基于PLC 和組態(tài)軟件的隧道監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

藍(lán)正寬

（廣西交通投資集團(tuán)河池高速公路運(yùn)營(yíng)有限公司，廣西 河池 547000）

以PLC 和組態(tài)軟件為基礎(chǔ)的隧道監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，需按照隧道監(jiān)控的需求和特點(diǎn)，科學(xué)合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)的架構(gòu)和組成部分，完善隧道監(jiān)控系統(tǒng)的模式，提升隧道監(jiān)控的效果，確保能夠充分發(fā)揮PLC 和組態(tài)軟件的重要作用，達(dá)到預(yù)期的隧道監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的。

1 基于PLC 和組態(tài)軟件的隧道監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)意義

1.1 有助于進(jìn)行自動(dòng)化控制

PLC 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道監(jiān)控系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備的自動(dòng)化控制，可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)中的信號(hào)采集、數(shù)據(jù)處理、報(bào)警控制等功能，提高系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，減少人工干預(yù)，提高工作效率。

1.2 有助于提升系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性

PLC 可以抵御惡劣的環(huán)境條件，如溫度、濕度等變化，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。組態(tài)軟件則可以對(duì)PLC 進(jìn)行配置和監(jiān)控，實(shí)時(shí)獲取系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

1.3 有助于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和監(jiān)控

組態(tài)軟件可以與PLC 進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)獲取和處理PLC 采集到的數(shù)據(jù)。通過(guò)組態(tài)軟件的功能，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理。同時(shí)，組態(tài)軟件還可以提供報(bào)警功能，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，可以及時(shí)發(fā)出警報(bào)，提醒操作人員進(jìn)行處理。

1.4 有助于改善系統(tǒng)靈活性和可擴(kuò)展性

PLC 和組態(tài)軟件的組合應(yīng)用可以提供較高的靈活性和可擴(kuò)展性。通過(guò)PLC 的編程和組態(tài)軟件的配置，可以根據(jù)實(shí)際需求對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)和功能擴(kuò)展。當(dāng)需要新增或修改系統(tǒng)的功能時(shí)，只需對(duì)PLC 進(jìn)行相應(yīng)的編程和組態(tài)軟件的調(diào)整。

2 基于PLC 和組態(tài)軟件的隧道監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)措施

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

以PLC 與組態(tài)軟件為基礎(chǔ)的隧道監(jiān)控系統(tǒng)，主要是設(shè)計(jì)各種類型傳感器進(jìn)行隧道車流量數(shù)據(jù)、風(fēng)速數(shù)據(jù)和車速數(shù)據(jù)的檢測(cè)，此類環(huán)境數(shù)據(jù)傳遞到本地PLC控制器，經(jīng)過(guò)區(qū)域控制器的處理，傳送到主控制器，由主控部分向不同子監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)性進(jìn)行數(shù)據(jù)的成像，使隧道監(jiān)控工作人員能夠按照具體的情況和預(yù)警數(shù)據(jù)值的情況，向主控PLC系統(tǒng)發(fā)送控制命令，主控系統(tǒng)將命令發(fā)送到區(qū)域控制器。從整體層面而言，基于PLC 和組態(tài)軟件的隧道監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)如下。

2.1.1 參數(shù)檢測(cè)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)層

1.參數(shù)檢測(cè)。選擇適合隧道監(jiān)控系統(tǒng)的傳感器，如溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧傳感器等，用于檢測(cè)隧道內(nèi)的環(huán)境參數(shù)。將傳感器與PLC 連接，通過(guò)合適的接口將傳感器的信號(hào)輸入PLC 中。在組態(tài)軟件中，設(shè)置參數(shù)的檢測(cè)范圍和閾值，當(dāng)參數(shù)超出預(yù)設(shè)范圍時(shí)，觸發(fā)相應(yīng)的報(bào)警和控制邏輯。

