隧道通风系统论文（最新）

西安工程技术学院

2008级毕业设计

论文题目：基于PLC、变频器、触摸

屏的隧道通风系统（设计）

指导老师： 党志勇 所在系部： 工业自动化系

所在班级： 2008级电气维修预备技师班 学生姓名： 梁涛 秦晓川 周松松 张宵 完成时间： 2011年 03月

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前言

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。作为高速公路路段中相对事故率较高的隧道区域，为保证行车安全，提高行车效率，通常在长隧道或特长隧道内设置隧道监控系统，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。而最近几年，PLC、 变频器 以其诸多优异特点获得广泛的使用，在工业先进国家已成为工业控制的标准设备。它专为工业控制而设计，集电气、仪表、控制三电于一体，是实现机电一体化的理想控制设备。因此研究本课题的意义和目的主要是本着：安全，节能，高效，稳定，智能及人性化的目的为主要着力点的。目前国内大多数隧道内的通风系统采用的是定流量继电器恒流控制系统。这种系统虽然简便，但是不能根据车流，温度及其它突发事件的发生，有效的，实时的，调节能量供应，耗能极大，而且故障率高，不易发现问题所在。

本课题从使用功能上要求通风系统要求的风量不是恒定的，而是随着隧道内车流量，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。这就需要运用PLC及变频技术，采用触摸屏技术。达到练习和熟悉操作这些新兴技术并同实际项目相结合，系统的完成对他们的综合运用。

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目录

一．摘要……………………………………………………………………()

二. 系统介绍………………………………………………………………() 2.1 系统结构………………………………………………………………() 2.2 设计要求………………………………………………………………() 三． 各单元简介…………………………………………………………() 3.1 PLC的控制单元简介及选择…………………………………………() 3.2 触摸屏简介及选择……………………………………………………() 3.3 风机的简介与选择……………………………………………………() 3.4 变频器应用及选择……………………………………………………() 3.5 传感器简介与选择……………………………………………………() 四．通讯安装与接线………………………………………………………() 4.1 N：N 网络的通讯连接……………………………………………… () 4.2 变频器与PLC的接线…………………………………………………() 4.3 触摸屏与PLC的通讯连接……………………………………………() 4.4 变频器布线……………………………………………………………() 4.5 接线规范…………………………………………………………………() 4.6 调试……………………………………………………………………() 五. 程序……………………………………………………………………() 5.1 PLC程序………………………………………………………………() 5.2 触摸屏程序……………………………………………………………() 六．致谢……………………………………………………………………() 七．参考文献………………………………………………………………() 八．附图……………………………………………………………………()

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摘要

随着电子技术和微电子技术的迅速发展，PLC和变频器正成为通用、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，易于组建成整体的自控系统，很方便地实现各种控制切换和远程监控。

通过对国内现有铁路，公路的观察和分析，其中隧道的占有比已达到很高的地位，而隧道内通风系统在其中的安全作用及能耗占有很高的比重。

隧道通风系统是隧道安全运行的重要组成部分，通风系统能否正常工作与隧道内运行环境条件、运行效率、运行安全密切相关。随着我国政府对各行各业安全生产监管力度的不断加强，尤其对公路、铁路安全运行的要求越来越高，对隧道通风系统进行技术改造，提高其运行稳定性、可靠性、节能降耗等势在必行。

本系统将 PLC与变频器及触摸屏有机地结合起来，为监控隧道内行车环境，隧道内设置有计数传感器、温度及能见度检测仪。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，使隧道通风机通风高效、安全，达到了明显的节能效果。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，为隧道通风系统的节能技术改造提供一条新途径。 关键词：隧道、通风机、 PLC 、变频器、触摸屏

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二. 系统介绍 2.1 系统结构

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，避免传统的继电器一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维护带来了方便。同时，作为本专业技师与高级技师专业必会之一，我们将理论与实际相结合，对我们掌握新技术新理念，提高动手能力，有很好的指导意义和现实意义。

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、四台PLC、四台变频器、一台触摸屏组成。每台电机驱动一台风机，对隧道进行供风，采用风机 2 ×

为了避免大材小用，而造成的资金浪费，同时要保证实现操作的

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可行性，及以后扩展需要，则选用三菱型号为FX1N-MR系列的PLC机型。

