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1、兰州工业高等专科学校毕业设计（论文）题目 基于PLC的隧道通风控制系统 系 别 电气工程系 专 业 电气自动化技术 班 级 电自09-3班 姓 名 王小龙 学 号 200902104126 指导教师（职称） 张总（讲师） 日 期 2012.2.24 毕业设计（论文）任务书电气工程系2012届电气自动化技术专业毕业设计（论文）题目基于PLC的隧道通风控制系统设计课题内容性质工程技术研究课题来源性质教师收集的结合生产实际的课题校内（外）指导教师职 称工作单位及部门联系方式张总讲师电气工程系13919273114一、题目说明（背景、目的和意义）隧道通风系统是隧道安全运行的重要组成部分，通风系统能否正
2、常工作与隧道运行环境条件、运行效率、运行安全密切相关。通风控制系统即在实时监测这些隧道环境参数的基础上，控制隧道内风机的开启及功率大小，以使各项空气指标符合安全行车标准，达到既保障安全行车、同时节约能源的目的。通过PLC和变频器及各种传感器的配合使用，使通风控制的安全性、可靠性大大的提高，不仅节约了电能，而且还提高了设备的运转率。通风系统自动化程度的提高，必将大大减轻岗位人员劳动强度。通过本课题使学生能够掌握PLC的选型及IO点分配，掌握电动机变频调速的控制方法，掌握PLC控制系统的设计方法，提高学生解决实际问题的能力。二、设计（论文）要求（工作量、内容、设计成果）1.说明：本设计将PLC与变
3、频器进行有机结合，由PLC模拟量输入模块采集各空气指标数据，风机的启停通过PLC的开关量输出模块程序控制。采用以车流量为主控参数，实现对风机工作过程和运转速度的有效控制，使隧道通风机通风高效、安全，达到明显的节能效果。2技术要求：（1） 系统上电，在触摸屏上按下启动按钮，系统即进入运行模式。（2） 以车流量为基准型号进行主控制调节 A、当隧道内车数量在129辆，风机以20HZ频率运行 B、当隧道内车数量在3059辆，风机以25HZ频率运行 C、当隧道内车数量在6089辆，风机以35HZ频率运行 D、当隧道内车数量在90120辆，风机以40HZ频率运行 E、当车数量大于120辆，在触摸屏上显示报
4、警信号，表明隧道内发生堵塞，且各组主副电机同时全速50HZ运行 （3）当隧道内因火灾或其他原因引起温度高于400C,各组主副风机均以50HZ全速运行（4）当隧道内因烟尘或大雾，造成能见度降低，各组风机以全速50HZ运行，知道环境恢复正常，并显示报警。3设计成果（1） 设计报告1.52万字左右；（2） 1#以上的设计图纸最少一张；（3） 有一定数量的定性分析和定量计算；（4） 基本软件清单。三、进度表日期20112012学年秋第十五周第十六周第十七周第十八周第十九周第二十周20112012学年春第一周第二周查阅、笑话资料总体方案论证硬件线路设计、分析、确定软件总体设计及细化分析撰写论文准备答辩材
5、料毕业答辩毕业答辩完成日期20112012学年秋 第二十周答辩日期20112012学年春 第一、二周四、主要参考文献、资料、设备和实习地点及翻译工作量【1】张万忠.编程控制器应用技术【M】.北京：机械工业出版社.2005【2】张玉莲.传感器与自动检测技术【M】.机械工业出版社.2006【3】马宁，孔红.7-300PLC和MM440变频器的原理与应用【M】.机械工业出版社，2006【4】许明，言自行等.大型泵机组态检测及工况调控系统的研制【J】.机械工程学报，2002【5】徐国林.PLC应用技术【M】.机械工业出版社，2007【6】陈建明.电子控制与PLC应用【M】.电子工业出版社，2006【7
6、】吴中立.矿井通风与安全【M】.中国矿业出版社,1989【8】傅贵，秦跃平，杨伟明等.矿井通风系统分析与优化【M】：机械工业出版社，1995【9】高广军，贾世胜，朱学军等，通风系统调整中常见问题及对策【J】.山西煤矿，2002【10】徐鹏，张双楼，煤矿西翼通风系统调整及经济效果分析【J】.煤矿安全，2001【11】石秋杰，变频器应用基础【M】.北京：机械工业出版社，2003【12】陈仕伟，矿井主要用通风机在线检测控制现状及展望【J】.煤矿安全，1999【13】李月红，吴永祥，变电所监控及其网络系统的设计【J】.工矿自动化，2005教研室意见： 教研室主任（签字） 2011年10月31日注：本任
7、务书要求一式两份，一份打印稿交系办，一份打印稿交学生。同时提交电子稿到系办。摘 要随着我国科学技术的逐步提高，微电子技术和电子技术得到了迅速的发展，PLC和变频器渐渐成了通用、廉价和性能可靠的控制和驱动设备，得到广泛的应用。由PLC控制的变频调速离心风机的通风系统，具有较高的可靠性和较好的节能效果，便于组建成整体的自控系统，很方便地实现各种控制和远程监控。本课题设计内容是将PLC、变频器和触摸屏相结合，并且隧道内设置计数传感器，温度传感器和能见度传感器，以此来检测隧道内行车的环境。通风控制系统即在实时检测这些环境参数的基础上，控制隧道内风机的开启，以使各项空气指标符合安全行车标准，达到既保障安