2.執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。根據(jù)隧道監(jiān)控系統(tǒng)的需要，選擇合適的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如電動(dòng)閥門(mén)、電動(dòng)門(mén)、風(fēng)機(jī)等。將執(zhí)行機(jī)構(gòu)與PLC 連接，通過(guò)合適的接口將PLC 的輸出信號(hào)傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在PLC 中編寫(xiě)適當(dāng)?shù)目刂七壿嫞鶕?jù)傳感器檢測(cè)到的參數(shù)和預(yù)設(shè)的條件，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)。在組態(tài)軟件中實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和反饋，確保執(zhí)行機(jī)構(gòu)按預(yù)期方式運(yùn)行，并提供相應(yīng)的報(bào)警和狀態(tài)顯示。在設(shè)計(jì)參數(shù)檢測(cè)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)層的過(guò)程中，需要考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。合理選擇傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，設(shè)置適當(dāng)?shù)膮?shù)范圍和控制邏輯，以及實(shí)現(xiàn)有效的反饋機(jī)制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道環(huán)境參數(shù)的準(zhǔn)確檢測(cè)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可靠驅(qū)動(dòng)，保障隧道監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行和安全性。

2.1.2 過(guò)程監(jiān)控層

在基于PLC 與組態(tài)軟件的隧道監(jiān)控系統(tǒng)中，過(guò)程監(jiān)控層的設(shè)計(jì)需要合理設(shè)置溫度傳感器、濕度傳感器、濃度傳感器等，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隧道內(nèi)的環(huán)境參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)。同時(shí)將傳感器與PLC 連接，通過(guò)合適的接口將傳感器的信號(hào)輸入PLC 中。在PLC 中設(shè)置合適的采樣周期，實(shí)時(shí)采集傳感器的數(shù)據(jù)。通過(guò)組態(tài)軟件，在PLC 中設(shè)置數(shù)據(jù)處理算法，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和計(jì)算。根據(jù)實(shí)際需求，在PLC 中編寫(xiě)報(bào)警和控制邏輯。當(dāng)監(jiān)測(cè)到異常情況或超過(guò)設(shè)定的閾值時(shí)，觸發(fā)相應(yīng)的報(bào)警機(jī)制，如聲音、燈光、短信通知等。同時(shí)，根據(jù)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)，控制相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如打開(kāi)或關(guān)閉風(fēng)機(jī)、調(diào)節(jié)照明等。組態(tài)軟件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可以用于后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和歷史數(shù)據(jù)查詢。數(shù)據(jù)顯示可以通過(guò)可視化界面展示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、趨勢(shì)圖、報(bào)警信息等，方便操作人員實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制。通過(guò)組態(tài)軟件，可以遠(yuǎn)程訪問(wèn)PLC，并獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、設(shè)定參數(shù)和控制設(shè)備，方便遠(yuǎn)程管理和操作。在設(shè)計(jì)過(guò)程監(jiān)控層時(shí)，需要考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。合理選擇傳感器和接口，設(shè)置適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理和控制邏輯，以及提供可視化界面和遠(yuǎn)程訪問(wèn)功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道監(jiān)控系統(tǒng)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、報(bào)警和控制，提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。

2.1.3 控制層

1.遠(yuǎn)程控制通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，可以使用組態(tài)軟件或者其他遠(yuǎn)程訪問(wèn)方式，遠(yuǎn)程登錄到監(jiān)控系統(tǒng)的PLC，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。遠(yuǎn)程操作可以包括遠(yuǎn)程設(shè)定參數(shù)、控制設(shè)備狀態(tài)、啟停設(shè)備等操作。通過(guò)組態(tài)軟件或者其他遠(yuǎn)程訪問(wèn)方式，將操作指令傳輸?shù)絇LC，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。

2.本地控制。在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置合適的人機(jī)界面，如觸摸屏或按鈕控制面板，方便操作人員進(jìn)行本地控制。根據(jù)實(shí)際需求，設(shè)置設(shè)備操作按鈕，如啟停按鈕、調(diào)節(jié)按鈕等，方便操作人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行本地控制。通過(guò)人機(jī)界面，操作人員可以設(shè)定相關(guān)參數(shù)，如溫度、濕度、照明亮度等，以滿足實(shí)際需求[1]。

