基于PLC的隧道監控系統

賈恩明，張 輝

JIA En-ming, ZHANG Hui

（北京機械工業自動化研究所，北京 100120）

0 引言

首都機場T3停機坪與T2停機坪之間捷運隧道，全長約1800米，能夠便于乘客在T2和T3之間的換乘。隧道內是無人值守，因此需要遠程對隧道內的每個機械設備和電氣設備進行遠程監控。同時，在隧道內有觸摸屏能夠在隧道內對所有的設備進行操作。隧道監控系統主要是對污水泵系統、排水泵系統、雨水泵、排煙風機、射流風機、照明系統、亮度及CO濃度、車道指示器、限速標志及情報板等進行整體的監測和優化控制。

1 監控系統設計

1.1 系統結構

由于隧道內的排煙風機、射流風機、雨水泵等分布分散且距離較長，不適于采用集中采集監控，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控制機柜對本地段的設備進行數據采集和實時控制。同時，PLC具有以太網通訊功能可以通過現場交換機與在航站樓內的監控軟件進行數據通信。操作人員可以在控制室內遠程掌握隧道內的所有設備的狀態，也可以對設備進行遠程控制。

在傳統的樓宇自動化系統中，通常BA（樓宇自動化系統）與電力監控系統是兩個系統，但是這樣不利于集中監控。采用PLC與組態軟件進行監控可以使這兩個系統成為一體監控系統。隧道監控系統結構如圖1所示。

圖1 隧道監控系統圖

1.2 PLC控制器選擇

在樓宇自動化中應用較多的是DDC（Direct Digital Control），DDC與PLC在一些方面有一定的區別。在應用方面，DDC本身是由PLC發展而來的，是在其中固化了一些符合樓控本身特點的程序。也因為如此DDC在靈活性上差于PLC，同時由于PLC大量應用于工業現場，因此抗干擾能力強。在結構方面，現在的PLC在網絡方面其實與DDC是一樣的，也支持多種協議，也是分層結構，也可以實現點對點通訊。在軟件方面，DDC系統的上位機軟件多為專用軟件，而PLC系統上位機軟件既可是專用軟件，又可是通用組態軟件，應用更為廣泛。

在隧道中并沒有VAV的空調系統，同時，隧道不同于樓宇，現場環境要比樓宇嘈雜，干擾因素要比樓宇多。而且，系統對信號的采集速度，準確性要求高。因此隧道監控系統適合采用PLC作為控制器。針對本項目，由于現場需要采集的開關量及模擬量較多，采用性能較好的西門子S300PLC。

2 監控系統實現

2.1 車道指示器監控

車道指示器時隧道中必不可少的部分，對車輛是否可以行駛進行指示。當允許車輛行駛時，車道指示器為綠色箭頭，禁止車輛駛入時顯示黃色叉子。機場隧道每個方向為雙車道，考慮一面隧道出現緊急情況時，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，監控系統實時準確的反應車道指示器正反兩面的狀態。同時，根據情況設置，可以操作員操作改變指示狀態，也可以根據情況通過PLC程序自動完成狀態切換。例如，當遇到火警等緊急情況時，PLC程序會自動改變車道指示器狀態，禁止車輛駛入。

2.2 CO濃度監測及風機監控

由于隧道處于地面以下，汽車通行排放尾氣會使CO聚集，因此實時監測CO的濃度，并進行及時的處理是非常必要的。本系統中，CO/VI檢測裝置安裝與隧道中，傳感器提供4mA～20mA模擬量給PLC系統。PLC采集到CO的濃度值，一方面傳輸給遠程監控軟件，做數據存儲和實時顯示，同時，PLC根據實際值與安全閥值的比較，通過程序處理可以自動開啟和關閉射流風機，來調節隧道內部的CO能度，從而維持隧道內部的空氣清新。

2.3 亮度監測及照明監控

隧道內照明既要符合車輛行駛的要求，又要節約能源。結合根據機場運行的實際情況，照明設置為全夜照明、半夜照明、白天照明、全天照明模式。同時，在隧道入口、中間段、出口段裝有亮度檢測儀，根據亮度的變化輸出4mA～20mA模擬量進入PLC系統。T3工作區遠程監測隧道內的亮度情況及照明狀態情況。操作人員可以自行啟動照明模式，PLC控制器會根據亮度情況啟動相應的照明模式。

2.4 液位監測及水泵監控

本項目隧道在每個入口處設有雨水泵，在中間段設有污水泵和排水泵。由于是無人值守，遠程要求能夠對水泵運行狀態、故障情況、液位情況進行實時監控。現場通過PLC系統對數據進行采集并在遠程軟件上存儲和實時顯示。遠程可以根據水位情況自行啟動水泵，也可以根據PLC程序啟動水泵運行。當液位處于高水位時啟動兩臺水泵，處于中水位時關閉一臺水泵，處于低水位時關閉兩臺水泵。

3 監控軟件

由PLC進行隧道內現場的數據采集、自動化控制具有編程自由、相應速度快特點。同時，PLC可以方便的與SCADE監控軟件進行通信。遠程軟件通過光纖為介質的以太網對現場的PLC進行實時監控，同時把數據存儲到數據庫中，形成歷史數據以備查詢。軟件中風機監控界面如圖2所示。

圖2 風機監控界面

4 結束語

現場通過調試，對隧道內的每個設備，每個點進行了逐一測試，系統運行穩定。在無人值守的情況下，在航站樓工作區內可以全部的掌握隧道內的設備運行情況。實踐證明，使用PLC作為控制器在隧道的監控系統中具有很好應用效果。

[1]石磊.隧道控制系統中OMRON CS1系列PLC的典型應用[J].制造業自動化.2009(12).

[2]黃勤陸,肖甘,黃海峰,黃俊.Schneider Premium在隧道監控系統中的應用[J].重慶交通大學學報.2012,31(6).