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)流程

（1）手動控制：

道路某側(cè)中的控制柜里，大多已經(jīng)裝載手動控制裝置。按鈕也有多個，如啟動、反轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)以及停止等等。若遇到各種突發(fā)情況，可以讓檢修人員進(jìn)行測試。

（2）自動控制：

硬件系統(tǒng)安裝之后，需對電源開關(guān)進(jìn)行接通。此時，隧道中所有的車流量或是風(fēng)力情況，均能夠處于監(jiān)測的狀態(tài)。若符合下列條件，以PLC控制為支撐，風(fēng)機(jī)能夠自動進(jìn)行啟停。①車流量控制。主站PLC周邊的道路通行方向，可以配備相應(yīng)的地感線圈。車輛每通行1次，PLC計(jì)數(shù)便會增加1。將輛/h視作單位，若檢測值≥預(yù)先設(shè)定值，此時風(fēng)機(jī)便可自動啟動（結(jié)合風(fēng)力傳感器實(shí)際測量得到的風(fēng)向數(shù)據(jù)[2]，我們可以對風(fēng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)作出判斷）。本項(xiàng)目中，預(yù)設(shè)值最初設(shè)定為300輛/h。②隧道堵車控制。若隧道遇到了某些緊急情況，使得交通發(fā)生堵塞。若車輛處于地感線圈的值已經(jīng)超出預(yù)先設(shè)定值，那么風(fēng)機(jī)同樣能夠自動啟動（結(jié)合風(fēng)力傳感器實(shí)際測量得到的風(fēng)向數(shù)據(jù)，我們也可以對風(fēng)機(jī)正反轉(zhuǎn)作出判斷）。本項(xiàng)目中，其設(shè)定值均為2min。③隧道風(fēng)力過小控制。本系統(tǒng)早就搭載了英國生產(chǎn)出來的風(fēng)力傳感器，可以對隧道中實(shí)際的風(fēng)力狀況進(jìn)行監(jiān)測。如果是隧道風(fēng)力明顯低于預(yù)先設(shè)定值，此時風(fēng)機(jī)便多數(shù)都能夠自動啟動。本項(xiàng)目中，我們將風(fēng)力預(yù)設(shè)值控制在3級。傳感器實(shí)際監(jiān)測到的風(fēng)力級數(shù)以及隧道風(fēng)向（控制于0～360°）。結(jié)合地方條件和不同的影響因素，我們認(rèn)定工程設(shè)計(jì)若為正轉(zhuǎn)方向，那么風(fēng)力傳感器實(shí)際測量出來的風(fēng)向數(shù)據(jù)，若為0～180°，那么風(fēng)機(jī)啟動可認(rèn)定為正轉(zhuǎn)；如果介于180～360°之間，那么認(rèn)定是反轉(zhuǎn)。

（3）故障報(bào)警：

控制柜中，對正常以及故障指示燈分別進(jìn)行了設(shè)置。系統(tǒng)在工作的狀態(tài)下，風(fēng)機(jī)均可符合啟停條件。若風(fēng)機(jī)遇到故障，或是和控制柜彼此遭遇通信故障，那么故障燈便會亮起[3]。該情況下，從業(yè)人員可及時進(jìn)行檢修。

2.3控制系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)

（1）PLC選型：

出于項(xiàng)目本身的需求，本設(shè)計(jì)最終確定了西門子S7-200SMART系列推出的PLC。該系列PLC呈現(xiàn)出下列獨(dú)特的屬性。①機(jī)型相對比較齊全，可供不同的選擇。該P(yáng)LC有多種類型、I/O點(diǎn)數(shù)較為多樣化的CPU模塊，且單體I/O點(diǎn)數(shù)峰值約為60點(diǎn)，能夠適應(yīng)小型自動化設(shè)備所提出的控制需求。除上述外，CPU模塊同時也搭載了標(biāo)準(zhǔn)型以及經(jīng)濟(jì)型，每位用戶均可酌情作出選擇。結(jié)合現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用需求，其產(chǎn)品可以做出恰當(dāng)?shù)嘏渲?，從而有效?jié)約成本。②高速芯片，有不錯的性能。搭載西門子獨(dú)特的處理器芯片，指令執(zhí)行能夠持續(xù)0.15μs。同級別小型PLC系列產(chǎn)品中，其排名靠前。在程序邏輯或是工藝要求比較嚴(yán)格的情況下，同樣可以有不錯的表現(xiàn)。③以太互聯(lián)，相對比較經(jīng)濟(jì)。CPU模塊本體，配置了獨(dú)立的太網(wǎng)接口，可以支持太網(wǎng)通信。一根簡單的網(wǎng)線，便可在PLC中對如下程序進(jìn)行下載，操作起來很方便，無需其他不同的編程電纜。利用以太網(wǎng)接口，能夠和CPU模塊或是觸摸屏之間完成通信，順利組網(wǎng)。④通用SD卡，給用戶下載提供諸多便利。本機(jī)對MicroSD卡插槽實(shí)現(xiàn)了有效集成，選擇常見的MicroSD卡便可對程序進(jìn)行更新，同時也可對PLC固件進(jìn)行升級。客戶工程師可以對用戶提供最佳的服務(wù)支持，防止PLC固件升級帶來的諸多不便。

