基于PLC 和组态软件的隧道监控系统设计研究

蓝正宽

（广西交通投资集团河池高速公路运营有限公司，广西 河池 547000）

以PLC 和组态软件为基础的隧道监控系统设计，需按照隧道监控的需求和特点，科学合理设计系统的架构和组成部分，完善隧道监控系统的模式，提升隧道监控的效果，确保能够充分发挥PLC 和组态软件的重要作用，达到预期的隧道监控系统设计目的。

1 基于PLC 和组态软件的隧道监控系统设计意义

1.1 有助于进行自动化控制

PLC 可以实现对隧道监控系统中各个设备的自动化控制，可以实现监控系统中的信号采集、数据处理、报警控制等功能，提高系统的自动化程度，减少人工干预，提高工作效率。

1.2 有助于提升系统可靠性和稳定性

PLC 可以抵御恶劣的环境条件，如温度、湿度等变化，保证系统的正常运行。组态软件则可以对PLC 进行配置和监控，实时获取系统的运行状态，提高系统的可靠性和稳定性。

1.3 有助于进行数据处理和监控

组态软件可以与PLC 进行通信，实时获取和处理PLC 采集到的数据。通过组态软件的功能，可以对数据进行分析、存储和监控，实现对隧道监控系统运行状态的实时监测和管理。同时，组态软件还可以提供报警功能，当系统出现异常时，可以及时发出警报，提醒操作人员进行处理。

1.4 有助于改善系统灵活性和可扩展性

PLC 和组态软件的组合应用可以提供较高的灵活性和可扩展性。通过PLC 的编程和组态软件的配置，可以根据实际需求对监控系统进行定制化设计和功能扩展。当需要新增或修改系统的功能时，只需对PLC 进行相应的编程和组态软件的调整。

2 基于PLC 和组态软件的隧道监控系统设计措施

2.1 系统架构设计

以PLC 与组态软件为基础的隧道监控系统，主要是设计各种类型传感器进行隧道车流量数据、风速数据和车速数据的检测，此类环境数据传递到本地PLC控制器，经过区域控制器的处理，传送到主控制器，由主控部分向不同子监控系统发送数据，实时性进行数据的成像，使隧道监控工作人员能够按照具体的情况和预警数据值的情况，向主控PLC系统发送控制命令，主控系统将命令发送到区域控制器。从整体层面而言，基于PLC 和组态软件的隧道监控系统架构如下。

2.1.1 参数检测和执行机构驱动层

1.参数检测。选择适合隧道监控系统的传感器，如温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器等，用于检测隧道内的环境参数。将传感器与PLC 连接，通过合适的接口将传感器的信号输入PLC 中。在组态软件中，设置参数的检测范围和阈值，当参数超出预设范围时，触发相应的报警和控制逻辑。

2.执行机构驱动。根据隧道监控系统的需要，选择合适的执行机构，如电动阀门、电动门、风机等。将执行机构与PLC 连接，通过合适的接口将PLC 的输出信号传递给执行机构。在PLC 中编写适当的控制逻辑，根据传感器检测到的参数和预设的条件，控制执行机构的运行状态。在组态软件中实现对执行机构运行状态的监测和反馈，确保执行机构按预期方式运行，并提供相应的报警和状态显示。在设计参数检测和执行机构驱动层的过程中，需要考虑到系统的稳定性、可靠性和安全性。合理选择传感器和执行机构，设置适当的参数范围和控制逻辑，以及实现有效的反馈机制，可以实现对隧道环境参数的准确检测和执行机构的可靠驱动，保障隧道监控系统的正常运行和安全性。

2.1.2 过程监控层

在基于PLC 与组态软件的隧道监控系统中，过程监控层的设计需要合理设置温度传感器、湿度传感器、浓度传感器等，用于实时监测隧道内的环境参数和设备状态。同时将传感器与PLC 连接，通过合适的接口将传感器的信号输入PLC 中。在PLC 中设置合适的采样周期，实时采集传感器的数据。通过组态软件，在PLC 中设置数据处理算法，对采集到的数据进行处理、分析和计算。根据实际需求，在PLC 中编写报警和控制逻辑。当监测到异常情况或超过设定的阈值时，触发相应的报警机制，如声音、灯光、短信通知等。同时，根据监测到的数据，控制相关设备的运行状态，如打开或关闭风机、调节照明等。组态软件可以实现对PLC采集到的数据进行存储和显示。数据存储可以用于后续的数据分析和历史数据查询。数据显示可以通过可视化界面展示实时数据、趋势图、报警信息等，方便操作人员实时监控系统的运行状态。通过网络连接，实现对隧道监控系统的远程监控与控制。通过组态软件，可以远程访问PLC，并获取实时数据、设定参数和控制设备，方便远程管理和操作。在设计过程监控层时，需要考虑到系统的稳定性、可靠性和安全性。合理选择传感器和接口，设置适当的数据处理和控制逻辑，以及提供可视化界面和远程访问功能，可以实现对隧道监控系统过程的实时监测、报警和控制，提高系统的安全性和可靠性。

2.1.3 控制层

1.远程控制通过网络连接，可以使用组态软件或者其他远程访问方式，远程登录到监控系统的PLC，实现对系统的远程监控和控制。远程操作可以包括远程设定参数、控制设备状态、启停设备等操作。通过组态软件或者其他远程访问方式，将操作指令传输到PLC，实现对隧道监控系统的远程控制。

