軍械庫安防系統(tǒng)實驗裝置設計及實現(xiàn)

申 森 李 敏 劉 偉 馮小園

(1.海軍工程大學 兵器工程學院， 武漢 430000)(2. 91515部隊， 三亞 572000)

軍械庫是存放武器、彈藥等裝備的場所，為易燃易爆場所，安全隱患大。為此安防系統(tǒng)被廣泛地應用于保障軍械庫安全中，有效防止了失密、泄密、武器、彈藥丟失、發(fā)生火災等問題的發(fā)生。為緊貼部隊實際，提高學員崗位實踐能力，課題組設計了一套基于PLC和Wincc的軍械庫安防系統(tǒng)裝置，并在模擬場地開展了測試。結(jié)果證明，該裝置能夠有效實現(xiàn)實時監(jiān)控，可用于崗位實踐教學中[1-2]。

為提高本科學員綜合實踐能力，課題組依托此項目，指導了本科學員完成了基于PLC和Wincc的軍械庫安防系統(tǒng)實驗裝置的設計、開發(fā)和實驗。通過開展設計和實驗，有效提高了學員專業(yè)技能，培養(yǎng)了學員解決復雜工程問題的能力[4-6]。

1 實驗裝置設計理念[3]

1.1 還原但不完全模擬，適應性強

裝置最大程度還原軍械庫安防系統(tǒng)建設，但是不是完全的模擬。實際軍械庫項目中往往采用單一類型的產(chǎn)品和協(xié)議，架構(gòu)較為簡單，但教學中要能夠多方面的集成各類設備，提高學生實驗難度，鍛煉學生解決復雜問題能力。

1.2 拓展性強

裝置開放性強，學員開展實驗時，要開展自主設計(硬件設計和軟件編程)、安裝調(diào)試，最終實現(xiàn)功能要求。在這個過程中，就要求學生綜合利用專業(yè)知識和技能解決現(xiàn)實工程問題，而不同于普通專業(yè)課中簡單的知識認知和驗證性實驗。

1.3 實驗難度大，對學生能力要求高

裝置實現(xiàn)難度較大，在實際過程中，會出現(xiàn)各種各樣的問題，往往有些問題會困擾學員很久，需要學員投入大量的精力和時間，同時要學會查閱文獻和專業(yè)書籍、網(wǎng)絡搜索、交流探索，當問題最終解決的時候，往往會更有成就感，不僅僅鍛煉了能力，更增強了信心和興趣。

2 實驗裝置設計及實現(xiàn)

根據(jù)功能需求，設計的安防系統(tǒng)實驗裝置分為視頻監(jiān)控系統(tǒng)、門禁監(jiān)控系統(tǒng)、入侵報警系統(tǒng)、火災報警系統(tǒng)和溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 安防系統(tǒng)實驗裝置總體設計方案

其中，入侵報警系統(tǒng)、火災報警系統(tǒng)圍繞PLC數(shù)字量輸入輸出設計，溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)圍繞模擬量輸入模塊設計。系統(tǒng)主要由攝像機、雙鑒探測器、振動探測器、紅外對射傳感器、幕簾傳感器、煙感探測器、溫濕度傳感器等多種傳感器及計算機、PLC與模擬量輸入模塊等組成。

2.1 硬件選擇

通過對安防實驗裝置設計分析，要求PLC輸出通道大于10個，輸入通道大于15個，要求能擴展1個至2個模擬量輸入模塊，具備良好的通行能力和擴展能力，因此選擇性價比較高的臺達公司生產(chǎn)的DVP-ES2 PLC和配套的DVP04AD-E2模塊，滿足數(shù)字量和模擬量的輸入輸出。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)選擇市場占有率很高的海康威視網(wǎng)絡系列高清攝像頭，全部采用通訊接口支持10 M/100 M自適應以太網(wǎng)口，通過海康威視的軟件協(xié)議與服務器和人機界面開展對接。

門禁系統(tǒng)采用英特韋特門禁監(jiān)控系統(tǒng)，通過RJ45接口直接連接入網(wǎng)絡，利用系統(tǒng)提供的OPC接口實現(xiàn)與綜合信息管理平臺的實時信息交換。

2.2 傳感器選擇

本系統(tǒng)選擇傳感器主要有雙鑒探測器、振動探測器、幕簾傳感器、紅外對射傳感器、煙感探測器等。

1)雙鑒探測器

雙鑒探測器采用微波與被動紅外兩種方法探測，選用的雙鑒探測器，靈敏度為探測視區(qū)內(nèi)1～2步，微波頻率為24.125 GHz，探測范圍為11 m*12 m，常閉報警輸出。

2)振動探測器

本系統(tǒng)選用的RV971A數(shù)字式振動感應探測器，采用壓電振動傳感原理，集振動探測器、振動分析儀于一身，配合微處理技術，通過振動聲源的波長和頻率來感應振動的破壞程度，常閉報警輸出。