8、全行车、同时节约能源的目的。各空气指标数据由PLC模拟量输入模块采集，风机的启停通过PLC的开关量输出模块程序控制变频器并由接触器实现控制。采用以隧道的车流量为主控参数，实现对风机工作过程和运转速度的有效控制，使风机在不同车辆数时以相应的频率运行，以便隧道通风机通风高效、安全，达到明显的节能效果。并且风机的各个部分都准备了备用风机，以防因风机故障而影响整体系统的运行。PLC控制系统具有对驱动风机的电机过热保护、故障报警、断电等功能特点，为隧道通风控制系统的简易控制、节能、安全技术提供了一条新途径。关键词：隧道通风；通风机；PLC；变频器；触摸屏；传感器 AbstractAlong with t
9、he science and technology change rapidly, electronic technology and microelectronics technology has been rapidly developed, PLC and inverter gradually became common, inexpensive and reliable control and drive equipment, widely used. Controlled by the PLC variable speed centrifugal fan ventilation sy
10、stems, with high reliability and good energy-saving effect, convenient for building integrated automation system, very convenient to achieve a variety of control and remote monitoring.The system of PLC and frequency converter and touch screen to efficiently combine, for monitoring tunnel traffic env
11、ironment, the tunnel is arranged in a counting sensor, temperature sensor and visibility detecting instrument. Ventilation control system in real-time detection of these environmental parameters based on the control of fan, tunnel opening, so that the air index conforms to the safety standard, to pr
12、otect the safety of driving, and the purpose of saving energy. The air index data from the PLC analog input module, the fan to start and stop the PLC through the switch quantity output module procedure control and by the contactor control. Using tunnel traffic flow as the main control parameter, rea
13、lize the fan working process and speed control, so that the fan in different vehicle number corresponding to the frequency of operation, so that the tunnel ventilation fan ventilation efficiency, security, achieve obvious energy saving effect. And the wind machine parts prepared standby fan, to guar
