一、项目概述

近年来，高速公路及高速铁路建设事业的快速发展，我国隧道建设工作进

入了迅猛发展 时期，随之而来的各种隧道事故也频频发生。隧道建设期，施工环境封闭，隧道内有害气体 随时威胁施工工人人身安全。为切实规范隧道施工安全，提升工程质量安全管理水平，通过 先进的技术，实现通风系统的智能化管理，降低安全风险。

本方案旨在利用粉尘传感器、甲烷传感器和氧气传感器实时监测环境中的粉尘浓度、甲 烷浓度和氧气浓度，并将浓度信号通过云平台传输至变频器，由变频器根据预设逻辑自动调 节电机运行频率，从而控制风机转速，实现环境参数的自动调节，避免能源浪费的同时又保 障安全生产。

二、系统介绍

针对上述情况，结合市场及用户反馈，公司推出了采用物联网领域内先进的LORA远距 离通讯技术，并整合PLC控制技术、传感技术等多领域内的高新技术系统《隧道风机专用全 自动控制系统》。

三 、系统组成及工作原理

3.1系统图

3.2系统组成

3.2.1 传感器部分:

粉尘传感器:实时监测环境粉尘浓度，输出标准电信号通过物联网云平台或网关传送给PLC控制器。

甲烷传感器:实时监测环境甲烷浓度，输出标准电信号通过物联网云平台或网关传送给PLC控制器。

氧气传感器:实时监测环境氧气浓度，输出标准电信号通过物联网云平台或网关传送给PLC控制器。

3.2.2PLC 控制器接收粉尘，甲烷，氧气传感器信号，根据预设逻辑调节变频柜输出频率， 控制电机转速。

3.2.3 风机电机由变频柜驱动，带动风机运转，实现环境参数的调节。

3.2.4 控制系统，PLC系统，实现复杂的控制逻辑、数据记录和报警功能。

3.3系统功能

系统监测监控项目有：

（1）有害气体浓度，包括一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、甲烷浓度、氧气浓度等；

（2）环境质量，包括环境温度和粉尘浓度等；

（3）风机的工况，包括电压、电流、功率、轴温、振动、风量等；

（4）风机的开停状态，运行频率等；

（5）控制风机的启动停止，以及变频的频率给定等；

3.4系统特点

系统可实现的功能有：

(1) 实现隧道通风机的自动启停；

(2) 实现通风机的远程控制及自动切换；

(3) 结合变频控制技术实现风量的按需自动调节；

(4) 隧道内有害气体实时监测，记录和超限报警等；

(5) LED 屏显示或电视墙显示，让进出隧道人员可随时查看；

(6) 远程访问管理，实时随地，只要有网络的地方，均可查看当前隧道施工的各项信息；

(7) 历史报表和历史曲线查询和打印；

3.5系统工作原理

(1) 隧道施工放炮后，隧道内粉尘浓度增大，如不及时排除粉尘，不仅影响施工进度，而且 对施工人员的健康也是不利的。本系统实时获取粉尘浓度传感器的数据，在放炮后，安 装于该处的粉尘浓度传感器数据必然增大，此时PLC控制器结合变频调速功能，自动调 节频率，使隧道内粉尘尽快排出。

