King SCADA 組態軟件在特長隧道群監控中的應用

李朝霞

(山西省交通科學研究院，山西太原 030006)

0 引言

隧道作為高速公路路網的咽喉地段，其監控系統在整個高速公路的運營和管理以及緊急預案處理中發揮著極其重要的作用。近年來，隧道監控系統逐漸趨于信息化、智能化，具有界面友好、穩定性高、易于維護的上位機系統成為隧道監控的研發重點。

目前，隧道監控系統的開發模式一般都是“上位機系統+下位機系統”的組合模式，上位機系統為中央控制室的計算機監控系統軟件，根據開發模式的不同主要可分為組態軟件開發和非組態開發兩種。組態軟件是指一些數據采集與過程控制的專用軟件，支持各種工控設備和常見的通信協議，提供使用腳本語言進行二次開發的功能，是一個能使用戶快速建立自己的人機界面的軟件工具。一個具有隧道監控系統控制邏輯知識的開發團隊可以在較短的工期內，通過少量代碼的編寫完成一套界面豐富的監控系統軟件。另外，由于組態軟件一般為適應工業控制而形成的特定的開發平臺，經受過長期的工業控制領域應用的考驗，且與工業控制領域的技術發展保持了良好的同步關系，具有較高的可靠性。

我省地理環境比較復雜，高速公路建設中隧道數量較多，特長隧道群建設逐年增加。由于特長隧道群監控具有監控設備眾多、監控數據量大、聯動方案復雜等突出特點，實現起來技術難度較高。從易開發性、系統穩定性等方面綜合考慮，利用組態軟件進行隧道監控上位機系統的開發，可縮短開發周期、提高開發效率并實現友好的人機交互界面。

1 系統概況

本文結合汾陽至邢臺高速公路平遙至榆社段高速路線中寶塔山隧道、紫金山隧道和北凹山隧道的建設，使用King SCADA組態軟件進行特長隧道群監控上位機系統的研發。按照隧道監控等級的劃分，寶塔山隧道(左洞10 190 m，右洞10 480 m)和紫金山隧道(左洞4 382 m，右洞4 511 m)均為特長隧道，北凹山隧道(左洞1 554 m，右洞1 427 m)為長隧道，三個隧道組成特長隧道群。隧道內需控制風機152臺，車道指示標志64套，照明回路150路，攝像機307臺，可變情報板12套，消防系統、緊急電話系統均有大量的設備參與系統控制。

系統需對三個隧道進行集中監控，需及時、準確地采集整個管理區段內的交通狀態、環境參數，以及所有監控設備的反饋信息，并能通過先進的監控和管理手段對隧道進行控制，以確保整個路段和隧道達到最佳運行狀態。

2 系統功能概述

整個監控系統包括交通監控子系統、通風控制子系統、照明控制子系統、消防監控子系統、視頻監控子系統、電話廣播子系統、報表曲線子系統、報警事件子系統和應急聯動子系統，如圖1所示。系統需對隧道機電設備、交通狀況、安全指標、環境參數等進行24 h不間斷可靠監控，根據采集到的信息對隧道運行進行有效的智能化管理，并提供事故預處理方案，提高管理效率，確保行車安全，為積極預防、處理事故提供可靠的保障。

隧道監控上位機系統的基本功能如下:

1)數據交換。數據交換包括了現場數據的采集和控制命令的下發，通過軟件的數據通訊系統實現。軟件的數據交換系統即負責和現場設備進行通訊，并采集現場數據和控制現場數據的模塊，采集系統由通訊鏈路、設備、數據塊組成。數據塊是指設備中一段連續的地址空間，一個數據塊中包含多個變量，同一個數據塊中的變量放在一個數據幀中采集，如果事先規劃好數據塊，可以節省變量生成采集包的時間，大大提高采集的效率。

2)數據處理、統計與存儲。系統對所收集的各種信息進行分析處理，以判斷交通狀況是否擁擠、隧道CO/VI值是否超標、洞內外照明所處等級以及事故發生情況，并且根據分析結果對所判斷的事件進行處理。另外，對采集到的數據進行實時運算、統計和存儲，可方便實現報表統計、報警提示、趨勢曲線繪制等功能。

3)畫面顯示。將采集到的外場設備數據信息形象地顯示于監控畫面，可方便監控中心及時了解整個高速公路設備的運行情況。組態軟件提供了強大的界面圖形編輯工具，內置大量的圖庫供用戶選擇，實現起來較為方便。