3.確保遠(yuǎn)程控制和本地控制方式都具備安全性，例如采取身份驗(yàn)證、權(quán)限控制等措施，以防止未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)和操作。確保遠(yuǎn)程控制和本地控制方式都能夠穩(wěn)定可靠的操作系統(tǒng)，避免因通信故障或其他問(wèn)題導(dǎo)致控制失效。設(shè)計(jì)用戶友好的界面和操作方式，使操作人員能夠輕松理解和使用遠(yuǎn)程控制和本地控制功能，提高操作效率。

在基于PLC 與組態(tài)軟件的隧道監(jiān)控系統(tǒng)中傳感器的設(shè)計(jì)也十分重要，需要按照實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算：

*溫度傳感器：

*濕度傳感器：

*光照傳感器：

2.2 系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)

2.2.1 監(jiān)控主界面設(shè)計(jì)

以PLC 與組態(tài)軟件為基礎(chǔ)的隧道監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控主界面設(shè)計(jì)，主要為：

1.顯示實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)：主界面應(yīng)該能夠清晰地顯示隧道監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括溫度、濕度、光照等參數(shù)。可以使用圖表、儀表盤(pán)或?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)列表等方式展示數(shù)據(jù)，使操作人員能夠直觀地了解當(dāng)前的監(jiān)測(cè)情況。

2.告警提示功能：主界面應(yīng)該能夠及時(shí)地顯示和提示異常情況和報(bào)警信息，如溫度過(guò)高、濕度過(guò)低等?？梢酝ㄟ^(guò)顏色變化、彈窗提示或聲音提示等方式來(lái)吸引操作人員的注意，以便及時(shí)采取相應(yīng)的措施[2]。

3.實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控：主界面可以集成實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控功能，顯示隧道內(nèi)部的實(shí)時(shí)圖像。這樣，操作人員可以通過(guò)主界面觀察隧道內(nèi)部的情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，提高監(jiān)控的全面性和準(zhǔn)確性。

4.設(shè)備狀態(tài)顯示：主界面應(yīng)該顯示各個(gè)設(shè)備的狀態(tài)，如燈具、風(fēng)扇、門(mén)窗等的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。操作人員可了解設(shè)備是否正常運(yùn)行，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障或異常，進(jìn)行維護(hù)和修復(fù)。

5.操作控制功能：主界面應(yīng)該具備操作控制的功能，如啟停設(shè)備、調(diào)節(jié)參數(shù)等。操作人員可以通過(guò)界面上的按鈕、滑塊或輸入框等來(lái)進(jìn)行相關(guān)操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。

2.2.2 監(jiān)控策略設(shè)計(jì)

基于PLC 與組態(tài)軟件的隧道監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控策略模塊設(shè)計(jì)：

1.監(jiān)控策略模塊需要負(fù)責(zé)定期采集傳感器數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理和分析?？梢栽O(shè)置采樣周期和數(shù)據(jù)采集頻率，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，如濾波、平滑等，以提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

2.告警與報(bào)警機(jī)制：監(jiān)控策略模塊需要實(shí)現(xiàn)告警和報(bào)警機(jī)制，根據(jù)設(shè)定的監(jiān)測(cè)閾值和規(guī)則，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析。當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)或低于設(shè)定閾值時(shí)，觸發(fā)相應(yīng)的告警或報(bào)警，通過(guò)聲音、燈光、短信、郵件等方式通知操作人員。

3.故障診斷與維護(hù)：監(jiān)控策略模塊應(yīng)具備故障診斷和維護(hù)功能，當(dāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或異常時(shí)，能夠自動(dòng)進(jìn)行故障診斷，并提供相應(yīng)的維護(hù)建議。可以通過(guò)自動(dòng)化的故障診斷算法或規(guī)則來(lái)實(shí)現(xiàn)，減少人工干預(yù)的需要[3]。

2.2.3 隧道照明監(jiān)控設(shè)計(jì)

基于PLC 與組態(tài)軟件的隧道照明監(jiān)控子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要為：