FX1N系列是FX系列PLC家族中比较先进的系列。由于FX1N系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，他可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活和控制能力。为大量实际应用而开发的特殊功能开发了各个范围的特殊功能模块以满足不同的需要，模拟I/O，高速计数器。内置24V直流电源，24V、400mA直流电源可用于外围设备，如传感器或其他元件。快速断开端子块因为采用了优良的可维护性快速断开端子，即使接着电缆也可以更换单元。时钟功能和小时表功能在所有的FX1N的PLC中都有实时时钟标准。时间设置和比较指令易于操作。小时表功能对过程跟踪和机器维护提供了有价值的信息。持续扫描功能为应用所需求的持续扫描时间定义操作周期在线程序编辑在线改变程序不会损失工作时间或者停止生产运转。RUN/STOP开关面板上运行/停止开关易于操作。远程维护远处的编程软件可以通过调制调解器来检测、上载或是卸载程序和数据密码保护使用一个八位数字密码保护您的程序。

FX1N-16MR的PLC机型，配合FX2N-485-BD内置扩展板，I/O总点数为点，输入点数为24(X000~X027)点，输出点为24（Y000~Y027）,为继电器输出，交流电源、24V直流输入类型。它具有灵活的配置，除了满足特殊需求的大量特殊模块，6个基本单元中的每个单元可扩展256个I/O。有高速运算，基本指令：0.08us/指令，应用指令：1.52至几百us/指令。有突出的寄存器容量，FX1N系列包括8K步内置RAM寄存器，用一个寄存器盒可扩展到16RAM或EEPROM。有丰富的元件资源，3072点辅助继电器，256点计时器，235点计数器，8000数据存储器，满足我的设计需要。

3.2触摸屏的介绍:

3.2.1触摸屏的定义与简介

触摸屏（Touch panel）又称为触控面板，是个可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。

随着多媒体信息查询的与日触控屏俱增，人们越来越多地谈到触摸屏，因为触摸屏不仅适用于中国多媒体信息查询的国情，而且触摸屏具有坚固

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耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。利用这种技术，我们用户只要用手指轻轻地碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，从而使人机交互更为直截了当，这种技术大大方便了那些不懂电脑操作的用户。

触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。触摸屏在我国的应用范围非常广阔，主要是公共信息的查询；如电信局、税务局、银行、电力等部门的业务查询；城市街头的信息查询；此外应用于领导办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等。将来，触摸屏还要走入家庭。

随着使用电脑作为信息来源的与日俱增，触摸屏以其易于使用、坚固耐用、反应速度快、节省空间等优点，使得系统设计师们越来越多的感到使用触摸屏的确具有相当大的优越性。触摸屏出现在中国市场上至今只有短短的几年时间，这个新的多媒体设备还没有为许多人接触和了解，包括一些正打算使用触摸屏的系统设计师，还都把触摸屏当作可有可无的设备，从发达国家触摸屏的普及历程和我国多媒体信息业正处在的阶段来看，这种观念还具有一定的普遍性。事实上，触摸屏是一个使多媒体信息或控制改头换面的设备，它赋予多媒体系统以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。发达国家的系统设计师们和我国率先使用触摸屏的系统设计师们已经清楚的知道，触摸屏对于各种应用领域的电脑已经不再是可有可无的东西，而是必不可少的设备。它极大的简化了计算机的使用，即使是对计算机一无所知的人，也照样能够信手拈来，使计算机展现出更大的魅力。解决了公共信息市场上计算机所无法解决的问题。

3.2.2.触摸屏的工作原理:

为了操作上的方便，人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。工作时，我们必须首先用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成；触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从

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触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。

目前触摸屏的应用范围从以往的银行自动柜员机、工控计算机等小众商用市场，迅速扩展到手机、PDA、 GPS(全球定位系统)、MP3，甚至平板电脑(UMPC)等大众消费电子领域。展望未来，触控操作简单、便捷，人性化的触摸屏有望成为人机互动的最佳界面而迅速普及。

