基于西門子PLC控制的隧道風機系統設計

黃貝

摘要：本文確定了西門子S7-200smartPLC，并將其用于隧道風機遠程控制系統，借助Delphi軟件科學地編寫觸摸屏界面，主站可以對多個從站進行控制。對電氣設備來說，可靠性是最為基礎的性能。PLC選擇大規模集成電路技術，根據規范的生產工藝對內部電路進行制作，有不錯的抗干擾力。除上述外，PLC呈現出控制能力突出、構成系統方便、周期偏短、易于維護等諸多優勢，維護隧道風機系統整體的安全。

關鍵詞：西門子plc控制；隧道風機；系統設計

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

1隧道通風控制技術

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機進行控制，其地點可以是隧道現場，也可以利用上位機進行遠程操作。

1.2程序控制法：

該方法，某種意義上屬于定時控制。它根據不同的時間區段（節假日或是工作日，白天或是晚上）編制出來的程序，對風機進行啟停。但沒有估計實時CO/VI值或是交通量的具體變化。

1.3前饋控制法：

該方法，結合車輛檢測器在某隧道中統計到的交通數據，將其視作控制參數，進行前饋控制。據此，也可對啟停組數作出良性地控制。運用CO/VI檢測器最后所得濃度值，可以實時進行控制或是校正[1]。風機啟停，則可利用前饋以及反饋信號共同進行控制。

2基于西門子plc控制的隧道風機系統設計

2.1隧道風機系統原理：

本系統引入了地感線圈或是風力傳感器兩項工具，分別對隧道內部的車流量以及風力風向作出有效地測量。同時，將相應的信息傳輸給PLC。根據預先設置好的閾值，來對風機有無啟動進行判斷，使隧道擁有足夠的含氧量，維護隧道總體的行車安全。隧道風機控制系統，大致分成風機（組）、風地感線圈以及力傳感器等諸多必備的設備。

2.2隧道風機控制系統流程

（1）手動控制：

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

（2）自動控制：

硬件系統安裝之后，需對電源開關進行接通。此時，隧道中所有的車流量或是風力情況，均能夠處于監測的狀態。若符合下列條件，以PLC控制為支撐，風機能夠自動進行啟停。①車流量控制。主站PLC周邊的道路通行方向，可以配備相應的地感線圈。車輛每通行1次，PLC計數便會增加1。將輛/h視作單位，若檢測值≥預先設定值，此時風機便可自動啟動（結合風力傳感器實際測量得到的風向數據[2]，我們可以對風機正、反轉作出判斷）。本項目中，預設值最初設定為300輛/h。②隧道堵車控制。若隧道遇到了某些緊急情況，使得交通發生堵塞。若車輛處于地感線圈的值已經超出預先設定值，那么風機同樣能夠自動啟動（結合風力傳感器實際測量得到的風向數據，我們也可以對風機正反轉作出判斷）。本項目中，其設定值均為2min。③隧道風力過小控制。本系統早就搭載了英國生產出來的風力傳感器，可以對隧道中實際的風力狀況進行監測。如果是隧道風力明顯低于預先設定值，此時風機便多數都能夠自動啟動。本項目中，我們將風力預設值控制在3級。傳感器實際監測到的風力級數以及隧道風向（控制于0～360°）。結合地方條件和不同的影響因素，我們認定工程設計若為正轉方向，那么風力傳感器實際測量出來的風向數據，若為0～180°，那么風機啟動可認定為正轉；如果介于180～360°之間，那么認定是反轉。

（3）故障報警：

控制柜中，對正常以及故障指示燈分別進行了設置。系統在工作的狀態下，風機均可符合啟停條件。若風機遇到故障，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，從業人員可及時進行檢修。

2.3控制系統硬件部分設計

（1）PLC選型：

出于項目本身的需求，本設計最終確定了西門子S7-200SMART系列推出的PLC。該系列PLC呈現出下列獨特的屬性。①機型相對比較齊全，可供不同的選擇。該PLC有多種類型、I/O點數較為多樣化的CPU模塊，且單體I/O點數峰值約為60點，能夠適應小型自動化設備所提出的控制需求。除上述外，CPU模塊同時也搭載了標準型以及經濟型，每位用戶均可酌情作出選擇。結合現實的應用需求，其產品可以做出恰當地配置，從而有效節約成本。②高速芯片，有不錯的性能。搭載西門子獨特的處理器芯片，指令執行能夠持續0.15μs。同級別小型PLC系列產品中，其排名靠前。在程序邏輯或是工藝要求比較嚴格的情況下，同樣可以有不錯的表現。③以太互聯，相對比較經濟。CPU模塊本體，配置了獨立的太網接口，可以支持太網通信。一根簡單的網線，便可在PLC中對如下程序進行下載，操作起來很方便，無需其他不同的編程電纜。利用以太網接口，能夠和CPU模塊或是觸摸屏之間完成通信，順利組網。④通用SD卡，給用戶下載提供諸多便利。本機對MicroSD卡插槽實現了有效集成，選擇常見的MicroSD卡便可對程序進行更新，同時也可對PLC固件進行升級。客戶工程師可以對用戶提供最佳的服務支持，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行監測。根據線圈上車輛實際的停留時間，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據從I/O端口順利地傳輸至PLC中。據此，PLC可以對風機有無動作作出最后地判斷。地感線圈及其參數，見表1。

（3）風力傳感器：

風力傳感器，可以對風力以及風向進行測量。同時，可以將數據及時地發送至PLC。PLC根據外界條件，可以判斷風機有沒有發生動作。通過做好市場調研，再考慮項目本身的需求，本次我們選擇了某電子科技有限公司生產出來的風力傳感器，其參數見表2。

2.4軟件部分設計

若車輛在地感線圈中實際的停留時間大于60s，提示有堵車現象。若風速<3級，則風機將被啟動；若<60s，風速>3級，則風機無法被啟動。若車流量>300輛/h，通過和風力傳感器進行結合，可以對風機有無啟動進行判斷；若車流量<300輛/h，風機沒有啟動。

（1）Modbus通信主站指令：

①Addr描述了遠方（從站）Modbus協議上標注出來的40001起始地址。這個地址，也即是我們常說的VD型變量。然而，它的具體計數基本上為VW，相當于word型。②Count也可解釋為立即數，其計數基本上均和Addr參數有一定關聯。如果Addr寫作0xxxx或是1xxxx，則提示Count等于bit數。若Addr為3xxxx、4xxxx，那么Count代表了word數。③Dataptr代表本數據區中的首地址，應當為VB類型，&代表了指針。若寫作VW，其運行結果錯誤，無法調試，此時聯機調試必然會提示錯誤。

（2）Smart系列的Bug：通過Copy某個程序段，使其轉入另外程序，若已調用子程序，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，極易帶來下列結果。①若出現該號子程序，那么會提示誤調用；②若沒有，那么會彈出“系統錯誤”，無法找出原因。處理方法：在目的程序中需對該調用進行刪除，再次添加，那么子程序號也會保持準確。

3結語

根據PLC來對風機通風系統完成設計，優化了整個系統，同時也使設備變得更加可靠，對今后的操作以及維護提供了諸多便利，降低了能耗，增強了隧道工程的安全系數。除上述外，我們應當配備足夠的通信模塊，對集散式控制系統進行組建，通過遠程的方式對現場設備進行監測，維護隧道系統的運行安全。

參考文獻

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

[2]孫巧燕，杜愛月，蘇詩琳.基于模糊控制的公路隧道通風控制系統[J].長安大學學報，2003.

[3]諸靜.模糊控制原理與應用[M].北京：機械工業出版社，2005.