基于PLC 和組態軟件的隧道監控系統設計研究

藍正寬

（廣西交通投資集團河池高速公路運營有限公司，廣西 河池 547000）

以PLC 和組態軟件為基礎的隧道監控系統設計，需按照隧道監控的需求和特點，科學合理設計系統的架構和組成部分，完善隧道監控系統的模式，提升隧道監控的效果，確保能夠充分發揮PLC 和組態軟件的重要作用，達到預期的隧道監控系統設計目的。

1 基于PLC 和組態軟件的隧道監控系統設計意義

1.1 有助于進行自動化控制

PLC 可以實現對隧道監控系統中各個設備的自動化控制，可以實現監控系統中的信號采集、數據處理、報警控制等功能，提高系統的自動化程度，減少人工干預，提高工作效率。

1.2 有助于提升系統可靠性和穩定性

PLC 可以抵御惡劣的環境條件，如溫度、濕度等變化，保證系統的正常運行。組態軟件則可以對PLC 進行配置和監控，實時獲取系統的運行狀態，提高系統的可靠性和穩定性。

1.3 有助于進行數據處理和監控

組態軟件可以與PLC 進行通信，實時獲取和處理PLC 采集到的數據。通過組態軟件的功能，可以對數據進行分析、存儲和監控，實現對隧道監控系統運行狀態的實時監測和管理。同時，組態軟件還可以提供報警功能，當系統出現異常時，可以及時發出警報，提醒操作人員進行處理。

1.4 有助于改善系統靈活性和可擴展性

PLC 和組態軟件的組合應用可以提供較高的靈活性和可擴展性。通過PLC 的編程和組態軟件的配置，可以根據實際需求對監控系統進行定制化設計和功能擴展。當需要新增或修改系統的功能時，只需對PLC 進行相應的編程和組態軟件的調整。

2 基于PLC 和組態軟件的隧道監控系統設計措施

2.1 系統架構設計

以PLC 與組態軟件為基礎的隧道監控系統，主要是設計各種類型傳感器進行隧道車流量數據、風速數據和車速數據的檢測，此類環境數據傳遞到本地PLC控制器，經過區域控制器的處理，傳送到主控制器，由主控部分向不同子監控系統發送數據，實時性進行數據的成像，使隧道監控工作人員能夠按照具體的情況和預警數據值的情況，向主控PLC系統發送控制命令，主控系統將命令發送到區域控制器。從整體層面而言，基于PLC 和組態軟件的隧道監控系統架構如下。

2.1.1 參數檢測和執行機構驅動層

1.參數檢測。選擇適合隧道監控系統的傳感器，如溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧傳感器等，用于檢測隧道內的環境參數。將傳感器與PLC 連接，通過合適的接口將傳感器的信號輸入PLC 中。在組態軟件中，設置參數的檢測范圍和閾值，當參數超出預設范圍時，觸發相應的報警和控制邏輯。

2.執行機構驅動。根據隧道監控系統的需要，選擇合適的執行機構，如電動閥門、電動門、風機等。將執行機構與PLC 連接，通過合適的接口將PLC 的輸出信號傳遞給執行機構。在PLC 中編寫適當的控制邏輯，根據傳感器檢測到的參數和預設的條件，控制執行機構的運行狀態。在組態軟件中實現對執行機構運行狀態的監測和反饋，確保執行機構按預期方式運行，并提供相應的報警和狀態顯示。在設計參數檢測和執行機構驅動層的過程中，需要考慮到系統的穩定性、可靠性和安全性。合理選擇傳感器和執行機構，設置適當的參數范圍和控制邏輯，以及實現有效的反饋機制，可以實現對隧道環境參數的準確檢測和執行機構的可靠驅動，保障隧道監控系統的正常運行和安全性。

2.1.2 過程監控層

在基于PLC 與組態軟件的隧道監控系統中，過程監控層的設計需要合理設置溫度傳感器、濕度傳感器、濃度傳感器等，用于實時監測隧道內的環境參數和設備狀態。同時將傳感器與PLC 連接，通過合適的接口將傳感器的信號輸入PLC 中。在PLC 中設置合適的采樣周期，實時采集傳感器的數據。通過組態軟件，在PLC 中設置數據處理算法，對采集到的數據進行處理、分析和計算。根據實際需求，在PLC 中編寫報警和控制邏輯。當監測到異常情況或超過設定的閾值時，觸發相應的報警機制，如聲音、燈光、短信通知等。同時，根據監測到的數據，控制相關設備的運行狀態，如打開或關閉風機、調節照明等。組態軟件可以實現對PLC采集到的數據進行存儲和顯示。數據存儲可以用于后續的數據分析和歷史數據查詢。數據顯示可以通過可視化界面展示實時數據、趨勢圖、報警信息等，方便操作人員實時監控系統的運行狀態。通過網絡連接，實現對隧道監控系統的遠程監控與控制。通過組態軟件，可以遠程訪問PLC，并獲取實時數據、設定參數和控制設備，方便遠程管理和操作。在設計過程監控層時，需要考慮到系統的穩定性、可靠性和安全性。合理選擇傳感器和接口，設置適當的數據處理和控制邏輯，以及提供可視化界面和遠程訪問功能，可以實現對隧道監控系統過程的實時監測、報警和控制，提高系統的安全性和可靠性。

2.1.3 控制層

1.遠程控制通過網絡連接，可以使用組態軟件或者其他遠程訪問方式，遠程登錄到監控系統的PLC，實現對系統的遠程監控和控制。遠程操作可以包括遠程設定參數、控制設備狀態、啟停設備等操作。通過組態軟件或者其他遠程訪問方式，將操作指令傳輸到PLC，實現對隧道監控系統的遠程控制。