2.本地控制。在现场设置合适的人机界面，如触摸屏或按钮控制面板，方便操作人员进行本地控制。根据实际需求，设置设备操作按钮，如启停按钮、调节按钮等，方便操作人员对设备进行本地控制。通过人机界面，操作人员可以设定相关参数，如温度、湿度、照明亮度等，以满足实际需求[1]。

3.确保远程控制和本地控制方式都具备安全性，例如采取身份验证、权限控制等措施，以防止未经授权的访问和操作。确保远程控制和本地控制方式都能够稳定可靠的操作系统，避免因通信故障或其他问题导致控制失效。设计用户友好的界面和操作方式，使操作人员能够轻松理解和使用远程控制和本地控制功能，提高操作效率。

在基于PLC 与组态软件的隧道监控系统中传感器的设计也十分重要，需要按照实际情况进行计算：

*温度传感器：

*湿度传感器：

*光照传感器：

2.2 系统的模块设计

2.2.1 监控主界面设计

以PLC 与组态软件为基础的隧道监控系统的监控主界面设计，主要为：

1.显示实时监控数据：主界面应该能够清晰地显示隧道监控系统的实时数据，包括温度、湿度、光照等参数。可以使用图表、仪表盘或实时数据列表等方式展示数据，使操作人员能够直观地了解当前的监测情况。

2.告警提示功能：主界面应该能够及时地显示和提示异常情况和报警信息，如温度过高、湿度过低等。可以通过颜色变化、弹窗提示或声音提示等方式来吸引操作人员的注意，以便及时采取相应的措施[2]。

3.实时视频监控：主界面可以集成实时视频监控功能，显示隧道内部的实时图像。这样，操作人员可以通过主界面观察隧道内部的情况，及时发现异常情况，提高监控的全面性和准确性。

4.设备状态显示：主界面应该显示各个设备的状态，如灯具、风扇、门窗等的开关状态。操作人员可了解设备是否正常运行，及时发现设备故障或异常，进行维护和修复。

5.操作控制功能：主界面应该具备操作控制的功能，如启停设备、调节参数等。操作人员可以通过界面上的按钮、滑块或输入框等来进行相关操作，实现对隧道监控系统的远程控制。

2.2.2 监控策略设计

基于PLC 与组态软件的隧道监控系统的监控策略模块设计：

1.监控策略模块需要负责定期采集传感器数据，并进行处理和分析。可以设置采样周期和数据采集频率，将采集到的数据进行预处理，如滤波、平滑等，以提高数据的准确性和稳定性。

2.告警与报警机制：监控策略模块需要实现告警和报警机制，根据设定的监测阈值和规则，对采集到的数据进行实时监测和分析。当监测数据超过或低于设定阈值时，触发相应的告警或报警，通过声音、灯光、短信、邮件等方式通知操作人员。

3.故障诊断与维护：监控策略模块应具备故障诊断和维护功能，当监测系统出现故障或异常时，能够自动进行故障诊断，并提供相应的维护建议。可以通过自动化的故障诊断算法或规则来实现，减少人工干预的需要[3]。

2.2.3 隧道照明监控设计

基于PLC 与组态软件的隧道照明监控子系统设计，主要为：

1.照明设备控制：对隧道照明设备的控制，包括灯具的开关、调光和调色等功能。通过PLC 与组态软件，可以实现对照明设备的远程控制和调整，例如根据不同时间段和环境需求，自动调节照明强度和色温。

2.实时监测与反馈：实时监测隧道照明设备的状态和性能参数，包括灯具的开关状态、电流、电压、功率等。通过PLC 与组态软件，可以实时获取这些信息，并将其显示在监控界面上，以便操作人员及时了解照明设备的运行情况。

3.故障诊断与报警：当照明设备出现故障或异常时，能够自动进行故障诊断，并及时发出报警通知。通过PLC 与组态软件，可以设置故障检测规则和阈值，当照明设备超过设定的故障阈值时，触发相应的报警，并通过声音、灯光、短信等方式通知操作人员[4]。

2.2.4 隧道交通监控设计

1.交通流量监测。通过PLC 与组态软件，可以接入交通流量传感器，实时获取车辆进入和离开隧道的数据，并进行统计和分析，以便监控隧道的交通流量情况。

2.车辆速度监测。通过PLC 与组态软件，可以接入车速传感器，实时获取车辆的速度数据，并进行监控和报警。当车辆超过设定的速度阈值时，系统可以触发报警并进行相应的处理。

3.车辆检测与识别。利用PLC 与组态软件，可以接入车辆检测器和车牌识别设备，实时获取车辆的信息，并进行车辆的分类和识别。这样可以实现对特定车辆的管理和监控，例如禁行车辆的识别和报警。

4.火灾与烟雾监测。采用PLC 与组态软件，可以接入火灾和烟雾传感器，实时监测隧道内的火灾和烟雾情况，并进行报警和应急处理。同时，系统还应支持对火灾和烟雾的位置和范围进行精确定位[5]。

5.故障检测与报警。当交通设备出现故障或异常时，能够自动进行故障诊断，并及时发出报警通知。通过PLC 与组态软件，可以设置故障检测规则和阈值，当交通设备超过设定的故障阈值时，触发相应的报警，并通过声音、灯光、短信等方式通知操作人员。

综上所述，基于PLC 与组态软件的隧道监控系统设计，能够改善隧道监控系统的应用效果和水平，具有一定的重要意义。因此，建议在隧道监控系统设计的过程中，重视对PLC 与组态软件的应用，科学合理地设计系统的架构，完善监控主界面、监控策略和隧道照明与交通监控模块，提升隧道监控系统应用效果。