目前的触控技术尚存在屏幕所使用的材源透光较差影响显示画面的清晰度，或者长期使用后出现坐标漂移、影响使用精度等问题。而且，全球主要触摸屏生产大厂多集中在日、美、韩等国家以及我国台湾地区；主要技术、关键零组件和原材料更是基本掌握在日、美厂商手中，中国大陆的触摸屏/触控面板产业还基本处于起步阶段。但正因如此，整个触控行业未来的上升空间还非常大，它也有望成为我国电子企业今后创新发展、大有作为的重要领域。触摸屏目前主要还是集中在小尺寸上的应用，未来的发展将是一个触控和遥控的世界，所以大尺寸触摸屏的发展是目前触摸屏发展的趋势，在市场的应用中给了民众耳目一新的感觉，深的广大民众的喜爱。所以未来的世界是个触控的世界，是个遥控的世界，大尺寸触摸屏的发展有着广泛的空间。

3.2.3.触摸屏的选用:

由于在此系统中，触摸屏要担任监控各部分运行状态，而且还用于控制作用，所以在此担任的任务还是比较重的。所以在此选定的触摸屏为MT506T型号的触摸屏。

①可实时显示设备和系统的运行状态。

②通过触摸向PLC发出指令和数据，再通过PLC完成对系统或设备的控制。 ③可做成多幅多种监控画面，替代了传统的电气操作盘及显示记录仪表等，且功能更加强大。

3.2.4触摸屏程序设计:

本系统的触摸屏人机交互界面的开发平台，采用MT506触摸屏的编程软件实现。该软件类似于组态软件，采用图形化的编程方法，只需将相关元件拖到预先定义的画面上，根据需要设置相关参数、合理配置PLC写入地址即可完成操作

3.2.5主要参数:

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型号MT506外壳颜色黑色显示屏 5.7英寸彩色 STN 液晶屏， 分辨率 320 × 240，像素亮度150 CD/M，色彩256色，对比度30:1，背光灯1支CCFL (最低保证寿命 >25000 小时)触摸屏4线，精密电阻网络( 表面硬度 4H ) CPU 32位RISC CPU 200MHz，存储器 1 MB Flash ROM + 4 MB DRAM，通信端口COM1: PC RS232 & PLC RS485/422 ，COM2: PLC RS232 配方存储 器标准内置128KB，实时时钟打印端口无系统诊断电源失效检测。

触摸屏实物图

编程软件对编程PC机要求不高，利用触摸屏自带RS 232串口或者USB接口通信，将设计完成后的人

界面下载到触摸屏。对于程序分别设计了监视、报警、控制以及频率显示、控制键，可由相应的控键实现对电机运转状态的控制和监控。触摸屏上电后自动进入所设计的画面，操作人员可以根据需要直接通过人机交互的方式，对下位机PLC进行控制。 3.3通风机:

通风机广泛用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却；锅炉和工业炉窑的通风和引风；空气调节设备和家用电器设备中的冷却和通风；谷物的烘干和选送；风洞风源和气垫船的充气和推进等。

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通风机的工作原理与透平压缩机基本相同，只是由于气体流速较低，压力变化不大，一般不需要考虑气体比容的变化，即把气体作为不可压缩流体处理。风机可制成右旋和左旋两种型式。从电动机一侧正视，叶轮顺时针旋转，称为右旋转风机，逆时针旋转，称为左旋。

一般的高压风机，其主要的动力设备是电动机，此外还包括用来控制风机风阀位置的电动或手动执行器、风机阀门限位开关等部件。风机动力设备的传统控制方法是通过手动或继电器控制，存在可靠性和灵活性较差的问题，比如：由于电机的容量大，就存在启动时间长、启动电流大、运行安全可靠性差等问题，为了解决这些问题，需要采取在启动离心风机时减少启动负荷、通过星—三角降压启动来降低启动电流、进行安全互锁控制等措施。通风机工作时，动力机(主要是电动机)驱动叶轮在蜗形机壳内旋转，空气经吸气口从叶轮中心处吸入。由于叶片对气体的动力作用，气体压力和速度得以提高，并在离心力作用下沿着叶道甩向机壳，从排气口排出。因气体在叶轮内的流动主要是在径向平面内。

