基于PLC的隧道監(jiān)控系統(tǒng)

賈恩明，張 輝

JIA En-ming, ZHANG Hui

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120）

0 引言

首都機(jī)場(chǎng)T3停機(jī)坪與T2停機(jī)坪之間捷運(yùn)隧道，全長(zhǎng)約1800米，能夠便于乘客在T2和T3之間的換乘。隧道內(nèi)是無(wú)人值守，因此需要遠(yuǎn)程對(duì)隧道內(nèi)的每個(gè)機(jī)械設(shè)備和電氣設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。同時(shí)，在隧道內(nèi)有觸摸屏能夠在隧道內(nèi)對(duì)所有的設(shè)備進(jìn)行操作。隧道監(jiān)控系統(tǒng)主要是對(duì)污水泵系統(tǒng)、排水泵系統(tǒng)、雨水泵、排煙風(fēng)機(jī)、射流風(fēng)機(jī)、照明系統(tǒng)、亮度及CO濃度、車道指示器、限速標(biāo)志及情報(bào)板等進(jìn)行整體的監(jiān)測(cè)和優(yōu)化控制。

1 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由于隧道內(nèi)的排煙風(fēng)機(jī)、射流風(fēng)機(jī)、雨水泵等分布分散且距離較長(zhǎng)，不適于采用集中采集監(jiān)控，因此采用分散控制的形式，在隧道的入口、出口、中間各放置PLC控制機(jī)柜對(duì)本地段的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)控制。同時(shí)，PLC具有以太網(wǎng)通訊功能可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)交換機(jī)與在航站樓內(nèi)的監(jiān)控軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。操作人員可以在控制室內(nèi)遠(yuǎn)程掌握隧道內(nèi)的所有設(shè)備的狀態(tài)，也可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

在傳統(tǒng)的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中，通常BA（樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)）與電力監(jiān)控系統(tǒng)是兩個(gè)系統(tǒng)，但是這樣不利于集中監(jiān)控。采用PLC與組態(tài)軟件進(jìn)行監(jiān)控可以使這兩個(gè)系統(tǒng)成為一體監(jiān)控系統(tǒng)。隧道監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 隧道監(jiān)控系統(tǒng)圖

1.2 PLC控制器選擇

在樓宇自動(dòng)化中應(yīng)用較多的是DDC（Direct Digital Control），DDC與PLC在一些方面有一定的區(qū)別。在應(yīng)用方面，DDC本身是由PLC發(fā)展而來(lái)的，是在其中固化了一些符合樓控本身特點(diǎn)的程序。也因?yàn)槿绱薉DC在靈活性上差于PLC，同時(shí)由于PLC大量應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，因此抗干擾能力強(qiáng)。在結(jié)構(gòu)方面，現(xiàn)在的PLC在網(wǎng)絡(luò)方面其實(shí)與DDC是一樣的，也支持多種協(xié)議，也是分層結(jié)構(gòu)，也可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊。在軟件方面，DDC系統(tǒng)的上位機(jī)軟件多為專用軟件，而PLC系統(tǒng)上位機(jī)軟件既可是專用軟件，又可是通用組態(tài)軟件，應(yīng)用更為廣泛。

在隧道中并沒(méi)有VAV的空調(diào)系統(tǒng)，同時(shí)，隧道不同于樓宇，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要比樓宇嘈雜，干擾因素要比樓宇多。而且，系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的采集速度，準(zhǔn)確性要求高。因此隧道監(jiān)控系統(tǒng)適合采用PLC作為控制器。針對(duì)本項(xiàng)目，由于現(xiàn)場(chǎng)需要采集的開(kāi)關(guān)量及模擬量較多，采用性能較好的西門子S300PLC。

