地铁站通风控制系统的硬件设计与研究

齐楠,黄明强

(1.辽宁省产品质量监督检验院，辽宁 沈阳 110032;2.沈鼓集团，辽宁 沈阳 110004)

地铁站通风控制系统的硬件设计与研究

齐楠1,黄明强2

(1.辽宁省产品质量监督检验院，辽宁 沈阳 110032;2.沈鼓集团，辽宁 沈阳 110004)

以地铁站的轴流风机为控制对象，分析地铁站风机变频调速的节能原理，介绍了PLC部分和变频器部分的选型。对通信协议、主电路设计、控制电路设计进行了介绍。用PLC控制变频器去驱动风机变频运行，进行变频调速。满足地铁站温度的要求，达到较好的节能效果。

地铁;通风控制系统;PLC

1 概述

地铁，因其独有的便利性和快速性，成为解决城市交通问题最有效的方法之一。近年来地铁建设迎来了高峰期。因此，如何优化设计地铁站通风系统，做到系统的节能运行，具有重要意义。

2 地铁风机变频调速的节能原理

地铁风机负载转矩与速度的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。因此，用变频器改变风机的转速，可以获得显著的节能效果。

当通风机稳定运行时，风机的风量与转速成正比，风压与转速的平方成正比，功率与转速的三次方成正比。如果风机的转速降为原来的50%，那么风量也降为原来的50%，功率则降为原来的 12.5%。这说明通过改变通风机的转速，来改变通风机的功率输入，从而节省大量的电能。通风机的转速可以通过改变电源的输入频率来控制，因此，变频调速能够节约大量能源。

3 PLC可编程控制器部分

可编程控制器采用SIMATIC S7-1200。SIMATIC S7-1200 是西门子新一代的可编程控制器。其CPU 集成有6个高速计数器，其中3个的最高频率为100kHz，另外3个为30kHz，还集成了两个100kHz的高速脉冲输出，可以输出脉冲宽度调制( PMW)信号。

4 变频器部分

变频器部分采用西门子MM430。西门子MM430 是全新一代标准风机水泵专用型变频器。它按照专用要求设计，并使用内部功能互联(BiCo)技术，具有高度可靠性和灵活性。控制软件可以实现专用功能：多泵切换、手动/自动切换、旁路功能、断带及缺水检测、节能运行方式等。内部具有数字量输入6个，模拟量输入2个，输入信号类型可以是0～+10V、0～20mA和 -10～+10V，这2个模拟输入可以作为第7和第8个数字输入，模拟量输出2个，继电器输出3个，具有15个固定频率，4个跳转频率[1]。

5 地铁车站通风系统原理

车站每端均设置一条送风道、一条排风道和一条活塞风道，每条排风道内并联设置两台相同参数的车站通风机 SVF( 兼做车站公共区排烟风机和区间隧道事故风机)，每条活塞风道内各设置一台事故风机 TVF，风道内设置相关的消声器、组合风阀等设备。每条送风道内设置一台车站送风机和一台区间送风机，送风道内设置初效过滤器。

在站台层设置轨顶通风道和站台板下通风道，轨顶通风道兼做站台层排烟风道，为了增强站台层候车区的排烟效果，在站台候车区域设置排风兼排烟管。在站厅沿车站纵向设置站厅层排风排烟风管。在站厅站台层纵向设置送风管。在车站两端设置区间送风管[2]。

6 控制系统的网络通信部分

控制系统的网络通信协议采用PROFINET。PROFINET实时以太网支持一般标准的工业过程控制和过程数据对时间要求十分苛刻的现场级实时控制和运动控制应用，以及基于组件的分布式自动化系统集成。PROFINET 实时以太网不仅面向过程自动化应用，还可实现高性能运动控制。通过 PROFINET，分布式现场设备(I/O控制器、I/O设备和 I/O监视器)可以直接连接到工业以太网。SIMATIC S7-1200CPU集成的PROFINET通信接口支持面向连接的以太网传输层通信协议。使用 PROFINET 通信接口可以实现S7-1200 PLC 与编程设备的通信，与S7-200 PLC、S7-300/400 PLC 的以太网通信，与HMI人机界面的通信以及与其他 CPU之间的通信。

7 主电路设计

在风机控制系统硬件电路的主电路部分，M1、M2、 M3为地铁风机的三台电机，交流接触器KM1、 KM2分别控制M1、M2的变频运行；交流接触器 KM3 控制M3工频运行；QS1、QS2为主电路电源的隔离开关；FU1为主电路的熔断器；FRl、FR2、FR3分别为电机M1、M2、M3的热继电器；VVVF1、VVVVF2为风机、泵类专用变频器 MM430。

8 控制电路设计

在风机控制系统硬件电路的控制电路的部分，利用 PLC进行控制，在很大程度上提高了系统的可靠性、节省大量的继电器，同时还实现了复杂的逻辑控制和模拟量控制等功能。本控制系统选用的 PLC 为Siemens S7-1200系列中CPU为1241C的PLC， 本机带有14点数字量输入和10点数字量输出。为了实现对温度和烟雾浓度的模拟量控制，外部扩展一个 SM1234的模拟量模块，它具有4个模拟量输入和两个模拟量输出。

变频器选择的是两台型号为 MM430，功率为 75kW 的风机、泵专用变频器，控制功率为 2*40kW 的通风机。用U/f控制方式的变频器来控制该类机械的转速，能够达到节能的效果。

9 结束语

地铁公共区通风系统是保障地铁舒适、 安全运行的重要组成部分。本文的地铁站通风控制系统的硬件设计，采用PID 的控制算法，达到了较好的节能效果。

[1] 王建，杨秀双.西门子变频器入门与典型应用[M].北京：中国电力出版社，2011.

[2] 贾维山，王佳.BAS系统在沈阳地铁一号线的应用[J].企业技术开发，2010，2：41-41.

[3] 施俊良.室温自动调节原理和应用[M].北京：中国建筑工业出版社，1983.

The Hardware Design and Research on the Ventilating Control System of the Subway Station

QINan1,HUANGMing-qiang2

(1.Liaoning Province Product Quality Supervision and Inspection Institute,Shenyang 110032,China;2.Shengu Group,Shenyang 110004,China)

In this paper,the station of the axial fan is the control object. This paper analyses the energy saving principle of fan frequency conversion speed regulation in subway station,and introduces the selection of PLC part and the inverter part. The communication protocol,the design of the main circuit,the design of the control circuit are introduced.Use the PLC control inverter to drive the fan and frequency conversion.The result meets the temperature requirements of the metro station,and achieves better energy-saving effect.

metro;ventilating control system;PLC

1004-289X(2015)03-0058-03

TM921

B

2015-04-18

齐楠,工程师，硕士研究生，毕业于浙江大学信息学部控制科学与工程系控制理论与控制工程专业，主要从事电子电气产品的检测与研究; 黄明强，毕业于东北大学自动化专业，从事控制系统编程与调试工作。

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