摘要：传统地铁车站内的通风设备均设置有BAS系统控制、通风空调电控室控制、就地控制三级控制体系。其中就地级控制一般采用现场设置控制箱、通过硬接线连接至通风空调电控柜实现。而由于现场控制一般仅针对调试和维护，并不用于应急控制，因此通过硬接线方式连接至通风空调电控柜不仅消耗了大量的线材，也给环控柜的设计增加了许多联锁要求。同时，由于硬接线无法实现复杂的诊断功能，传统的现场控制箱仅能实现简单的启停功能，并无法真正满足运营维护的需求。为优化通风设备现场诊断控制功能，简化通风设备的控制回路，降低建设成本，提高维护效率，本文拟特申请研究开发智能型通风设备控制箱。
关健词：智能通风设备；控制系统；技术分析
引言
智能型通风设备控制箱，内含控制、保护和通信所需的智能元器件。控制箱分布式安装在现场，通过通讯总线和通风空调电控室的网关PLC组成现场控制网络。每端通风空调电控室（含40个风机回路和40个风阀回路）只需要4根通讯总线（2芯屏蔽线），可很大程度上减少管线的成本和施工成本，节约了投资。智能型通风设备控制箱具有网络化、可编程、多功能的特性，满足分布式控制系统的要求，智能型通风设备控制箱分布式安装、分布式控制的系统理念，符合工业控制的发展趋势，实现传统集中控制技术向新一代智能分布式控制的转变。目前国内尚无类似的智能型控制箱产品，通过开发此类新产品，可促进市场发展，符合国家实施制造强国战略第一个十年的行动纲领《中国制造2025》中提出的“创新驱动”的要求。
一、具体研究目标、研究内容和拟解决的关键问题
1 研究目标：
1．.1、研究分布式智能通风设备控制系统，开发智能型就地控制箱；
1.2、智能型就地控制箱能实现通讯组网；
1.3、智能型就地控制箱能实现和风机的软联锁；
1.4、智能型就地控制箱有逻辑编程功能，既能实现风阀就地控制及状态显示，又能实现风机的就地控制及状态显示。
1.5、智能型就地控制箱能实现多种故障报警、通讯报警功能；
2 研究内容：
1、可灵活组网的分布式智能通风设备控制系统，带485通讯接口，具有通讯组网功能；
2、智能型就地控制箱具有通用性，能用于风机、风阀等常用设备的就地控制及状态显示；
3、具有逻辑编程功能，能实现风机、风阀之间的联锁；
1.33 拟解决的关键问题：
1、高防护等级、模块化就地控制箱
控制箱的结构设计是本项目开发的基础。首先需要确定合理的外观尺寸及内部布置方案，选择最合适的材料，以期结构效益的最大化；使得高密度、大容量和高防护等级（IP65）成为可能。同时进行工业化外观方案设计，满足人机工程学和美学的要求。
2、分布式控制技术
分布式智能控制技术是本项目的核心。在国内轨道交通通风设备控制系统领域，仍以传统的集中控制方案为主。在本项目中我们将开发出基于总线通信技术的智能分布式通风设备控制系统，智能型通风设备控制箱通过通信总线与通风空调电控室的网关PLC连接，并组成分布式控制系统，系统可以实现通风设备的就地控制，风机设备与风阀设备的联锁等功能。智能型控制箱采用双通讯接口，既可以做主站也可以做从站，增强分布式组网的灵活性，方便扩展。
本项目拟开发的分布式智能通风设备控制系统在国内轨道交通行业尚无应用案例，
若开发成功可取得很好的示范效应。
拟开发的智能型就地控制箱具有智能型、高防护等级、模块化、小型化等创新特点。
二、拟采取的研究方法及技术路线图
2.1拟采用的研究方法
1）第一阶段试验方案
第一阶段主要对高防护等级、模块化就地控制箱进行研究。 防护等级IP54\IP65，2、3、4孔按钮盒，最多16个外部I/O，LED长寿命指示灯，支持逻辑编程功能。