14、d against the fan failure affecting the overall operation of the system. PLC control system of driving fan motor overheat protection, fault alarm, electricity and other features, as the tunnel ventilation control system of simple control, energy saving, safety technology provide a new way.Key words:
15、 tunnel ventilation; ventilation; PLC; inverter;touch screen; sensor.目 录摘 要IABSTRACTII1.绪 论11.1 课题背景及意义11.2 隧道通风系统国内外发展概况11.2.1 国外隧道通风控制系统研究现状11.2.2 国内隧道通风控制系统研究现状21.3 隧道通风系统的发展趋势21.4 课题主要研究内容21.5 本章小结32.公路隧道通风控制系统简介42.1课题硬件控制方案的确定42.1.1 PLC功能特点42.1.2 单片机功能特点42.1.3 控制器的确定42.2 系统结构介绍52.3 本章小结73.硬件部分设
16、计83.1 PLC的控制单元简介及选择83.1.1 PLC概述83.1.2 PLC外部连接103.1.3 PLC使用中需要注意的问题103.1.4 PLC的选用123.2 触摸屏简介与选择133.3 风机简介及选用143.4 变频器的选型及确定143.4.1 变频器简介143.4.2 变频器工作原理153.4.3 变频器的确定153.5传感器简介与选择173.5.1 车辆检测电传感器及其原理173.5.2 温度传感器及原理173.5.3 烟尘传感器183.6 本章小结184.软件设计部分194.1 程序流程图194.2 PLC程序204.2.1 0站PLC程序204.2.21站PLC程序224
17、.2.32站PLC程序244.2.43站PLC程序254.4 本章小结27结 论28致 谢29参考文献301.绪 论1.1 课题背景及意义随着世界经济的逐步发展，一个国家的交通运输业逐渐成为经济发展的主要制约因素之一。而我国是一个多山多丘陵的国家，纵横交错的交通运输线有很大一部分需要隧道，隧道的高效安全就显得尤为重要。在公路隧道内，一方面由于汽车行驶时排放的有害气体(一氧化碳等)污染了空气，影响了人体健康；另一方面，由于柴油机汽车排放的煤烟(主要是游离碳素等)和车辆行驶所扬起的粉尘有吸收隧道光线的作用，降低了隧道内行车的能见度，危及了行车安全。所以为了稀释汽车排放的污染物浓度，保持隧道内清晰和
18、空气新鲜，确保人体健康和行车安全，必须进行通风监控系统设计。隧道监控系统集中监控隧道内通风、照明以及行车情况，在必要时候发布诱导和指导性信息。而隧道内通风、照明、以及交通诱导设备均分散于整个隧道区域，因此集成隧道内各要素信息，方便隧道监控人员的集中监控与管理，成为隧道监控系统设置的主要目的。由于近年来PLC和变频器的显著优点而被广泛使用，成为了实现机电一体化的理想控制设备。较长的隧道具有特殊的运行环境,它具有封闭性强、噪音大、能见度低、光过度等特点。汽车尾气中含有多种有害成分,造成了对隧道内空气的污染。而隧道是个闭塞空间,污染物不能很快扩散,隧道内污染空气的浓度会逐渐积累,烟尘量达到一定程度后
19、,就会使能见度下降,威胁行车安全的同时也可造成人体中毒。公路隧道安装通风系统的目的是使隧道内的空气品质维持在一定的水平,为车辆驾驶员及隧道维护管理人员提供一个健康通道和工作场所。通风控制系统还应及时有效地处理火灾等紧急状态。【1】隧道通风系统从实际的运行中要求风量不是恒定的，而是随着隧道内环境参数的变化而变化，比如隧道内人数、车辆数量、以及温度和粉尘颗粒物的污染程度。在不同的情况下，风机的运行台数，每台风机的运行频率各不相同。系统从传感器获得模拟量信号，然后由PLC通过变频器控制风机运行的频率以提供相应状态的通风量，并通过触摸屏监视和控制运行状态。通过对PLC技术，变频器技术，触摸屏技术的综合
20、应用而完成此次的设计。隧道通风系统对于我国的经济发展具有非常重要的意义。一方面我国国土广阔，在广阔的土地上，纵横的是一条条交通要道，其中有很大一部分交通要道都要经过隧道，因此隧道技术的深层次研究成了我国经济发展的必要因素；在一方面，据有效数据统计，我国每年的交通事故发生在隧道内的占有很大的比重，因此隧道技术在安全运营和事故救援方面有着举足轻重的低位。1.2 隧道通风系统国内外发展概况1.2.1 国外隧道通风控制系统研究现状国外对隧道通风问题的研究起步比较早，最早出现于铁路隧道。随着公路隧道的出现，针对公路隧道通风的技术问题才得到研究。瑞士等欧洲国家在公路及铁路隧道建设方面有着很高的声誉，现世界