风机的用途：一般用于高压强制通风，如冶炼、送料、矿井、隧道、地下室、铁路等，亦可输送空气及其它无腐蚀性、不含粘性物质、2非易燃、易爆之气体，介质温度最高不超过八十度，介质中硬质颗粒物中大于150mg/m3。

风机的作用：风机是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械。

由于隧道是一个相对较长较封闭的环境，其间由于车辆运行、自然环境、和隧道内其它设施运行时以及发生火灾时排出的一氧化碳、二氧化碳和其它的有害气体将在隧道内严重积聚。但凭借自然风是很难将它们排出去，这些有害气体将会对隧道内的人员的健康造成严重危害。因此，就必须借助于某种人为力量进行通风调节。保持空气流通。在隧道内我们一般选用通风机进行强制通风。

经过查阅相关资料得知，我国隧道使用通风机主要就是，G4 —73系列通风机，G4 —73系列通风机最初是为锅炉通风(引风) 设计的，后来被引用到隧道通风中并拥有一定的市场占有量。该系列通风机的特点是特性曲线较平缓、无驼峰、运行噪声较小、效率高。用以改变运行工况，还可通过配置不同转速的电动机来改变其运行工况,适应性较好。G4 —73系列通风机的特性曲线较平缓，运行噪声较小，效率高，适用于通风阻力不是太大的中小型隧道。我国地方隧道中使用该系列通风机较多，由于机型小，配置电动机的容量也小,可配用380V的电

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动机使用。基本参数如下：功率5.53KW、转速2900r/min、流量1900立方米/时、气压11016pa。

3.4 变频调速:

异步电动机是电力、化工等生产企业最主要的动力设备。作为高能耗设备，其输出功率不能随负荷按比例变化，大部分只能通过挡板或阀门的开度来调节，而电动机消耗的能量变化不大，从而造成很大的能量损耗。近年来，随着变频器生产技术的成熟以及变频器应用范围的日益广泛，使用变频器对电动机电源进行技术改造成为各企业节能降耗、提高效率的重要手段。

变频器实物图

n＝60 f(1－S)/P (1)式中n———异步电动机转速

f———异步电动机的频率； s———电动机转差率；

p———电动机极对数。

由式(1-1)可知，转速n与频率f成正比，只

要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频调速就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的。

变频器主要采用交—直—交方式，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。

3.4.1 变频器的选型和容量的确定:

在电机的容量确定并选定其型号后，接下来就要确定变频器的容量。异步电动机是电力、化工等生产企业最主要的动力设备。作为高能耗设备，其输出功率不能随负荷按比例变化，大部分只能通过挡板或阀门的开度来调节，而电动机消耗的能量变化不大，从而造成很大的能量损耗。近年来，随着变频器生产技术的成熟以及变频器应用范围的日益广泛，使用变频器对电动机电源进行技术改造成

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为各企业节能降耗、提高效率的重要手段。

确定变频器容量的主要依据是输出电流，其原则为：变频器的输出额定电流应大于或等于电机的额定电流。但在连续的变动负载或断续负载中，因电动机允许有短时间的过载，而且这种过载的时间经常超过变频器一般允许的一分钟。故应考虑选择变频器的额定电流大于或等于电动机运行过程中的最大电流。电动机的型号确定后，其额定电流可以从制造商提供的样本中查到。或者，也可从电机的输出功率由下式计算

P?3UIcos??

U为额定电压（KV）；I为额定电流（A）；η为电机效率；cos?为功率因数。 式中，P为额定输出功率（KW）； 本系统选用的是三菱全新一代标准变频器D700,与三菱PLC配合使用，功能强大，应用广泛。它采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，以满足广泛的应用场合。由于风机所用电机是5.53KW，所以在此选择变频器型号为FR-D740-7.5KW-CHT。主要参数如下：适用电机容量7.5KW、额定电流16A、额定容量13KVA、额定过载能力150％时60s,200％时0.5s 、电压3相380V-480V，50-60HZ。

