隧道排风系统电气控制系统设计

隧道排风系统电气控制系统设计

黄跃娟 朱雨婷 张高旭 陆祖钊 卑煦

哈尔滨华德学院 150025

摘要：本文采用西门子PLC为核心控制器，外加扩展1块4通道模拟量输入模块和一个2通道模拟量输出模块。分析了工艺要求，设计硬件电路，控制电路，设计程序流，使用WINCC组态软件和S7-1200仿真软件进行模拟演示。

关键词：隧道排风，PLC，仿真

1、引言

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。随着隧道内车流量，人员多少，环境条件，在不同状况能够自动的，实时的输出不同流量的要求。这就需要采用一定的技术手段，在此处定为：在不同的环境条件下通过传感器等器件感知环境的变化，把这些变化转变为电信号传送给PLC，再通过PLC控制变频器输出控制风机，供给不同流量，并通过触摸屏监视运行状态并控制。

2、系统设计方案

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。通过对隧道内空气浓度判断隧道是否可以继续运行下去，根据隧道内空气含量调节排风电机的转速，从而达到索要实现的功能。

3、系统硬件设计

三相380V交流电经L1，L2，L3，N供设备使用。QF0是整台设备的断路器，起到通断整台设备电源的目的。PA1是电流表，显示电路电流，PV1是电压表，显示系统电压。QF1变频器回路断路器，起到通断变频器回路电源作用。A1是MM430变频器，驱动风机电机。KA1是电机变频器启动信号，PLC控制KA1线圈得电，常开触点闭合，启动变频器。QW2的模拟量输出接变频器的模拟量输入，控制变频器速度。M1是风机1电机，M2是风机2电机。KM1是风机1变频启动接触器，KM2是风机1工频启动接触器。热继电器FR1是风机1电机过载保护，防止电机烧毁。KM3是风机2变频启动接触器，KM4是风机2工频启动接触器。热继电器FR2是风机2电机过载保护，防止电机烧毁。

含氧量检测FT1，接模拟量输入6ES7 231-4HD32-0XB0的通道1,IW2。有害气体检测FT2，接模拟量输入6ES7 231-4HD32-0XB0的通道2,IW4。温度检测TT1，接模拟量输入6ES7 231-4HD32-0XB0的通道3,IW6模拟量输入模块的通道4备用作用保留使用。

4、系统软件设计

自动运行指示：选择自动模式，I0.2常闭触点闭合，同时没有按下急停，I0.3常闭触点闭合。按启动按钮I0.0，系统启动，Q0.0线圈得电，自动运行指示灯点亮，Q0.0常开触点闭合，执行自锁，松开启动按钮I0.0，也会自保持ON。按下停止按钮，则I0.1常闭触点断开，Q0.0线圈断电，停止自动运行。发生紧急情形，按下急停开关，I0.3常闭触点断开，Q0.0线圈失电，系统停止。选择手动模式，I0.2常闭触点断开，常开触点闭合，Q0.0线圈失电，自动运行停止。

风机1变频运行。当轮询到选择风机1标志M3.0为ON，则启动风机1变频运行。当轮询到选择风机1标志M3.0为OFF，但此时检测到风机2故障，I0.6为ON，则启动风机1变频运行，Q0.3线圈得电，风机1变频运行。

当轮询到选择风机1标志M3.0为ON，风机1和风机2都没有故障，则启动风机2工频运行，Q0.6线圈得电，风机2工频运行。

建立监控画面，组态风机1，风机2，变频器等。组态启动，停止。含氧量读取，有害气体读取，温度读取等。组态风机1变频器运行指示灯，风机1工频运行指示灯，风机1故障指示灯，风机2变频器运行指示灯，风机2工频运行指示灯，风机2故障指示灯，组态变频运行指示灯，变频故障指示灯。连接变量，组态动画。

5、系统调试

编程软件画面，在线菜单，点仿真，启动仿真PLC，下载PLC程序，选择RUN-P模式，添加控制变量，更改控制状态，仿真软件里SIM，添加需要监控的变量。编程软件里，点顶部的监控按钮，启动PLC程序监控，监控程序，是否符合设计要求，不符合随时修改。WINCC启动后初始画面如下，点启动按钮。系统启动。自动运行指示灯亮，风机1变频运行，风机2工频运行，变频器启动，轮询时间计时为2632S，含氧量22%,有害气体9.2%。

6、小结

隧道排风系统是隧道运行的必要设施，隧道内空气是否流通是否存在有毒有害气体是判断隧道是否可以继续运行下去的重要条件，排风电机的转速是根据隧道内空气含量调节。本文通过传感器等器件感知环境的变化，把这些变化转变为电信号传送给PLC，再通过PLC控制变频器输出两台风机变频启停来达成隧道排风的目的。因此研究以PLC为核心的隧道排风控制系统，具有重要的意义。

参考文献

[1] 刘建功.机床电气与PLC实践[M] .机械工业出版社.2013.

[2] 刘华波.组态软件WINCC及其应用[M].机械工业出版社.2014.