21、上的第一、第二长大隧道分别位于挪威和瑞士。瑞士作为一个多山的国家在隧道及其地下工程建设方面积累了丰富的经验，早在100多前就修建了一条长15km的St.Gotthard铁路隧道。瑞士的公路交通亦非常发达，高速公路建设始于20世纪60年代初，现已建成高速公路总里程超过1550km，其中包括160多座高速公路隧道,隧道总长度达130多km，1980年建成的St.Gotthard公路隧道长达17km，在近20年内一直为世界上第一长大公路隧道。北欧国家由于气候条件和地质投机倒把独特，地下隧道被广泛应用。特别是挪威水工引水隧道及公路隧道尤为显著，在2000年建成并投入运营的Lserdal隧道长25km，
22、成为世界最长的公路隧道。在100多年的隧道建设中，欧洲各国逐步形成了自己的风格和特色，并积累了丰富的经验，许多技术和经验值得国内隧道同行们借鉴和学习。1919年，美国在修建纽约市荷兰隧道时，以美国矿务局为主，在一些大学和研究所的协助下，对汽车CO排放量和人体对CO浓度的容许值进行了研究，并以此作为隧道通风计算的依据，这是历史上首次对公路隧道通风的研究，研究结果决定将400 ppm作为CO的设计浓度，并以此算出所需要的通风量。1973年成立的空气动力学和隧道通风国际研讨会(Interna-tional Symposium on the Aerodynamics and Ventila-tion
23、of Vehicle Tunnels)，每3年召开一次，各国隧道通风专家展示自己的研究成果，大大推进了隧道通风技术的发展。1985年，日本的关越隧道一线首次将纵向式通风应用于10km以上公路隧道，并通过编制的一套程序对隧道通风系统进行了模拟，验证其通风系统的可靠性和实用性。1.2.2 国内隧道通风控制系统研究现状我国的公路隧道建设起步较晚，对公路隧道通风的研究也落后于欧美和日本。1994年兰州铁道学院完成了依托中梁山隧道和缙云山隧道的公路长隧道纵向通风模型模拟试验研究;1999年重庆公路科研设计院在隧道通风方面曾做过一些相应的研究，在我国现有的经验基础上，借鉴国外公路隧道的成功经验和先进技术，
24、主持编写了公路隧道通风照明设计规范JTJ 02611999，使得隧道通风设计有了更新的参考依据。国内一些大学对隧道通风技术也进行了大量研究，如湖南大学孙一坚等对铁路隧道风模型进行了试验研究，长安大学的赵峰系统地推导了纵向通风、半横向通风和全横向通风三种通风方式的计算公式西南交通大学曾艳华等研究了全射流通风技术在特长公路隧道中的应用;重庆交通大学的杨秀军等对公路隧道通风中射流风机纵向最小间距进行了研究。【2】隧道通风技术在我国的引用量远远超过了其他国家，但在技术上却处于起步状态，各方面技术都不够成熟。无论在控制方法还是元器件的生产制造技术上，都还处于开始阶段，这对于我们是一个很大的重任。1.3
25、隧道通风系统的发展趋势世界各国的隧道通风技术在近年来都达到了很大的发展。从系统控制方式上来看，由原来单一的直接控制和间接控制法到现在的组合控制、智能控制，使隧道通风控制系统具有更高的精确度和稳定性，更全面，更省力的控制整个系统，降低了能耗和隧道工作人员的劳动强度。在控制理念里也有了较大的转变，系统开始更加智能化、网络化和软件化，使现在的隧道通风控制系统的输入参数更多，从而达到更精确的控制系统的目的，利用先进的控制理论和技术，从而达到了更加良好的通风效果，节约了大量能源。1.4 课题主要研究内容基于PLC的隧道通风控制系统的课题研究内容主要有以下几点：（1）基于PLC的隧道通风控制系统的设计；（
26、2）变频调速技术在隧道通风控制系统中的应用； （4）隧道通风控制系统的分析。1.5 本章小结本章系统的介绍了隧道通风控制系统的背景和研究的重要意义，介绍了国内外隧道控制技术的发展和研究现状，在此次的课题设计中我们需要完成的关于变频调速、编程软件和隧道控制系统的设计。2.公路隧道通风控制系统简介2.1 课题硬件控制方案的确定2.1.1 PLC功能特点PLC经过一代的更新换代，截止到目前，它主要有以下几方面功能：(1)数据处理：PLC是具有微处理器的一种智能电子产品, 它具有数值运算、数据比较、数制转换、以及数据传输通信等功能。(2)逻辑控制：PLC具有逻辑运算功能, 可实现多种通断控制。 (3)
27、定时控制：由于PLC为用户提供了很多计时器, 且时间设定值可由用户程序设定修改, 所以有很强的定时功能。 (4)计数功能：同时PLC 为用户提供了很多的计数器, 也可通过软件进行计数值的设定。(5)顺序控制：可依据生产加工过程, 实现定位输出、顺序启动等控制。(6)通信联网：可以对调节器、变频器等实现远程控制。也可与其它PLC或计算机之间进行数据传输通信, 构成“ 集中管理分散控制” 的分布式控制系统。目前PLC的主要优点是体积小，速度快，性能高，除输入出1625点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，可以满足多样化广泛的需要。2.1.2 单片机功能特点