就地控制箱箱面布置示意图见图1，箱内布置示意图见图2，内部电气原理图见图3。
图1箱面布置示意图
图2箱内布置示意图
图3内部电气原理图
本项目主要控制元器件选用施耐德品牌工业级可编程控制器。经过初步研究，暂定选用施耐德M100系列小型一体化可编程控制器产品，详见下图。
图4施耐德M100系列PLC
M100系列可编程控制器是施耐德电气专为中国用户使用习惯和使用环境定制研发的工业级产品。该产品具有以下明显特点：
1、采用交流220V供电，且内置24V直流输出，和继电器输出端口；
2、采用专用的高性能处理芯片，处理速度高达0.2μs/布尔量；
3、内置1个RS485通信接口，支持标准开放的Modbus通信总线；
4、内置1个Mini USB-B编程通信端口，易于操作与调试；
5、支持microSD卡设计，可轻松复制程序与升级固件；
6、针对复杂的使用环境，设计了电源输入保护、输出保护、直流电源反接保护等功能，同时电路板采用涂层设计，焊盘采用沉金技术，抗氧化，大大延长了使用寿命；
2）阶段试验方案
在完成第一阶段试验的基础上，生产10个智能型通风设备控制箱，代替环控电控室集中控制的10个风阀抽屉，分布式安装在现场，通过总线连接到网关PLC，网关PLC通过总线采集智能型通风设备控制箱的状态，并下达控制命令到对应电机保护器，控制风机的启动、停止，同时将电机的启状态、停止状态、故障状态通过总线转发到智能型通风设备控制箱，在其上显示电机的状态。
施工方根据设计院图纸，在指定位置安装指定编号的智能手操箱，一般一个房间内风机的智能手操箱安装在一起。机电施工方完成智能手操箱的安装及通讯线连接、敷设。注意每一条手操箱的通讯总线的长度不能超过500米。该部分任务在设备单体调试前完成。通讯线型号为DN011，颜色为灰色。
机电施工方完成智能手操箱的安装及通讯线连接、敷设后，由我方完成智能手操箱地址的编码，手操箱的组网。
在风机、空调柜、水泵等设备单机调试时，完成智能手操箱的功能测试。
2.2 技术路线图
本项目的技术路线如下图所示。
图5技术路线图
三、 结束语
高防护等级、模块化就地控制箱控制箱的结构设计是本项目开发的基础。首先需要确定合理的外观尺寸及内部布置方案，选择最合适的材料，以期结构效益的最大化；使得高密度、大容量和高防护等级（IP54/IP65）成为可能。同时进行工业化外观方案设计，满足人机工程学和美学的要求。
分布式智能控制技术是本项目的核心。在国内轨道交通通风设备控制系统领域，仍以传统的集中控制方案为主。在本项目中我们将开发出基于总线通信技术的智能分布式通风设备控制系统，智能型通风设备控制箱通过通信总线与通风空调电控室的网关PLC连接，并组成分布式控制系统，系统可以实现通风设备的就地控制，风机设备与风阀设备的联锁等功能。智能型控制箱采用双通讯接口，既可以做主站也可以做从站，增强分布式组网的灵活性，方便扩展。同时，智能型控制箱具有丰富的故障诊断功能，可向操作和维护人员提供丰富的状态信息，方便进行现场维护工作。
本项目拟开发的分布式智能通风设备控制系统具有智能型、高防护等级、模块化、小型化等创新特点，在国内轨道交通行业尚无应用案例，若开发成功可取得很好的示范效应。
论文作者:琚永刚,林泽武,陈慧,徐幸荣,陈功府
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/14
标签：控制箱论文; 通风设备论文; 分布式论文; 控制系统论文; 智能论文; 总线论文; 风机论文; 《电力设备》2017年第34期论文;