3.5传感器介绍与选择: 3.5.1车辆检测电传感器

传感器的使用对本次的设计尤为重要，本次设计所采用的传感器是电磁感应线圈。电感式传感器其主要部件是埋设在隧道路面下的柱状状霍尔传感器当有高频电流通过电感时，公路面上就会形成高频磁场。当汽车进入这一高频磁场区时，汽车就会产生涡流损耗，环状绝缘电线的电感开始减少。当汽车正好在该感应线圈的正上方时，该感应线圈的电感减到最小值。当汽车离开这高频磁场区时，该感应线圈电感逐渐复原到初始状态。

检测原理：电涡流式传感器（eddy current type transducer），是利用电涡流效应将位移等非电被测参量转换为线圈的电感或阻抗变化的变磁阻式传感器。这种传感器的优点是结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量线性范围大、抗干扰能力强、体积小等。它是一种很有发展前途的传感器。 电涡流传感器的敏感元件是线圈，当给线圈通以交变电流并使它接近金属导体时，线圈产生的磁场就会被导体电涡流产生的磁场部分抵消，使线圈的电感量、阻抗和品质因数发生变化。这种变化与导体的几何尺寸、导电率、导磁率有关，也与线圈的几何参量、电流的频率和线圈到被测导体间的距离有关。如果使上述参量中的某一

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个变动，其余皆不变，就可制成各种用途的传感器，能对表面为金属导体的物体进行多种物理量的非接触测量。

电感式传感器是利用金属导体和交变电磁场的互感原理。位于传感器 前端。

线圈产生高频磁场，当金属物体接近该磁场，金属物体内部产生涡电流，导致磁场能量衰减，当金属物体不断靠近传感器感应面，能量的被吸收而导致衰减，当衰减达到一定程度时，触发传感器开关输出信号，从而达到非接触式之检测目的。

由于电感变化该感应线圈中流动的高频电流的振幅(本论文所涉及的检测工作方式)和相位发生变化，因此，在环的始端连接上检测相位或振幅变化的检测器，就可得到汽车通过的电信号。若将环状绝缘电线作为振荡电路的一部分，则只要检测振荡频率的变化即可知道汽车的存在和通过。

电感式传感器的高频电流频率为60kHz，尺寸为 2×3m，电感约为100μH.这种传感器可检测的电感变化率在0.3％以上。

电感式传感器安装在隧道墙壁上，从交通安全和美观考虑, 它是理想的传感器。传感器最好选用防潮性能好的原材料。

PT100温度传感器实物图

3.5.2.1 温度传感器简介与选型：

温度是自然界中和人类打交道最多的物理参数之一，无论是在生产实验场所，还是在居住休闲场所，温度的采集或控制都十分频繁和重要，而且，网络化远程采集温度并报警是现代科技发展的一个必然趋势。 由于温度不管是从物理量本身还是在实际人们的生活中都有着密切的关系，所以温传感器就会相应产生。在本系统中，由于发生火灾或其它事故将会导致隧道内温度过高，因而选用温度传感器将是非常必要的手段。

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在此系统中选用精度高且价格性能比高的PT100温度传感器。Pt100,就是说它的阻值在0度时为100欧姆，PT100温度传感器：是一种以铂(Pt)作成的电阻式温度传感器，属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下：R=Ro(1+αT)。

五．程序部分

5.1 PLC梯形图程序 5.1.1 0站PLC程序

设置网络参数，分配各站任务。D8176是进行主从站站号设定，D8177是进行站点数量设定，D8178是更新范围设定，D8179是网络通讯重试次数设定，D8180是进行公共暂停值的设定。

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网络通讯错误指示，D8183主站通讯错误，D8184从站1出现通讯错误，D8185从站2出现通讯错误，D8186从站3出现通讯错误，并可以由触摸屏上显示监控出是哪个站点的通讯出现问题。

本站是主站，所以任务比较重。主要涉及到向其它从站发出控制任务，从其它站接受反馈信号，并送达触摸屏，由它显示出来。车流量控制，车流量是主要控制参数，我们采用车辆传感器对车辆数进行监控，本站根据车辆的变化不断反馈，引领指示风机的转动。X0是进口传感器，用于检测进入隧道的车辆，并累加车辆数，X1是出口传感器，用于检测出去隧道的车辆，并减少车辆数，而两者之差就可以反馈出隧道内滞留的车辆，将此数据传送到PLC内的数据寄存器D0里,与设定的值进行比较，从而由PLC发出指令控制变频器，从而能时时的根据隧道内情况控制风机流量。