28、单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。其主要优点有设计简单，成本低，可以编写复杂的优化程序。缺点有处理速度慢，功能少，精度低，编程设备繁琐，程序算法和可靠性验证困难，抗干扰能力低，故障率高且不易扩展。2.1.3 控制器的确定单片机与PLC控制的区别（1）PLC是建立在单片机之上的产品，单片机是一种集成电路，两者不具有可比性。（2）单片机可以构
29、成各种各样的应用系统，从微型、小型到中型、大型都可，PLC是单片机应用系统的一个特例。（3）不同厂家的PLC有相同的工作原理，类似的功能和指标，有一定的互换性，质量有保证，编程软件正朝标准化方向迈进。这正是PLC获得广泛应用的基础。而单片机应用系统功能千差万别，质量参差不齐，学习、使用和维护都很困难。最后，从工程的角度，谈谈PLC与单片机系统的选用：（1）对单项工程或重复数极少的项目，采用PLC方案是可行、快捷的途径，成功率高，可靠性好，手尾少，但成本较高。（2）对于量大的配套项目，采用单片机系统具有成本低、效益高的优点，但这要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定、可靠地运行。经过对单片机
30、与PLC的优缺点及应用场合的综合对比，本课采用中央计算机加可编程控制器PLC构成隧道通风控制系统。中央计算机即上位机用于监控系统中各风机的运行状况，包括模拟量输人显示、开关量输人显示、开关量输出显示。下位机采用可编程控制器PLC，完成与风机相关的所有逻辑控制、频率和相位的实时检测、数据通信等功能。【3】由于可编程控制器和触摸屏及三相异步电机的交流变频调速系统充分利用了PLC强大的逻辑处理功能和人机界面的良好的交互性，避免传统的继电器接触器控制电路的复杂接线，降低了对运行人员的技术要求；同时对重要开关输入量实现触摸屏按键和外部按钮备用模式，提高了系统的可靠性，为现场操作人员对运行过程的实时监控和
31、维护带来了方便。本系统设计原则:正常行车和发生交通阻塞时,隧道通风系统应提供足够的新风量,稀释隧道内车辆行驶时排出的废气,为安全行车提供良好的空气清新度和舒适性;隧道内发生火灾事故时,系统应具有排烟功能,控制烟雾和热量的扩散,为逗留在隧道内的司乘人员、消防人员提供一定的新风量,以利于人员和车辆的安全疏散；通风系统尽可能采用新设备、新工艺、新材料和新技术。考虑到近远期相结合和缓装的可能性,通风设备的选用和配置尽可能采用国内成熟产品和维修保养方便的设备，注重环境保护措施。2.2 系统结构介绍通风控制系统主要由 4 台风机组构成，每个风机组有两台电机，由一台PLC、一台变频器控制。系统共有8台电机、
32、四台PLC、四台变频器、四台触摸屏组成。每台电机驱动一组扇片，两组扇片是对旋的，一组用于吸风，一组为增加风速，对隧道进行供风，采用风机 2 45 kW ，PLC、触摸屏、车流量、烟尘传感器和变频器等组成一个完整的闭环控制系统。其中还包括接触器、中间继电器、热继电器、断路器等系统保护电器，实现对电 机和 PLC的有效保护，以及对电机的切换控制。每一组风机的控制中包括两台风机，风机的状态，包括“正常”和“故障”、“正转”、“反转”、“停止”按钮分别为操作风机正转、反转和停止的控制按钮，当风机的当前设备状态为“故障”时，禁止对此风机进行控制，任何对风机的操作，均会触发警告消息提示，操作无效，直至将控
33、制权限交还监控所上位机。若风机正在运转，当对此风机进行反向操作时，须先将风机停止，然后再反向开启。如假设风机1当前的运行状况为正转，单击“反转”按钮，则触发“请先停止风机再反向开启!”的消息提示，并且反转操作被视为无效操作。【3】图2.4 系统框图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，且由于高速公路隧道区域作为一个相对封闭区域，通风不畅，汽车尾气沉积，油污污染，高低压线缆布线的空间限制导致电磁干扰等等因素，使其成为一个非常恶劣的电气环境，对应用的电气设备的适应性提出很高的要求；而且隧道距离长，设备布设分散，也为监控系统的构建造成一定难度
34、所以在此设计由触摸屏监视控制。与常规继电器实施的通风系统相比，PLC系统具有故障率低、可靠性高、接线简单、维护方便等诸多优点。 PLC和变频器及各种传感器配合使用，使系统控制的安全性、可靠性大大提高，也使通风机运行的故障率大大降低，不仅节约了电能，而且还提高了设备的运转率。控制功能使通风系统的自动化程度大大提高，减轻了岗位人员劳动强度。系统框图详见图2.4本PLC控制系统具有对通风机的电动机启动与运行，进行监控、联锁和过热保护等功能。PLC与车流量、烟尘、温度传感器配合使用，使系统控制的安全性、可靠性大大提高，也使通风机运行的故障率大大降低，提高了设备的运转率。本系统采用自动工作模式，具有现场