(2) 除了根据粉尘浓度调节频率，改变风量大小之外，系统还根据有害气体浓度大小改变风 量大小。防止有害气体超限，威胁人员人身安全。

(3) 使本系统利用先进技术把从管理到监测各部分整合起来，更大限度将管理和安全提升至 更高水平。

三、传感器硬件

防爆型传感器

传感器电源：AC-220V

传感器远程信号：三网通（移动，电信，联通）及WIFI/网关

传感器测量参数：

四、控制逻辑

1. 信号采集:粉尘，甲烷，氧气三合一传感器实时监测环境粉尘，甲烷，氧气浓度，并将 浓度信号传输至变频器。

2. 信号处理:变频器接传感器信号，并进行滤波、放大等处理。

3. 频率调节:变频器根据预设的控制逻辑和粉尘，甲烷，氧气浓度设定值，计算出所需的电 机运行频率。

4. 频率输出:变频器将计算出的频率信号输出至电机，控制电机转速。

5. 反馈调节:电机转速变化导致风机风量变化，进而影响环境粉尘，甲烷，氧气浓度。传 感器将新的浓度信号反馈至变频器，形成闭环控制。

6. 粉尘传感器、甲烷传感器和氧气传感器可以通过(多参数协同控制逻辑)来调节变频器的频 率输出。这种控制逻辑需要综合考虑粉尘浓度、甲烷浓度和氧气浓度的安全范围和工作需求， 确保系统在安全、节能的前提下运行。以下是二种常见的控制逻辑：

1. 安全优先控制逻辑

原理： 优先确保甲烷浓度和氧气浓度在安全范围内，其次根据粉尘浓度调节变频器频率。

控制逻辑

1. 安全判断：

如果甲烷浓度超限（如> 1%）或 氧气浓度不足（如< 19.5%），变频器立即停止输出， 并触发报警。

如果甲烷浓度和氧气浓度正常，进入下一步。

2. 粉尘浓度控制：

根据粉尘浓度与设定值的偏差，采用PLC控制调节变频器频率。

例如：

粉尘浓度高于上限，增加频率，提高风机转速。

粉尘浓度低于下限，降低频率，减少能耗。

粉尘浓度在范围内，保持当前频率。

优点： 安全性高，适用高风险场所。

缺点： 粉尘控制优先级较低，可能影响除尘效果。

2.多参数加权控制逻辑

原理： 根据粉尘浓度、甲烷浓度和氧气浓度的重要性，分配不同的权重，综合计算 变频器频率。

控制逻辑：

1. 参数归一化：

将粉尘浓度、甲烷浓度和氧气浓度转换为统一的标度（如0-100%）。

2. 加权计算：

根据各参数的重要性选择以那个传感器为标准。

五、参数设置

安全阈值:

甲烷浓度报警值:根据安全规范设置甲烷浓度上限，例如1%。

氧气浓度报警值:根据安全规范设置氧气浓度下限，例如19.5%。

粉尘浓度设定值:根据实际需求设定目标粉尘浓度值。

控制方式: PLC远程或本地控制方式，并设置相应的控制参数。

频率上下限:根据电机和风机的性能参数，设置变频器输出频率的上下限，避免设备过载。

报警功能:可设置甲烷浓度、氧气浓度、粉尘浓度超标报警，及时提醒工作人员处理。

六、方案优势

安全性高:实时监测甲烷和氧气浓度，有效预防瓦斯爆炸和缺氧事故。

自动化程度高:实现环境参数的自动监测和调节，减少人工干预。

节能环保:根据实际需求调节风机转速，避免能源浪费。

控制精度高:采用闭环控制，提高环境参数控制精度。

扩展性强:可根据用户使用增加其他监测传感器到控制系统，实现更复杂的控制功能。

手机及电脑端可实时监控运行数据方便终端用户对设备状态风机的情况与管理。

七、注意事项

传感器的选型应根据实际工况选择合适的量程和精度。

变频器的选型应根据电机功率和负载特性选择合适的型号。

系统安装和调试应由专业人员进行，确保系统安全可靠运行。

定期对传感器进行校准和维护，保证测量精度。

八、总结

本方案利用粉尘传感器、甲烷传感器、氧气传感器和变频器实现环境参数的自动控制，具有 安全性高、自动化程度高、节能环保、控制精度高等优点，可广泛应用于隧道、矿山、石油 化工、地下工程等存在粉尘、甲烷和氧气浓度变化风险的场所。

全自动远程控制柜利用物联网云平台等通技术要对估到简单易操作,性价比高但又不失品质,具体重要原件配置如下:

附件：变频控制柜产品图及证书