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5.1.2 1站PLC程序

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5.1.3 2站PLC程序

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5.1.4 3站程序

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5.2 触摸屏程序

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致谢

此次毕业设计历经5个多月终于完成，在设计过程中，得到指导教师党志勇老师的悉心指导与真切关怀。特别是在课题的定性探讨和设计过程中，及对设计中遇到的技术问题，老师都花费了大量的心血，付出了大量的劳动，并一直给予我无微不至的指导与多方面的帮助与指点，使我的知识、能力等各方面都有了很大的进步，在此，谨向党老师表示最衷心的感谢！

在课题进行期间，学院为我们提供了良好的学习和设计环境。在课题的研究和进展中，各任课老师及同组同学也给予了很大的帮助，最后还有能在白忙之中来听取我们答辩的学院领导及各位老师，在这里也一同表示感谢！

由于时间和知识水平所限，论文中还可能会有许多纰漏或错误之处，恳请各位老师和同学批评指正。

参考文献

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系统框图

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Pt100温度传感器的主要技术参数如下：

测量范围：-30℃～+200℃；允许偏差值△℃：A级±（0.15＋0.002│t│）， B级±（0.30＋0.005│t│）；热响应时间<30s；最小置入深度：热电阻的最小置入深度≥200mm；允许电流≤5mA。另外，Pt100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。

由于PT100热电阻的温度与阻值变化关系，人们便利用它的这一特性，发明并生产了PT100热电阻温度传感器。它是集温度湿度采集于一体的智能传感器。

3.5.4 烟尘传感器：

在隧道内，因汽车排放尾气，自然环境内有害气体的聚积和发生火灾时产生的烟尘而造成隧道内空气污染，将严重危害人体健康，因此，必须时刻检测空气质量，以保持空气清新。烟尘浓度传感器就是与PLC检测控制结合，当烟尘浓度传感器感知烟尘的存在时，就会使PLC自动控制风机运转；当没有烟尘时就会使运转恢复正常，使隧道空气始终保持清洁。

烟尘浓度传感器的结构，它由发光元件、光敏元件和信号处理电路等组成。烟尘浓度传感器的工作原理，通过烟尘浓度传感器的开口缝隙，空气能够自由流动，发光元件（发光二极管）产生肉眼看不见的间歇红外光，在空气中没有烟雾的情况下，红外光射不到光敏元件上，电路不工作；当烟雾进人烟尘浓度传感器时，间歇的红外光使烟雾粒子漫反射进入光敏元件，这时烟尘浓度传感器就判定烟雾存在，空气净化器鼓风机电动机运转而开始工作。

为防止烟尘浓度传感器受外部干扰而引起误动作，传感器内部采用了脉冲振

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荡电路，即使射人相同波长的红外光，而因脉冲周期不同，传感器也不会判断有烟雾。另外，传感器内部还设有定时、延时电路，此处，经查阅相关资料，最终确定为YW-21D, 烟气检测有专门的光电烟雾传感器，可以反应透明度、烟气浓度！价格便宜，简单可靠！于火灾检测，一氧化碳传感器，这个检测火灾准确、

烟雾传感器就是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的，烟雾报警器内部采用离子式烟雾传感，离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，基本参数：工作温度：-10℃～+50℃，工作电源：24VDC，

信号输出：常开/常闭

四．通讯安装与接线：

PC机通过专用电缆与PLC模块和触摸屏模块进行通信连接，编制调试程序完毕可以直接下载到触摸屏和PLC各自程序存储器。PLC模块与触摸屏之间由专用电缆连接，触摸屏按键指令可以由通信电缆加载到控制程序以执行相应的操作。另外，外部按钮指令直接加载在PLC输入端以实现相应的指令操作。