35、控制方式、状态显示以及故障报警等功能。在自动方式下，利用车流量感器检测车流量的电信号，然后送入 PLC，PLC将检测到车辆值与设定的车辆值进行比较和处理，输出信号控制通风机工作。当隧道的车辆低于设定范围数值，工作通风机与备用离心通风机循环工作；当出现突发事故，隧道的车辆高于设定的数值，工作离心通风机与备用通风机不再循环工作，并自动切换为同时工作，加大对隧道内的通风量，直至隧道内的空气升至设定的空气数值以上，工作通风机与备用通风机恢复循环工作。在有烟尘的隧道通风系统中，隧道内的烟尘浓度传感器检测烟尘浓度，用变送器将现场信号变换成统一的标准信号，送入 A /D 转换模块进行模数转换，然后送入 PL
36、C，同样 PLC将检测到的数值与设定的数值进行比较，当烟尘浓度大于设定数值后，PLC输出信号控制通风机全速工作，防止事故发生。车流量的计算：每股行车道的车流量通过PLC进行统计。当车辆进入路口经过第一个传感器时，使统计数加1，经过第二个传感器2出路口时，使统计数减1，其差值为该股车道上车辆的滞留量(动态值)，可以与设定值进行比较，据此作为调整风机运行频率的依据。2.3 本章小结本章系统的介绍了单片机和PLC两大控制器的优缺点，并做了详细的对比，通过对此次课题设计的深入研究，本人决定选用PLC作为本系统的硬件部分控制器，其余系统由八台风机，四台PLC，四台触摸屏，四台变频器组成。3.硬件部分设计
37、本系统采用中央计算机加可编程逻辑控制器PLC构成隧道通风控制系统。中央计算机即上位机用于监控系统中各风机的运行状况，包括模拟量输人显示、开关量输人显示、开关量输出显示。下位机采用可编程控制器PLC，完成与风机相关的所有逻辑控制、频率和相位的实时检测、数据通信等功能。【2】可编程逻辑控制器(PLC)以其编程简单方便、控制稳定可靠、功能强大等优点通常作为控制器广泛应用于现代工业控制领域。触摸屏作为人机交互界面在一定程度上减少PLC的外部IO点的使用以及减轻系统外部按钮开关的连线复杂程度，同时也提高了运行维护的方便性。随着工业现场对控制设备小型化、易操作化、智能化的要求的不断提高，基于PLC和触摸屏
38、的交流变频调速系统的应用前景将非常广阔。本系统采用PLC、触摸屏、变频器和外部模拟按钮实现两台三相异步电机的交流变频调速实验系统设计。采用CO/VI检测仪测量CO浓度和可见度,由PLC的模拟量转换模块将被测模拟量转换成数字量,经PLC程序处理、判断,控制隧道射流风机的启停,达到排除CO和烟雾,保证满足最大车流量的通风要求,达到隧道空气卫生要求。【6】3.1 PLC的控制单元简介及选择3.1.1 PLC概述可编程控制器，英文Programmable Controller,简称PLC，本课题中用PLC作为它的简称。PLC是用于工业现场的电控制器。它源于继电器控制技术，但基于电子计算机。它以微处理器
39、为核心，集自动化技术、计算机技术、通信技术为一体，它通过运行储存在其内存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。PLC基于电子计算机，但并不等同于计算机。普通计算机进行入出信息交换时，大多只考虑信息本身，信息入出的物理过程一般不考虑的。而PLC则要考虑信息入出的可靠性、实时性、以及信息的实际使用。特别要考虑怎样适应于工业环境，如便于安装便于门内外感应采集信号，便于维修和抗干扰等问题，入出信息变换及可靠地物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本点。PLC可以通过他的外设或通信接口与外界交换信息。其功能要比继电器控制
40、装置多得多、强得多。PLC有丰富的指令系统，有各种各样的I/O接口、通信接口，有大容量的内存，有可靠的自身监控系统，因而具有以下基本功能：1.逻辑处理功能；2.数据运算功能；3.准确定时功能；4.高速计数功能；5.中断处理(可以实现各种内外中断)功能；6.程序与数据存储功能；7.联网通信功能；8.自检测、自诊断功能。可以说，凡普通小型计算机能实现的功能，PLC几乎都可以做到。像PLC这样，集丰富功能于一身，是别的电控制器所没有的，更是传统的继电器控制电路所无法比拟的。丰富的功能为PLC 的广泛应用提供了可能，同时，也为自动门行业的远程化、信息化、智能化创造了条件。PLC与其它典型控制系统的区别