（2）地感線圈：

地感線圈，可以對隧道中的車流量進(jìn)行監(jiān)測。根據(jù)線圈上車輛實(shí)際的停留時間，對隧道有沒有堵車作出判斷。地感線圈，可以把采集成功的數(shù)據(jù)從I/O端口順利地傳輸至PLC中。據(jù)此，PLC可以對風(fēng)機(jī)有無動作作出最后地判斷。地感線圈及其參數(shù)，見表1。

（3）風(fēng)力傳感器：

風(fēng)力傳感器，可以對風(fēng)力以及風(fēng)向進(jìn)行測量。同時，可以將數(shù)據(jù)及時地發(fā)送至PLC。PLC根據(jù)外界條件，可以判斷風(fēng)機(jī)有沒有發(fā)生動作。通過做好市場調(diào)研，再考慮項(xiàng)目本身的需求，本次我們選擇了某電子科技有限公司生產(chǎn)出來的風(fēng)力傳感器，其參數(shù)見表2。

2.4軟件部分設(shè)計(jì)

若車輛在地感線圈中實(shí)際的停留時間大于60s，提示有堵車現(xiàn)象。若風(fēng)速<3級，則風(fēng)機(jī)將被啟動；若<60s，風(fēng)速>3級，則風(fēng)機(jī)無法被啟動。若車流量>300輛/h，通過和風(fēng)力傳感器進(jìn)行結(jié)合，可以對風(fēng)機(jī)有無啟動進(jìn)行判斷；若車流量<300輛/h，風(fēng)機(jī)沒有啟動。

（1）Modbus通信主站指令：

①Addr描述了遠(yuǎn)方（從站）Modbus協(xié)議上標(biāo)注出來的40001起始地址。這個地址，也即是我們常說的VD型變量。然而，它的具體計(jì)數(shù)基本上為VW，相當(dāng)于word型。②Count也可解釋為立即數(shù)，其計(jì)數(shù)基本上均和Addr參數(shù)有一定關(guān)聯(lián)。如果Addr寫作0xxxx或是1xxxx，則提示Count等于bit數(shù)。若Addr為3xxxx、4xxxx，那么Count代表了word數(shù)。③Dataptr代表本數(shù)據(jù)區(qū)中的首地址，應(yīng)當(dāng)為VB類型，&代表了指針。若寫作VW，其運(yùn)行結(jié)果錯誤，無法調(diào)試，此時聯(lián)機(jī)調(diào)試必然會提示錯誤。

（2）Smart系列的Bug：通過Copy某個程序段，使其轉(zhuǎn)入另外程序，若已調(diào)用子程序，盡管其名稱沒有錯，且子程序號也無變化，不過各個子程序號有較大的差異，極易帶來下列結(jié)果。①若出現(xiàn)該號子程序，那么會提示誤調(diào)用；②若沒有，那么會彈出“系統(tǒng)錯誤”，無法找出原因。處理方法：在目的程序中需對該調(diào)用進(jìn)行刪除，再次添加，那么子程序號也會保持準(zhǔn)確。

3結(jié)語

根據(jù)PLC來對風(fēng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)完成設(shè)計(jì)，優(yōu)化了整個系統(tǒng)，同時也使設(shè)備變得更加可靠，對今后的操作以及維護(hù)提供了諸多便利，降低了能耗，增強(qiáng)了隧道工程的安全系數(shù)。除上述外，我們應(yīng)當(dāng)配備足夠的通信模塊，對集散式控制系統(tǒng)進(jìn)行組建，通過遠(yuǎn)程的方式對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，維護(hù)隧道系統(tǒng)的運(yùn)行安全。

參考文獻(xiàn)

[1]何世龍.公路長隧道前饋式通風(fēng)控制系統(tǒng)原理與方法研究[D].西南交通大學(xué)，2004.

[2]孫巧燕，杜愛月，蘇詩琳.基于模糊控制的公路隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)[J].長安大學(xué)學(xué)報(bào)，2003.

[3]諸靜.模糊控制原理與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.