4.1 N:N 网络的通讯连接：

可编程控制器的通讯和网络是近年来工业自动化领域发展十分迅速的技

术。简易PLC间链接也叫做N∶N网络。可以有8台 PLC连接构成N∶N网络。

性能 传送速率 双绞线 同轴电缆 光缆 1～4Mbps 1～450Mbps 10～500Mbps 点对点50km不用中继器 不用中继器(基带)10点对点,连接点对点,多点1.5km多点1.5kmkm不用中继器(宽方法 不用中继器 带) 传送数字信号、调制信数字信号、调制信号(基带)数调制信号(基带)数信号 号、模拟信号(基带) 字、声音、图像(宽带) 字、声音、图像(宽带) 支持网络 抗干扰 星型、环行 星型、环行 总线型、环型总线型、环型 极好 好 很好 (1)并行通讯和串行通讯 隧道通风系统

①并行通讯

并行通讯是所传送数据的各个位同时进行发送或接收的通讯方式。 ②串行通讯

串行通讯是将数据一位一位顺序发送接收的通讯方式。 (2)RS-485通讯线

有一对平衡差分信号线，以半双工方式传送数据，能够在远距离高速通讯中，以最少的信号线完成通讯任务。 4.1.2工业控制网络的结构 4.1.3主站与从站

连接在网络中的通讯站点根据功能可分为主站与从站。 主站可以对网络中的其他设备发出初始化请求；

从站只能响应主站的初始化请求，不能对网络中的其他设备发出初始化请求。

网络中可以采用单主站(只有一个主站)连接方式或多主站(有多个主站)连接方式。

PLC间N∶N接口;并联链接的1∶FX2N-485BD 1接口;以计算机为主机的专用协议通讯用接口

计算机与4台PLC连接示意图

4.1.4 通讯系统的参数设置： 元件号 M8070 M8071 说 明 M8070=ON时,表示该PLC为主站 M8071=ON时,表示该PLC为从站 隧道通风系统

M8072 M8073 M8072=ON时,表示PLC工作在并行通讯方式 M8073=ON时,表示PLC在标准并行通讯工作方式,发生 M8070/M8071的设置错误 M8162=ON时,表示PLC工作在高速并行通讯方式,仅用于2个字的读/写操作 并行通讯的警戒时钟WDT(默认值为500ms) M8162 D8070 4.1.5 N∶N网络的特殊数据寄存器功能说明 寄存器号 D8173 D8174 D8175 D8176 D8177 功能 站号 从站数量 更新范围 站号设置 设置从站数量 更新范围设置 对网络中从站的数量进行设置 对网络中数据的更新范围进行设置 从站 写 从站 写 说明 保存PLC自身的站号 保存网络中从站的数量 保存要更新的数据范围 对网络中 PLC站号的设置 响应类型 主站、从站 主站、从站 主站、从站 主站、从站 读/写方式 读 读 读 写 D8178 4.1.6 通讯连接

1.通过 FX2N-485-BD内置通讯板和专用的通讯电缆。

2.通过 FX2N-CNV-BD内置通讯板、FXON-485ADP特殊适配器和专用通讯电缆。 3.采用RS485接口的通讯系统，一台计算机最多可连接16台可编程控制器。 4.

三菱FX系列可编程控制器中的 FX2N、FX2NC、FX1N、FX1S、FXON可

以构成可编程控制器N∶N

网络，通过程序控制实现 PLC间数据的通讯。 4.1.7 安装方法

关闭可编程控制器的电源，并使用下述步安装485BD。

1. 从基本单元的上表面卸下面板的盖子。

2. 将485BD上可编程控制器的连接器连接到基本单元上的安装连接器上。 3. 使用所提供的M3自攻螺丝钉将485BD固定到基本单元上。 拧矩：0.3到0.6N.m（3到6kgf.cm）。

4.使用工具如钳子和剪子，卸下面板盖子左边的切口，以便可以接触到端子板。端子板的上表面高于可编程控制器买你版盖子的上表面，高大约7毫米。

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网络连接方法

4.2变频器与PLC的接线：

在此PLC主要控制着变频器的频率控制，控制变频器的RH、RL、RM 及SD口即可。并将变频器报警的A C 端输入到PLC输入口。 4.3

触摸屏与PLC的通讯连接

用RS232线连接，注意设定好与PC机的端口设定，下载好程序后需关机复位。

4.4 变频器布线方法

1）变频器和电机的距离应该尽量的短。这样减小了电缆的对地电容，减少干扰的发射源。

2）控制电缆选用屏蔽电缆，动力电缆选用屏蔽电缆或者从变频器到电机全部用穿线管屏蔽。

3）电机电缆应独立于其它电缆走线，其最小距离为500mm。同时应避免电机电缆与其它电缆长距离平行走线，这样才能减少变频器输出电压快速变化而产生的电磁干扰。如果控制电缆和电源电缆交叉，应尽可能使它们按90度角交叉。与变频器有关的模拟量信号线与主回路线分开走线，即使在控制柜中也要如此。

