隧道機(jī)電設(shè)備監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉經(jīng)國(guó)

摘 要：設(shè)計(jì)了一種對(duì)隧道機(jī)電設(shè)備的實(shí)時(shí)工作狀況進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警的系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集單元采用PLC擴(kuò)展模塊，數(shù)據(jù)處理CPU采用PLC，顯示單元采用工控機(jī)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：隧道；機(jī)電設(shè)備；監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)；人機(jī)交互

中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.03.104

隧道機(jī)電設(shè)備監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)在隧道的安全運(yùn)行上起著至關(guān)重要的作用，能使監(jiān)控中心遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)了解隧道內(nèi)整體的信息。隧道機(jī)電設(shè)備監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)是對(duì)隧道重要設(shè)備的實(shí)時(shí)工作狀況進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警的系統(tǒng)，彌補(bǔ)了只有本地監(jiān)控報(bào)警控制系統(tǒng)的不足，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制功能。本設(shè)計(jì)在硬件上采用了模塊化數(shù)據(jù)處理采集箱，在軟件集成上同樣采用了模塊化設(shè)計(jì)思想。系統(tǒng)自主研發(fā)，自動(dòng)化程度高，穩(wěn)定性強(qiáng)，可擴(kuò)展能力強(qiáng)，維護(hù)較方便。

1 系統(tǒng)框圖

圖1為隧道機(jī)電設(shè)備監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)架構(gòu)。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 冗余電源

系統(tǒng)供電采用雙路220 V輸入電源，同時(shí)采用UPS電源供電，輸出直流24 V。實(shí)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(shí)掉電，則UPS將自動(dòng)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(shù)據(jù)采集處理控制箱

數(shù)據(jù)采集處理控制箱主要采用PLC及其擴(kuò)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(kuò)展模塊。擴(kuò)展模塊還包括開關(guān)量輸入模塊，用于采集開關(guān)量信號(hào)。PT100型模擬量輸入模塊用于采集PT100型的信號(hào)，4～20 mA型模擬量輸入模塊用于采集4～20 mA型的信號(hào)。通過(guò)增加通信擴(kuò)展模塊，雙鏈路網(wǎng)絡(luò)傳輸線，還可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)冗余。因此，如果其中一條傳輸線路發(fā)生故障，可自動(dòng)轉(zhuǎn)由另一條正常的傳輸線進(jìn)行信號(hào)傳輸，可保證在工作過(guò)程中，數(shù)據(jù)不會(huì)中斷或丟失，從而實(shí)現(xiàn)冗余功能，滿足規(guī)范要求。圖3為可拆卸模塊。

數(shù)據(jù)采集處理控制箱的安裝布局，可實(shí)現(xiàn)分層布局安裝，在方便安裝的同時(shí)也方便現(xiàn)場(chǎng)接線。圖4為安裝布局情況。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)集中處理

隧道機(jī)電設(shè)備監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)數(shù)據(jù)集中處理軟件設(shè)計(jì)同樣采用模塊化設(shè)計(jì)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(hào)到過(guò)程I/O映像區(qū)。②處理模塊。處理模塊用于處理數(shù)字量輸入信號(hào)和模擬量輸入信號(hào)（4～20 MA和PT100熱電阻），同時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)消音和測(cè)試等操作。每個(gè)報(bào)警點(diǎn)都通過(guò)處理模塊輸出。處理模塊作為報(bào)警系統(tǒng)的核心，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)報(bào)警點(diǎn)的狀態(tài)。③輸出模塊。該模塊負(fù)責(zé)將處理模塊處理后的信號(hào)打包成系統(tǒng)功能所需信號(hào)，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(gè)現(xiàn)場(chǎng)采集站通訊，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采集站數(shù)據(jù)，同時(shí)提供自動(dòng)檢測(cè)功能，監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的通訊質(zhì)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(gòu)如圖5所示。

3.2 上位機(jī)（人機(jī)交互）

工控機(jī)系統(tǒng)能很好地實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，圖形化設(shè)計(jì)，易于操作與監(jiān)控。圖6為典型性截圖。

4 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，隧道機(jī)電設(shè)備監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)對(duì)隧道的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。該系統(tǒng)已經(jīng)交付了大量產(chǎn)品，并已獲得相關(guān)專利權(quán)，深受廣大業(yè)主的青睞。

隧道機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)隸屬于整個(gè)道路的一個(gè)子系統(tǒng)，主要是監(jiān)測(cè)隧道內(nèi)部主要機(jī)電設(shè)備的工況，同時(shí)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的控制功能，起到保證道路安全、交通調(diào)度、事故處理、預(yù)防火災(zāi)等作用。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(duì)隧道機(jī)電設(shè)備監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的要求。

〔編輯：劉曉芳〕