4)控制模式。系統控制模式可分為單控模式、群控模式和自動控制模式，用戶既可以單獨控制某個設備，也可以對某些設備進行集中控制，如可針對整個隧道或隧道的單洞、某區段實施群控，同時系統也提供自動控制方案，如根據CO/VI等級對風機實施控制的通風自動控制方案，根據季節、時間、天氣、光照度對照明回路實施控制的照明自動控制方案等。

5)應急聯動。應急聯動系統是為了保證高速公路行車安全，提高行車效率，在緊急事件發生時系統自動調用預先設置的應急預案，經過人工對所發生事件的判斷后，系統根據最后確定的控制預案對相關的設備進行聯動控制。隧道應急聯動控制功能涉及事件檢測、報警確認、預案設置、應急處置等功能。

6)WEB發布功能。監控系統具備基于B/S架構的功能模塊，通過對監控畫面的網絡發布，使管理層的計算機在不需要額外安裝軟件的情況下，使用IE瀏覽器即可查看到現場運行的畫面，進行數據的監視、報警查看、報表查詢等功能，并在相應權限下進行操作。

3 系統界面設計

首先，為了保證監控系統的安全可靠性，用戶需要進行登錄操作才可進入系統。系統提供了基于用戶的安全管理體系，根據事先規定的用戶使用權限和范圍設置了各級用戶允許或禁止的操作內容，用戶登錄界面如圖2所示。

系統需對三個隧道進行集中監控，因此登錄系統后將首先進入隧道選擇畫面，用戶可在三個隧道間進行任意切換。

點擊隧道選擇畫面中任一隧道名稱即進入對應的監控主畫面。用戶可通過切換按鈕在交通監控、通風監控、照明監控、消防監控、視頻監控、電話廣播、報表曲線、報警事件、應急聯動等子畫面進行切換。

畫面中每一設備圖標都實時顯示相應設備反饋的當前狀態，用戶不僅可以通過不同圖示信息來觀察設備狀態及其基本信息(如設備名稱、描述、樁號等)，還可點擊圖標在彈出的控制畫面中對設備發布控制命令。

各子畫面布局與主畫面布局基本類似，除了對設備的監控功能外，還包含了群控模式和自動控制模式按鈕，用戶可根據實際需要選擇相應的控制模式。

另外，系統在檢測到報警信號(如火災報警、CO/VI超標報警等)時能夠及時發出報警信息并彈出報警畫面，以提示監控人員對故障進行確認。在報警信息被確認后，系統還會繼續彈出應急預案引導畫面，方便及時實施預案措施。

4 應用及結論

本文使用King SCADA組態軟件開發的高速公路特長隧道群監控系統已于2012年9月應用于平榆高速公路特長隧道群監控，截至目前系統運行穩定，易于操作，實現了預先的研發目標，滿足了對特長隧道群的監控要求。系統在保證監測和控制的高度可靠性和實時性基礎上，還具備如下的特點:

1)易維護。系統設計采用模塊化組態設計，可根據設備數量方便地進行內容增減，提供可擴展、可修改的隧道控制畫面，以滿足不同隧道對系統擴展性的要求，容易維護。

2)控制模式多樣化。系統提供各子系統的單控模式、群控模式和自動控制模式，且能夠實現各子系統的聯動控制，能提供智能化的分析提示和控制參考功能。

3)綜合性高。系統能綜合隧道內所有機電設備、各串口設備(如可變情報板、可變限速標志、車輛檢測器等)及電力設備、各子系統監控計算機(如火災監控計算機、視頻監控計算機、事件檢測計算機等)，提供全方位綜合化控制，以適應隧道監控全方位的要求。

總之，該特長隧道群監控系統具有界面友好、易于操作、穩定性高、開放性好等特點，可為高速公路特長隧道群的安全運營提供可靠的保障。

［1］ 李晉文.PLC在平榆高速公路隧道群監控系統中的應用［J］.山西交通科技，2011(6):44-45.

［2］ 齊中文.特長隧道的智能控制研究［D］.北京:北京交通大學，2007.

［3］ 林愷豐.高速公路監控系統的設計與實現［D］.武漢:華中科技大學，2006.

［4］ 譚國賢.談高速公路監控系統的問題和改進［J］.公路，2006(8):312-315.