基于PLC的隧道安全系統設計培訓課件(17頁).pptx
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上傳人:晴
編號:763596
2023-10-07
17頁
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1、基于PLC的隧道安全系統設計,我國是世界上公路隧道最長的國家。在近幾年國內隧道建設長度超過155KM。西安至安康高速上橫穿秦嶺的終南山隧道全長18.4km,為世界第二,亞洲第一。在十三五規劃的大背景下,未來會有更多更長的隧道投入建設。而對與隧道的安全性研究也會進入一個新高潮。本系統是針對一般的公路隧道防火防災設計,基于PLC實現,具有多傳感器,多組風機,多主站共同工作,還能夠在多站之間通信。系統不僅僅可以實現降溫通風的功能,還有測車流量、報警、信號燈顯示、軟起動、節能等很多優點。,系統整體框圖,本系統采用多主站控制,數量大概是6個左右,第一個站與PC連接,各站與站之間能使用電纜通信。對于單個主2、站,每站控制兩組風機,每組風機為兩臺,每個站由一臺主控和多種傳感器對數據進行采集與處理,風機由變頻器進行速度控制,而變頻器由主控控制。除此之外,主控還要負責對報警與故障進行控制與處理。根據隧道內車流量的大小可以控制風機轉速和交通信號燈;根據隧道的溫度,壓力,CO,煙霧濃度控制風機的全開和全速運行;具有手動控制的功能,某些緊急情況下可以控制風機、信號燈和警報;對超載車輛能夠發出警報;采用通信,在隧道內如果有一處出現災情可以啟動所有的風機。風機每次啟動運行至少5分鐘以上,信號燈每次切換閃爍3秒。,系統簡介,西門子公司的S7-200系列的PLC具有極高的可靠性強大的通信功能和品種豐富的擴展模塊,可以3、用梯形圖、語句表和功能塊圖這三種語言來編程。它的指令豐富,指令功能強,操作方便,集成有高速計數器,高速輸出,PID控制器和RS-485通信/編程接口,由于它有極強的通信功能在網絡控制系統中也能發揮起作用。而且它的性價比很高,在國內占有很大的市場份額。CPU224集成14輸入/10輸出共24個數字量I/O點。可連接7個擴展模塊,最大擴展至168路數字量I/O點或35路模擬量I/O 點。16K字節程序和數據存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數器,2路獨立的20kHz高速脈沖輸出,具有PID控制器。1個RS485通訊/編程口,具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容4、易地整體拆卸。為了更好的在隧道環境中應用,本系統采用繼電器輸出型的PLC。是具有較強控制能力的控制器。,系統主要器件介紹,PLC的硬件接線圖:,系統選擇三菱變頻器FR-F540,該變頻器適用于風機和泵,最大可支持同時對四臺電機進行PID控制。三相380V輸入時,功率為 0.75-55KW。具體性能見下:采用最適合磁通控制方式,實現更高節能運行。內置PID控制器,變頻器/工頻切換和多泵循環運行功能。柔性PWM,實現更低噪聲運行。內置RS485通信接口。75kW以上隨機帶直流電抗器。憑借新開發的勵磁控制,實現最高水平的省功率運行。,系統主要器件介紹:,變頻器在使用時,要根據情況對變頻器的一些參數進5、行設置以達到使用要求。一些設置是在出廠時就設定好了,所以無需再設置,但有一些需要根據情況再重新設定。具體設置見下表:,系統主要器件介紹:,變頻器接線大圖:,風機的介紹與選型:風機作為系統最主要的被控部分,它的主要作用是將電能轉化為機械能,再由機械能將空氣推動,流出洞外。本系統設計選用型號為SSF-4-No7.1的隧道射流風機,電機磁極對數為4,直徑為7.1*1000mm.它的一些參數見下表:,系統主要器件介紹:,溫度傳感器:AD590是其輸出電流與絕對溫度成比例,流過器件的電流(A)等于器件所處環境的熱力學溫度 度數,其輸出電流是以絕對溫度零度(-273)為基準,每增加1,它會增加1A輸出電流6、,因此在室溫25時,其輸出電流Iout=(273+25)=298A,使用電壓信號時,需要同AD590串聯一個10k電阻,算法是Vo=Io*10k。它的電源電壓范圍為430 V。壓力傳感器:CZL系列彎板式動態汽車軸重臺采用整體特殊鋼板作彈性體,經過兩個反梁支撐建立緊固的邊界條件,當車輪經過稱重臺有效臺面時,粘貼在應變區的特殊應變計感受動態應變,進而由其組成的惠斯通電橋產生與車輪載重成比例的電信號,這些電信號再經過專用儀表的高速采樣、處理計算后可得到運行其上的車輛的軸重和整車重。工作電壓24V,輸出0-5V,系統主要器件介紹:,CO、煙塵濃度傳感器:對CO,煙塵濃度的檢測,使用MQ系列的傳感器模7、塊。MQ-7是CO傳感器,MQ-2是煙霧傳感器。它們具有這樣一些特點:(1)雙路信號輸出(模擬量和高低電平)(2)具有很高的靈敏度,對待測氣體具有良好的選擇性(3)使用壽命長,性能可靠(4)響應快速,系統主要器件介紹:,主程序部分:主程序是程序的主體,每一個項目都必須有且只有一個主程序,在主程序中可以調用子程序和中斷程序。每個掃描周期都要執行一次主程序,而主程序控制整個應用程序的執行。主程序中主要完成了啟動,手動與自動選擇,各傳感器數據處理,車輛計數的處理以及通信功能。本系統設計中加入了手動操作的程序,在手動程序中,通過按鈕就可以控制風機,信號燈,警報等,也可以通過按鈕關閉手動功能,實現自動。8、,軟件部分介紹:,子程序部分:,車流量子程序,通信子程序,軟件部分介紹:,總結該系統,它具有以下一些特點:利用模擬量模塊可實現對多種傳感器信號的采集與轉換。利用變頻技術更節能,也減小了對電網的沖擊。具有自動與手動切換的功能,使系統在某些故障情況下可靠運行。多主站之間相互通信,使整個系統可以聯合控制,提高通風散熱速度。終端主機也可以查看到多站的數據和狀態。風機但凡以某一頻率啟動,運行要保持5分鐘以上,極大的減小了傳感器或車流量的波動帶來的風機頻繁啟動或調速。交通信號燈再切換時具有閃爍提醒3秒功能,增加司機的反應時間。對超重進行報警,減少因路面損壞帶來的維護工作。,總結:,系統對自身的一些故障沒有做出反饋與動作。系統在運行時要根據發生的一些故障做出相應的故障警告,方便維護工作人員檢查維修。整個系統中的傳感器分布可能過于稀散,如果在接入一些傳感器,增加模擬量輸入模塊,使檢測精度更高。系統對與風機的控制精度不夠,只采用了不同條件下對頻率進行5段改變,如果讓系統實現更加精確、智能的控制,如PID控制,將更好。該系統可能要應用到很苛刻的環境中,需要提高系統整體的抗干擾能力。,不足與改進,