劉經國

摘 要：設計了一種對隧道機電設備的實時工作狀況進行監(jiān)控報警的系統(tǒng)。數據采集單元采用PLC擴展模塊，數據處理CPU采用PLC，顯示單元采用工控機系統(tǒng)。

關鍵詞：隧道；機電設備；監(jiān)控報警系統(tǒng)；人機交互

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.03.104

隧道機電設備監(jiān)控報警系統(tǒng)在隧道的安全運行上起著至關重要的作用，能使監(jiān)控中心遠程實時了解隧道內整體的信息。隧道機電設備監(jiān)控報警系統(tǒng)是對隧道重要設備的實時工作狀況進行監(jiān)控報警的系統(tǒng)，彌補了只有本地監(jiān)控報警控制系統(tǒng)的不足，實現(xiàn)了遠程控制功能。本設計在硬件上采用了模塊化數據處理采集箱，在軟件集成上同樣采用了模塊化設計思想。系統(tǒng)自主研發(fā)，自動化程度高，穩(wěn)定性強，可擴展能力強，維護較方便。

1 系統(tǒng)框圖

圖1為隧道機電設備監(jiān)控報警系統(tǒng)架構。

2 硬件系統(tǒng)設計

2.1 冗余電源

系統(tǒng)供電采用雙路220 V輸入電源，同時采用UPS電源供電，輸出直流24 V。實現(xiàn)雙冗余電源系統(tǒng)，其中一路220 V輸入掉電后，可能由另一路220 V輸入電源供電；如果雙路220 V輸入電源同時掉電，則UPS將自動不間斷切換到蓄電池供電，電池供電保持30 min以上，確保系統(tǒng)穩(wěn)定工作，滿足規(guī)范要求。圖2為電源原理接線。

2.2 數據采集處理控制箱

數據采集處理控制箱主要采用PLC及其擴展模塊為主要元器件，包括電源模塊、CPU模塊和采集、通訊等擴展模塊。擴展模塊還包括開關量輸入模塊，用于采集開關量信號。PT100型模擬量輸入模塊用于采集PT100型的信號，4～20 mA型模擬量輸入模塊用于采集4～20 mA型的信號。通過增加通信擴展模塊，雙鏈路網絡傳輸線，還可實現(xiàn)網絡冗余。因此，如果其中一條傳輸線路發(fā)生故障，可自動轉由另一條正常的傳輸線進行信號傳輸，可保證在工作過程中，數據不會中斷或丟失，從而實現(xiàn)冗余功能，滿足規(guī)范要求。圖3為可拆卸模塊。

數據采集處理控制箱的安裝布局，可實現(xiàn)分層布局安裝，在方便安裝的同時也方便現(xiàn)場接線。圖4為安裝布局情況。

3 軟件設計

3.1 數據集中處理

隧道機電設備監(jiān)控報警系統(tǒng)數據集中處理軟件設計同樣采用模塊化設計思想，分為以下五大模塊：①輸入模塊。收集外部傳感器的信號到過程I/O映像區(qū)。②處理模塊。處理模塊用于處理數字量輸入信號和模擬量輸入信號（4～20 MA和PT100熱電阻），同時進行系統(tǒng)消音和測試等操作。每個報警點都通過處理模塊輸出。處理模塊作為報警系統(tǒng)的核心，實時監(jiān)測每個報警點的狀態(tài)。③輸出模塊。該模塊負責將處理模塊處理后的信號打包成系統(tǒng)功能所需信號，然后按需輸出。④通訊模塊。通訊模塊提供處理單元之間的通訊，并且與各個現(xiàn)場采集站通訊，實時監(jiān)測采集站數據，同時提供自動檢測功能，監(jiān)控整個系統(tǒng)網絡的通訊質量。⑤其他功能模塊。其他的模塊提供接口供其他系統(tǒng)使用。

系統(tǒng)基本軟件架構如圖5所示。

3.2 上位機（人機交互）

工控機系統(tǒng)能很好地實現(xiàn)人機交互功能，圖形化設計，易于操作與監(jiān)控。圖6為典型性截圖。

4 結束語

實踐證明，隧道機電設備監(jiān)控報警系統(tǒng)對隧道的安全運行起著至關重要的作用。該系統(tǒng)已經交付了大量產品，并已獲得相關專利權，深受廣大業(yè)主的青睞。

隧道機電設備監(jiān)控系統(tǒng)隸屬于整個道路的一個子系統(tǒng)，主要是監(jiān)測隧道內部主要機電設備的工況，同時實現(xiàn)設備的控制功能，起到保證道路安全、交通調度、事故處理、預防火災等作用。系統(tǒng)的設計必須綜合考慮多方因素，既要滿足業(yè)主的使用要求，又要滿足規(guī)范對隧道機電設備監(jiān)控報警系統(tǒng)的要求。

〔編輯：劉曉芳〕