基于PLC的隧道监控系统

贾恩明，张 辉

JIA En-ming, ZHANG Hui

（北京机械工业自动化研究所，北京 100120）

0 引言

首都机场T3停机坪与T2停机坪之间捷运隧道，全长约1800米，能够便于乘客在T2和T3之间的换乘。隧道内是无人值守，因此需要远程对隧道内的每个机械设备和电气设备进行远程监控。同时，在隧道内有触摸屏能够在隧道内对所有的设备进行操作。隧道监控系统主要是对污水泵系统、排水泵系统、雨水泵、排烟风机、射流风机、照明系统、亮度及CO浓度、车道指示器、限速标志及情报板等进行整体的监测和优化控制。

1 监控系统设计

1.1 系统结构

由于隧道内的排烟风机、射流风机、雨水泵等分布分散且距离较长，不适于采用集中采集监控，因此采用分散控制的形式，在隧道的入口、出口、中间各放置PLC控制机柜对本地段的设备进行数据采集和实时控制。同时，PLC具有以太网通讯功能可以通过现场交换机与在航站楼内的监控软件进行数据通信。操作人员可以在控制室内远程掌握隧道内的所有设备的状态，也可以对设备进行远程控制。

在传统的楼宇自动化系统中，通常BA（楼宇自动化系统）与电力监控系统是两个系统，但是这样不利于集中监控。采用PLC与组态软件进行监控可以使这两个系统成为一体监控系统。隧道监控系统结构如图1所示。

图1 隧道监控系统图

1.2 PLC控制器选择

在楼宇自动化中应用较多的是DDC（Direct Digital Control），DDC与PLC在一些方面有一定的区别。在应用方面，DDC本身是由PLC发展而来的，是在其中固化了一些符合楼控本身特点的程序。也因为如此DDC在灵活性上差于PLC，同时由于PLC大量应用于工业现场，因此抗干扰能力强。在结构方面，现在的PLC在网络方面其实与DDC是一样的，也支持多种协议，也是分层结构，也可以实现点对点通讯。在软件方面，DDC系统的上位机软件多为专用软件，而PLC系统上位机软件既可是专用软件，又可是通用组态软件，应用更为广泛。

在隧道中并没有VAV的空调系统，同时，隧道不同于楼宇，现场环境要比楼宇嘈杂，干扰因素要比楼宇多。而且，系统对信号的采集速度，准确性要求高。因此隧道监控系统适合采用PLC作为控制器。针对本项目，由于现场需要采集的开关量及模拟量较多，采用性能较好的西门子S300PLC。

2 监控系统实现

2.1 车道指示器监控

车道指示器时隧道中必不可少的部分，对车辆是否可以行驶进行指示。当允许车辆行驶时，车道指示器为绿色箭头，禁止车辆驶入时显示黄色叉子。机场隧道每个方向为双车道，考虑一面隧道出现紧急情况时，单方向双车道可以改为双方向单车道。因此，车道指示器为双面显示，监控系统实时准确的反应车道指示器正反两面的状态。同时，根据情况设置，可以操作员操作改变指示状态，也可以根据情况通过PLC程序自动完成状态切换。例如，当遇到火警等紧急情况时，PLC程序会自动改变车道指示器状态，禁止车辆驶入。

2.2 CO浓度监测及风机监控

由于隧道处于地面以下，汽车通行排放尾气会使CO聚集，因此实时监测CO的浓度，并进行及时的处理是非常必要的。本系统中，CO/VI检测装置安装与隧道中，传感器提供4mA～20mA模拟量给PLC系统。PLC采集到CO的浓度值，一方面传输给远程监控软件，做数据存储和实时显示，同时，PLC根据实际值与安全阀值的比较，通过程序处理可以自动开启和关闭射流风机，来调节隧道内部的CO能度，从而维持隧道内部的空气清新。

2.3 亮度监测及照明监控

隧道内照明既要符合车辆行驶的要求，又要节约能源。结合根据机场运行的实际情况，照明设置为全夜照明、半夜照明、白天照明、全天照明模式。同时，在隧道入口、中间段、出口段装有亮度检测仪，根据亮度的变化输出4mA～20mA模拟量进入PLC系统。T3工作区远程监测隧道内的亮度情况及照明状态情况。操作人员可以自行启动照明模式，PLC控制器会根据亮度情况启动相应的照明模式。

2.4 液位监测及水泵监控

本项目隧道在每个入口处设有雨水泵，在中间段设有污水泵和排水泵。由于是无人值守，远程要求能够对水泵运行状态、故障情况、液位情况进行实时监控。现场通过PLC系统对数据进行采集并在远程软件上存储和实时显示。远程可以根据水位情况自行启动水泵，也可以根据PLC程序启动水泵运行。当液位处于高水位时启动两台水泵，处于中水位时关闭一台水泵，处于低水位时关闭两台水泵。

3 监控软件

由PLC进行隧道内现场的数据采集、自动化控制具有编程自由、相应速度快特点。同时，PLC可以方便的与SCADE监控软件进行通信。远程软件通过光纤为介质的以太网对现场的PLC进行实时监控，同时把数据存储到数据库中，形成历史数据以备查询。软件中风机监控界面如图2所示。

图2 风机监控界面

4 结束语

现场通过调试，对隧道内的每个设备，每个点进行了逐一测试，系统运行稳定。在无人值守的情况下，在航站楼工作区内可以全部的掌握隧道内的设备运行情况。实践证明，使用PLC作为控制器在隧道的监控系统中具有很好应用效果。

[1]石磊.隧道控制系统中OMRON CS1系列PLC的典型应用[J].制造业自动化.2009(12).

[2]黄勤陆,肖甘,黄海峰,黄俊.Schneider Premium在隧道监控系统中的应用[J].重庆交通大学学报.2012,31(6).