3)幕簾傳感器

幕簾探測器是根據(jù)人體紅外光譜來工作的，當人體在其探測范圍內(nèi)活動時，菲涅爾透鏡將接收到的紅外熱源信號聚焦到傳感器上，經(jīng)過微處理器比較、分析、計算后，輸出報警信號。本系統(tǒng)選用的幕簾傳感器探測距離為8～10 m，探測角度15°，常閉報警輸出。

4)紅外對射傳感器

紅外對射傳感器由發(fā)射機和接收機組成，發(fā)射機發(fā)射出的紅外線經(jīng)過防范區(qū)到達接收機，構(gòu)成一條警戒線，常閉報警輸出。

5)煙感探測器

本系統(tǒng)選用的煙感探測器是通過監(jiān)測煙霧的濃度來實現(xiàn)火災防范的，可監(jiān)測區(qū)域面積60 m2，常閉報警輸出。

2.3 程序設計及實現(xiàn)

安防系統(tǒng)軟件設計主要包括：PLC程序設計、Wincc人機界面編程和控制器通信編程。

1)PLC程序設計

PLC主要實現(xiàn)安防系統(tǒng)中的入侵報警系統(tǒng)、火災報警系統(tǒng)及溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的功能，程序設計主要內(nèi)容包括：

入侵報警程序中，常閉開關X0、X1、X2、X3等表示傳感器，M0表示一個開關變量，Y0表示輸出設備聲光報警器，在程序中添加了布防和撤防功能，通過控制M0來實現(xiàn)入侵報警系統(tǒng)的啟動與停止，當M0位綠色時系統(tǒng)啟動，反之停止。

火災報警程序中，常閉開關X6、X12、X13表示輸入設備煙感探測器，Y1表示輸出設備聲光報警器。

溫濕度監(jiān)測程序中，當M1002=On時，設定模擬量輸出模塊CH1、CH2為模式2，當M1000=On時，將溫濕度傳感器存儲的數(shù)據(jù)從D9900、D9901分別寫入D40、D10中，A/D轉(zhuǎn)換公式：

D=(A-A0)×(Dm-D0)/(Am-A0)+D0

(1)

其中，D表示實際測量值，A表示實際模擬量標準電信號，Am-A0表示模擬量標準電信號(0-10 V)，D0-Dm表示為A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)值(6400-32000)，D表示A/D轉(zhuǎn)換后的相應數(shù)值。

2)人機界面設計

人機操作界面是值班人員監(jiān)測軍械庫安防狀態(tài)的工作臺，主要包括主界面、溫濕度、報警記錄等

(1)主界面設計，依據(jù)對軍械庫安防系統(tǒng)的監(jiān)控要求，設計軍械庫安防監(jiān)控狀態(tài)顯示界面。要求能夠滿足使用者在主機界面上實時掌握軍械庫各庫室的溫濕度情況、可以調(diào)用實時的監(jiān)控畫面、可以掌握軍械庫是否有人入侵以及火災實時報警等，主界面如圖2所示。

圖2 主界面

(2)溫濕度界面設計，依據(jù)對軍械庫溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的要求，設計溫濕度趨勢顯示界面。要求能夠查詢各庫室的歷史溫濕度數(shù)據(jù)，查看實時的溫濕度曲線圖。溫濕度趨勢運行界面如圖3所示。

圖3 溫濕度趨勢運行界面

(3)報警記錄界面設計，依據(jù)對軍械庫安防系統(tǒng)的要求，設計安防系統(tǒng)報警記錄界面。要求能夠顯示實時的報警消息、查詢歷史報警消息，管理者能夠直觀地了解各庫室的動態(tài)信息。如圖4所示。

圖4 報警記錄運行界面

3)PLC控制器通信編程

Modbus協(xié)議可實現(xiàn)PLC與計算機之間的數(shù)據(jù)通信以及控制器之間的相互通信。數(shù)據(jù)在Modbus網(wǎng)絡上通信時，要求每個控制器必須知道其設備地址，從而保證設備能夠按地址識別消息，決定產(chǎn)生何種行動。如果需要回應，控制器將產(chǎn)生反饋信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出。

Wincc與PLC通過Modbus協(xié)議實現(xiàn)通信。Kepsever V5是用于上位機與PLC實現(xiàn)組態(tài)的接口軟件。Kepsever軟件是專門提供許多工業(yè)控制的第三方OPC服務，具體功能是將其安裝在上位機上，執(zhí)行針對控制設備的專業(yè)驅(qū)動后，Kepsever即可訪問控制設備中的內(nèi)存信息(可讀可寫)。

圖5 通信設計原理圖

4 結(jié)語

結(jié)合學員畢業(yè)設計，設計實現(xiàn)了基于PLC和Wincc的軍械庫安防系統(tǒng)實驗裝置。通過總體設計、硬件設計、軟件設計，安裝調(diào)試，安防系統(tǒng)實驗裝置試運行良好，能夠有效支持模擬場地的安全防范工作，達到了既定目標。實踐表明：通過提供平臺、設定目標和跟進指導的方式引導本科學員通過畢業(yè)設計參與實驗室建設的方式，能夠有效提高學員實踐創(chuàng)新能力。