1.照明設(shè)備控制：對(duì)隧道照明設(shè)備的控制，包括燈具的開(kāi)關(guān)、調(diào)光和調(diào)色等功能。通過(guò)PLC 與組態(tài)軟件，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)照明設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和調(diào)整，例如根據(jù)不同時(shí)間段和環(huán)境需求，自動(dòng)調(diào)節(jié)照明強(qiáng)度和色溫。

2.實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與反饋：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隧道照明設(shè)備的狀態(tài)和性能參數(shù)，包括燈具的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、電流、電壓、功率等。通過(guò)PLC 與組態(tài)軟件，可以實(shí)時(shí)獲取這些信息，并將其顯示在監(jiān)控界面上，以便操作人員及時(shí)了解照明設(shè)備的運(yùn)行情況。

3.故障診斷與報(bào)警：當(dāng)照明設(shè)備出現(xiàn)故障或異常時(shí)，能夠自動(dòng)進(jìn)行故障診斷，并及時(shí)發(fā)出報(bào)警通知。通過(guò)PLC 與組態(tài)軟件，可以設(shè)置故障檢測(cè)規(guī)則和閾值，當(dāng)照明設(shè)備超過(guò)設(shè)定的故障閾值時(shí)，觸發(fā)相應(yīng)的報(bào)警，并通過(guò)聲音、燈光、短信等方式通知操作人員[4]。

2.2.4 隧道交通監(jiān)控設(shè)計(jì)

1.交通流量監(jiān)測(cè)。通過(guò)PLC 與組態(tài)軟件，可以接入交通流量傳感器，實(shí)時(shí)獲取車輛進(jìn)入和離開(kāi)隧道的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，以便監(jiān)控隧道的交通流量情況。

2.車輛速度監(jiān)測(cè)。通過(guò)PLC 與組態(tài)軟件，可以接入車速傳感器，實(shí)時(shí)獲取車輛的速度數(shù)據(jù)，并進(jìn)行監(jiān)控和報(bào)警。當(dāng)車輛超過(guò)設(shè)定的速度閾值時(shí)，系統(tǒng)可以觸發(fā)報(bào)警并進(jìn)行相應(yīng)的處理。

3.車輛檢測(cè)與識(shí)別。利用PLC 與組態(tài)軟件，可以接入車輛檢測(cè)器和車牌識(shí)別設(shè)備，實(shí)時(shí)獲取車輛的信息，并進(jìn)行車輛的分類和識(shí)別。這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定車輛的管理和監(jiān)控，例如禁行車輛的識(shí)別和報(bào)警。

4.火災(zāi)與煙霧監(jiān)測(cè)。采用PLC 與組態(tài)軟件，可以接入火災(zāi)和煙霧傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隧道內(nèi)的火災(zāi)和煙霧情況，并進(jìn)行報(bào)警和應(yīng)急處理。同時(shí)，系統(tǒng)還應(yīng)支持對(duì)火災(zāi)和煙霧的位置和范圍進(jìn)行精確定位[5]。

5.故障檢測(cè)與報(bào)警。當(dāng)交通設(shè)備出現(xiàn)故障或異常時(shí)，能夠自動(dòng)進(jìn)行故障診斷，并及時(shí)發(fā)出報(bào)警通知。通過(guò)PLC 與組態(tài)軟件，可以設(shè)置故障檢測(cè)規(guī)則和閾值，當(dāng)交通設(shè)備超過(guò)設(shè)定的故障閾值時(shí)，觸發(fā)相應(yīng)的報(bào)警，并通過(guò)聲音、燈光、短信等方式通知操作人員。

綜上所述，基于PLC 與組態(tài)軟件的隧道監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠改善隧道監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用效果和水平，具有一定的重要意義。因此，建議在隧道監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，重視對(duì)PLC 與組態(tài)軟件的應(yīng)用，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)系統(tǒng)的架構(gòu)，完善監(jiān)控主界面、監(jiān)控策略和隧道照明與交通監(jiān)控模塊，提升隧道監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用效果。