2 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 車道指示器監(jiān)控

車道指示器時(shí)隧道中必不可少的部分，對(duì)車輛是否可以行駛進(jìn)行指示。當(dāng)允許車輛行駛時(shí)，車道指示器為綠色箭頭，禁止車輛駛?cè)霑r(shí)顯示黃色叉子。機(jī)場(chǎng)隧道每個(gè)方向?yàn)殡p車道，考慮一面隧道出現(xiàn)緊急情況時(shí)，單方向雙車道可以改為雙方向單車道。因此，車道指示器為雙面顯示，監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的反應(yīng)車道指示器正反兩面的狀態(tài)。同時(shí)，根據(jù)情況設(shè)置，可以操作員操作改變指示狀態(tài)，也可以根據(jù)情況通過(guò)PLC程序自動(dòng)完成狀態(tài)切換。例如，當(dāng)遇到火警等緊急情況時(shí)，PLC程序會(huì)自動(dòng)改變車道指示器狀態(tài)，禁止車輛駛?cè)搿?/p>

2.2 CO濃度監(jiān)測(cè)及風(fēng)機(jī)監(jiān)控

由于隧道處于地面以下，汽車通行排放尾氣會(huì)使CO聚集，因此實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)CO的濃度，并進(jìn)行及時(shí)的處理是非常必要的。本系統(tǒng)中，CO/VI檢測(cè)裝置安裝與隧道中，傳感器提供4mA～20mA模擬量給PLC系統(tǒng)。PLC采集到CO的濃度值，一方面?zhèn)鬏斀o遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件，做數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)，PLC根據(jù)實(shí)際值與安全閥值的比較，通過(guò)程序處理可以自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉射流風(fēng)機(jī)，來(lái)調(diào)節(jié)隧道內(nèi)部的CO能度，從而維持隧道內(nèi)部的空氣清新。

2.3 亮度監(jiān)測(cè)及照明監(jiān)控

隧道內(nèi)照明既要符合車輛行駛的要求，又要節(jié)約能源。結(jié)合根據(jù)機(jī)場(chǎng)運(yùn)行的實(shí)際情況，照明設(shè)置為全夜照明、半夜照明、白天照明、全天照明模式。同時(shí)，在隧道入口、中間段、出口段裝有亮度檢測(cè)儀，根據(jù)亮度的變化輸出4mA～20mA模擬量進(jìn)入PLC系統(tǒng)。T3工作區(qū)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)隧道內(nèi)的亮度情況及照明狀態(tài)情況。操作人員可以自行啟動(dòng)照明模式，PLC控制器會(huì)根據(jù)亮度情況啟動(dòng)相應(yīng)的照明模式。

2.4 液位監(jiān)測(cè)及水泵監(jiān)控

本項(xiàng)目隧道在每個(gè)入口處設(shè)有雨水泵，在中間段設(shè)有污水泵和排水泵。由于是無(wú)人值守，遠(yuǎn)程要求能夠?qū)λ眠\(yùn)行狀態(tài)、故障情況、液位情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控?，F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)PLC系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并在遠(yuǎn)程軟件上存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)顯示。遠(yuǎn)程可以根據(jù)水位情況自行啟動(dòng)水泵，也可以根據(jù)PLC程序啟動(dòng)水泵運(yùn)行。當(dāng)液位處于高水位時(shí)啟動(dòng)兩臺(tái)水泵，處于中水位時(shí)關(guān)閉一臺(tái)水泵，處于低水位時(shí)關(guān)閉兩臺(tái)水泵。

3 監(jiān)控軟件

由PLC進(jìn)行隧道內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)化控制具有編程自由、相應(yīng)速度快特點(diǎn)。同時(shí)，PLC可以方便的與SCADE監(jiān)控軟件進(jìn)行通信。遠(yuǎn)程軟件通過(guò)光纖為介質(zhì)的以太網(wǎng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的PLC進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，形成歷史數(shù)據(jù)以備查詢。軟件中風(fēng)機(jī)監(jiān)控界面如圖2所示。

圖2 風(fēng)機(jī)監(jiān)控界面

4 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)調(diào)試，對(duì)隧道內(nèi)的每個(gè)設(shè)備，每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行了逐一測(cè)試，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。在無(wú)人值守的情況下，在航站樓工作區(qū)內(nèi)可以全部的掌握隧道內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行情況。實(shí)踐證明，使用PLC作為控制器在隧道的監(jiān)控系統(tǒng)中具有很好應(yīng)用效果。

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