基于PLC的隧道防災報警系統設計

王青苗

（陜西鐵路工程職業技術學院，陜西 渭南 714000）

0 引 言

隧道防災報警系統作為隧道內部交通安全保障的重要內容，在保證行車安全方面發揮了重要作用。作為隧道行車安全重要保障之一的防災報警系統，目前主要采用視頻監控和傳感器探測等方式去探測隧道內部是否發生了災害，從而為專業人員及時采取措施提供支持[1]。隧道防災報警系統需要根據現場的傳感器和探測器的狀態給出報警和指示。上位機系統、PLC、傳感器以及探測器之間的參數選擇、連接以及信息傳遞，決定了在隧道內部發生災害時系統的響應速度和反應情況。因此，如何選擇恰當的方案來設計適合隧道內部的防災報警系統至關重要。本文在目前現場隧道災害報警系統的基礎上，分析了各個系統結構和設備的優缺點，并針對隧道災害報警設計了合理的隧道照明控制系統。

不同于單片機等其他系統，PLC有自己獨特的優點，在工業控制現場的應用較普遍，適合應用于一些環境較為復雜的場合和控制現場，尤其是在室外和隧道的區域[2]。因此，本系統選擇PLC作為隧道現場控制核心來完成相應的功能，設計了基于PLC的地鐵隧道火災報警系統，并給出了系統的硬件架構和程序設計控制流程[3-5]。

1 系統硬件選型

1.1 硬件種類

1.1.1 PLC型號選擇

德國西門子（SIEMENS）的PLC具有功能強大、體積較小以及通信傳輸和運算速度快的特點，且設計標準化，網絡通信能力和可靠性高，在我國控制系統中使用較多。本文使用CPU型號為226系列的西門子S7-200系列微型PLC作為本系統的控制核心，設計基于PLC的隧道防災報警系統。PLC采用梯形圖語言進行邏輯設計和程序編寫。

1.1.2 遠程上位機

遠程上位機采用臺式計算機，配備較新功能和較可靠的硬件和軟件系統，通過以太網組網方式連接現場的PLC，能夠實現和PLC的雙向通信。上位機可以給PLC下發數據并進行控制，同時從PLC中讀取現場數據。

1.1.3 人機交互界面

人機交互界面通過觸摸屏方式實現，采用威綸TK607IP人機界面連接西門子S7-200 PLC進行通信。觸摸屏使用Utility Manager編程軟件搭建觸摸屏界面。

1.1.4 報警指示燈和報警鈴

報警指示燈和報警鈴采用聲光報警器220 V和12 V旋轉警報閃爍信號警示燈JR-SG01系列。該燈可通過485串口連接到PLC，當PLC通過其他傳感器檢測到隧道內部發生災害時，可通過PLC自動控制聲光報警器來提示工作人員。

1.1.5 煙霧傳感器模塊和火焰傳感器

12 V離子式有線煙霧感應探測器是工業級離子煙感開關。當煙霧進入傳感器模塊的電離室后，會破壞電離式內的電流平衡。當有火災發生時會有煙霧傳入電離室，打斷電離室內的離子流動，導致電性能發生變化。該煙霧傳感器中的集成芯片采集到電性能發生改變時，會自動判斷該變化是否達到報警的條件，如果到達報警條件，會輸出報警信號進行報警。目前，市場上相當一部分產品是將火焰和煙霧的探測功能集成在一個傳感器中，以完成火焰和煙霧的探測[6，7]。

1.1.6 溫度傳感器

可選用PT100探頭溫度傳感器。該傳感器具有精度高、穩定性好、安裝方便、功耗低、防震以及防潮效果好的特點，能夠將檢測到的隧道內部溫度傳送給PLC。

1.1.7 視屏監控模塊

設置監控攝像裝置。當系統判斷出現災害時，相關報警裝置發出災害信息，遠程工作人員可通過視頻監控查看現場的災害情況或進行遠程指揮。

1.2 硬件架構設計

本文系統硬件的連接架構設計如圖1所示，其中各硬件設備的連接和信息傳遞流程如下。首先，系統中設置PLC作為現場的邏輯控制核心，連接現場的溫度傳感器、煙霧傳感器以及火焰傳感器[8]。其次，PLC與現場的人機交互界面相連接，通過人際交互界面隨時查看現場PLC的運行情況?，F場PLC連接報警指示燈和報警鈴，一旦現場的PLC的接收數據超過設置范圍，經過系統再次確認，PLC就可以控制報警裝置進行報警，提示相關人員前去查看。再次，現場PLC連接遠程上位機，遠程上位機通過專門的軟件界面可以查看現場PLC中的數據和具體的運行情況。PLC定時會向遠程上位機發送關鍵位置的數據，方便存儲和查看現場數據。遠程上位機能控制現場PLC的操作，可以給現場PLC發送指令控制現場的一些傳感器等設備的狀態，也可以通過PLC查看和讀取當前傳感器設備的狀態數據。最后，遠程上位機設計在控制中心，將維護人員的控制信息傳給現場PLC。人機交互界面和報警指示燈設置在現場，方便維護管理人員查看現場設備的狀態。煙霧傳感器、溫度傳感器以及火災傳感器設置于隧道現場，主要用來檢測現場的實際情況。

圖1 系統的硬件架構

2 軟件設計

在搭建好硬件架構的基礎上設計本文的軟件，設計流程如圖2所示。發生火災時，檢測系統檢測到的數據主要表現為隧道內部的火焰、煙霧濃度以及溫度的數值超過正常數值。為了方便檢測，這里煙霧傳感器用來檢測NO和CO的濃度，溫度傳感器用來檢測隧道內溫度數值，火焰傳感器探測隧道內是否有火光。將采集的數據分別傳入PLC系統，在PLC中給這些傳感器探測的數值分別設置數值上限。若檢測結果超過該數值，PLC會認為隧道內部處于不正常狀態進行報警，并通知現場人員和遠程控制中心的人員查看相應的界面，從而及時采取必要的應對方案。

圖2 系統的軟件流程

軟件一啟動就開始進入主循環程序，判斷檢查是否有遠程上位機發來的指令。如果有則執行上位機的命令，如果無則PLC依次掃描每個傳感器的狀態。判斷是否有超過限定值的數值出現，若發現超過限定的數值，經過再次確認后確定該數值超標，PLC則認為隧道內部發生了災害而進行報警，否則系統會繼續返回執行主程序。當判斷系統有數值超過限定數值時，在聲光報警的同時進行顯示，一方面是隧道現場所設置的報警燈和指示燈的閃爍和聲音提示，另一方面是將隧道現場的信息傳送到遠程控制中心后在上位計算機上的報警和顯示。在上位計算機的軟件中，可通過編程設置報警界面。

3 結 論

本文設計了基于PLC隧道的火災報警系統，具體包括系統的硬件架構和軟件流程。該系統能根據設計要求完成與上位機和現場設備的通信，方便且整體效果較好。