41、：继电器控制系统虽有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触点。是设备连线复杂，且触点在开闭时易受电弧的损害，寿命短，系统可靠性差。a控制逻辑 继电器控制逻辑采用硬件接线逻辑，利用继电器机械触点的串联或并联，及时间继电器等组合成控制逻辑，其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高，一旦系统构成后，想在改变或增加功能都很困难。另外，继电器触点数目有限，每个只有4-8对触点，因此灵活性和扩展性很差，而PLC采用存储器逻辑，其控制逻辑以程序方式储存在内存中，要改变控制逻辑，只需要改变程序即可，因此灵活性和扩展性很好。b.工作方式电源接通时，继电器控制线路中各继电器同时处于受控制状态，它属于并行方式。而P
42、LC得控制逻辑中，各内部期间都处于周期性扫描过程中，各种逻辑、数值输出地结果都是按照在程序中的前后顺序计算出来的，它属于串行方式。PLC有微型计算机的许多特点，但他的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式。而PLC则采用不断循环的顺序扫描的工作方式。每次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。CPU从第一条指令开始，按顺序逐条的执行用户程序知道用户程序结束，然后返回第一条指令开始新一轮的扫描。PLC就是这样周而复始的重复上述循环扫描的，这种工作方式是在系统的控制下，顺次扫描各输入点的状态，按用户程序进行运算处理，然后顺序向输出点发出相应的控制信号。PLC是一种工业控制计算机，
43、所以他的工作原理是建立在计算机的工作原理基础上的，即通过执行反映控制要求的用户程序来实现的。但是CPU是分时操作方式来处理各项任务的，计算机在每一瞬间只能做一件事，所以程序的执行是按程序顺序一次完成相应各电器的动作，便成为时间上的串行。由于运算速度极高，各电器的动作似乎是同时完成的，但实际输入输出的响应是有滞后的。c.控制速度继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，触点开闭动作一般几十毫秒数量级。另外机械触点还会出现抖动问题；而PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，属于无触点控制，速度极快，一般一条用户指令的执行时间在微秒数量级，且不会出现抖动。CPU是PLC的核心，起神经
44、中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中。同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，I/O数量及软件容量等，因此限制着控制规模。工作原理： PLC有两种工作状态，运行状态（RUN）和停止状态（STOP）。在运行状态中，
45、PLC通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制。为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断的重复执行，直到PLC停机或者切换停止工作状态。除了执行用户程序外，每次循环过程中，PLC要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5个阶段：开始诊断与编程器通信读入程序执行程序输出结果开始PLC这种周而复始的循环工作方式被称为“扫描工作方式” 。在工作状态下，这种工作方式被称为“扫描周期” 。其典型值为1-100ms。 I/O模块:PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态
46、，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC；按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（420mA,020mA）、电压型（010V,05V,-1010V）等；按精度分，有12bit，14bit，16bit等。除了上述通用I/O外，还有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少。但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。（3）电源模块PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。3.1.2 PLC外部连接传感器作输入信号，5个操作键分别是自动方式开关、手动方式开关、停机按钮，及2个在手动控