4）与变频器有关的模拟信号线最好选用屏蔽双绞线，动力电缆选用屏蔽的三芯电缆（其规格要比普通电机的电缆大档）或遵从变频器的用户手册。

4.5接线规范

信号线与动力线必须分开走线：使用模拟量信号进行远程控制变频器时，为了减少模拟量受来自变频器和其它设备的干扰，请将控制变频器的信号线与强电回路（主回路及顺控回路）分开走线。距离应在30cm以上。即使在控制柜内，同样要保持这样的接线规范。该信号与变频器之间的控制回路线最长不得超过50m。

信号线与动力线必须分别放置在不同的金属管道或者金属软管内部：连接PLC和变频器的信号线如果不放置在金属管道内，极易受到变频器和外部设备的干扰；同时由于变频器无内置的电抗器，所以变频器的输入和

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输出级动力线对外部会产生极强的干扰，因此放置信号线的金属管或金属软管一直要延伸到变频器的控制端子处，以保证信号线与动力线的彻底分开。 1) 模拟量控制信号线应使用双股绞合屏蔽线，电线规格为0.75mm2。在接线时一定要注意，电缆剥线要尽可能的短（5-7mm左右），同时对剥线以后的屏蔽层要用绝缘胶布包起来，以防止屏蔽线与其它设备接触引入干扰。 2) 为了提高接线的简易性和可靠性，推荐信号线上使用压线棒端子。 变频器的运行和相关参数的设置： 变频器的设定参数多，每个参数均有一定的选择范围，使用中常常遇到因个别参数设置不当，导致变频器不能正常工作的现象 4.6 调试

接线检查

1.要查接线、核对地址。

要对应I/O分配表逐点进行，要确保正确无误。可不带电核对，那就是查线，

较麻烦。也可带电查，加上信号后，看电控系统的动作情况是否符合设计的目的。 由于此处涉及强电，操作时务必注意安全，按规范操作。

2.检查模拟量输入/输出。

看输入输出模块是否正确，指示是否正常，工作是否正常。设备检查。 3、检查与测试通讯。

PLC控制面板上的指示灯，应先对应主从站的通讯显示进行检查。一方面，查看连接上没有，另一方面检查逻辑关系是否正确。先调好它，将对进一步调试提供方便。 而后再查PLC与触摸屏通讯是否正常，如不正确，或混乱，可看参数设置是否正确，或通讯线连接是否正常。

4、检查手动动作及手动控制逻辑关系。

完成了以上调试，继而可进行手动动作及手动控制逻辑关系调试。要查看各个手动控制的输出点，是否有相应的输出以及与输出对应的动作，然后再看，各个手动控制是否能够实现。如有问题，立即解决。

5、半自动工作。系统可自动工作，那先调半自动工作能否实现。

调试时可一步步推进。直至完成整个控制周期。哪个步骤或环节出现问题，就着手解决哪个步骤或环节的问题。

6.自动工作。

在完成半自动调试后，可进一步调试自动工作。要多观察几个工作循环，确

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保系统能正确无误地连续工作。

7、模拟量调试、参数确定。

以上调试的都是逻辑控制的项目。这是系统调试时，首先要调通的。这些调试基本完成后，可着手调试模拟量、脉冲量控制。最主要的是选定合适控制参数。一般讲，这个过程是比较长的。要耐心调，参数也要作多种选择，再从中选出最优者。有的PLC，它的参数可通过自整定获得。但这个自整定过程，也是需要相当的时间才能完成的。

异常条件检查，完成上述所有调试，整个调试基本也就完成了。但是好再进行一些异常条件检查。看看出现异常情况或一些难以避免的非法操作，是否会停机保护或是报警提示。若查对后均正确无误，可进行试运行。

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