2.本地控制。在現場設置合適的人機界面，如觸摸屏或按鈕控制面板，方便操作人員進行本地控制。根據實際需求，設置設備操作按鈕，如啟停按鈕、調節按鈕等，方便操作人員對設備進行本地控制。通過人機界面，操作人員可以設定相關參數，如溫度、濕度、照明亮度等，以滿足實際需求[1]。

3.確保遠程控制和本地控制方式都具備安全性，例如采取身份驗證、權限控制等措施，以防止未經授權的訪問和操作。確保遠程控制和本地控制方式都能夠穩定可靠的操作系統，避免因通信故障或其他問題導致控制失效。設計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程控制和本地控制功能，提高操作效率。

在基于PLC 與組態軟件的隧道監控系統中傳感器的設計也十分重要，需要按照實際情況進行計算：

*溫度傳感器：

*濕度傳感器：

*光照傳感器：

2.2 系統的模塊設計

2.2.1 監控主界面設計

以PLC 與組態軟件為基礎的隧道監控系統的監控主界面設計，主要為：

1.顯示實時監控數據：主界面應該能夠清晰地顯示隧道監控系統的實時數據，包括溫度、濕度、光照等參數。可以使用圖表、儀表盤或實時數據列表等方式展示數據，使操作人員能夠直觀地了解當前的監測情況。

2.告警提示功能：主界面應該能夠及時地顯示和提示異常情況和報警信息，如溫度過高、濕度過低等。可以通過顏色變化、彈窗提示或聲音提示等方式來吸引操作人員的注意，以便及時采取相應的措施[2]。

3.實時視頻監控：主界面可以集成實時視頻監控功能，顯示隧道內部的實時圖像。這樣，操作人員可以通過主界面觀察隧道內部的情況，及時發現異常情況，提高監控的全面性和準確性。

4.設備狀態顯示：主界面應該顯示各個設備的狀態，如燈具、風扇、門窗等的開關狀態。操作人員可了解設備是否正常運行，及時發現設備故障或異常，進行維護和修復。

5.操作控制功能：主界面應該具備操作控制的功能，如啟停設備、調節參數等。操作人員可以通過界面上的按鈕、滑塊或輸入框等來進行相關操作，實現對隧道監控系統的遠程控制。

2.2.2 監控策略設計

基于PLC 與組態軟件的隧道監控系統的監控策略模塊設計：

1.監控策略模塊需要負責定期采集傳感器數據，并進行處理和分析。可以設置采樣周期和數據采集頻率，將采集到的數據進行預處理，如濾波、平滑等，以提高數據的準確性和穩定性。

2.告警與報警機制：監控策略模塊需要實現告警和報警機制，根據設定的監測閾值和規則，對采集到的數據進行實時監測和分析。當監測數據超過或低于設定閾值時，觸發相應的告警或報警，通過聲音、燈光、短信、郵件等方式通知操作人員。

3.故障診斷與維護：監控策略模塊應具備故障診斷和維護功能，當監測系統出現故障或異常時，能夠自動進行故障診斷，并提供相應的維護建議。可以通過自動化的故障診斷算法或規則來實現，減少人工干預的需要[3]。

2.2.3 隧道照明監控設計

基于PLC 與組態軟件的隧道照明監控子系統設計，主要為：

1.照明設備控制：對隧道照明設備的控制，包括燈具的開關、調光和調色等功能。通過PLC 與組態軟件，可以實現對照明設備的遠程控制和調整，例如根據不同時間段和環境需求，自動調節照明強度和色溫。

2.實時監測與反饋：實時監測隧道照明設備的狀態和性能參數，包括燈具的開關狀態、電流、電壓、功率等。通過PLC 與組態軟件，可以實時獲取這些信息，并將其顯示在監控界面上，以便操作人員及時了解照明設備的運行情況。

3.故障診斷與報警：當照明設備出現故障或異常時，能夠自動進行故障診斷，并及時發出報警通知。通過PLC 與組態軟件，可以設置故障檢測規則和閾值，當照明設備超過設定的故障閾值時，觸發相應的報警，并通過聲音、燈光、短信等方式通知操作人員[4]。

2.2.4 隧道交通監控設計

1.交通流量監測。通過PLC 與組態軟件，可以接入交通流量傳感器，實時獲取車輛進入和離開隧道的數據，并進行統計和分析，以便監控隧道的交通流量情況。

2.車輛速度監測。通過PLC 與組態軟件，可以接入車速傳感器，實時獲取車輛的速度數據，并進行監控和報警。當車輛超過設定的速度閾值時，系統可以觸發報警并進行相應的處理。

3.車輛檢測與識別。利用PLC 與組態軟件，可以接入車輛檢測器和車牌識別設備，實時獲取車輛的信息，并進行車輛的分類和識別。這樣可以實現對特定車輛的管理和監控，例如禁行車輛的識別和報警。

4.火災與煙霧監測。采用PLC 與組態軟件，可以接入火災和煙霧傳感器，實時監測隧道內的火災和煙霧情況，并進行報警和應急處理。同時，系統還應支持對火災和煙霧的位置和范圍進行精確定位[5]。

5.故障檢測與報警。當交通設備出現故障或異常時，能夠自動進行故障診斷，并及時發出報警通知。通過PLC 與組態軟件，可以設置故障檢測規則和閾值，當交通設備超過設定的故障閾值時，觸發相應的報警，并通過聲音、燈光、短信等方式通知操作人員。

綜上所述，基于PLC 與組態軟件的隧道監控系統設計，能夠改善隧道監控系統的應用效果和水平，具有一定的重要意義。因此，建議在隧道監控系統設計的過程中，重視對PLC 與組態軟件的應用，科學合理地設計系統的架構，完善監控主界面、監控策略和隧道照明與交通監控模塊，提升隧道監控系統應用效果。