King SCADA 组态软件在特长隧道群监控中的应用

李朝霞

(山西省交通科学研究院，山西太原 030006)

0 引言

隧道作为高速公路路网的咽喉地段，其监控系统在整个高速公路的运营和管理以及紧急预案处理中发挥着极其重要的作用。近年来，隧道监控系统逐渐趋于信息化、智能化，具有界面友好、稳定性高、易于维护的上位机系统成为隧道监控的研发重点。

目前，隧道监控系统的开发模式一般都是“上位机系统+下位机系统”的组合模式，上位机系统为中央控制室的计算机监控系统软件，根据开发模式的不同主要可分为组态软件开发和非组态开发两种。组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，支持各种工控设备和常见的通信协议，提供使用脚本语言进行二次开发的功能，是一个能使用户快速建立自己的人机界面的软件工具。一个具有隧道监控系统控制逻辑知识的开发团队可以在较短的工期内，通过少量代码的编写完成一套界面丰富的监控系统软件。另外，由于组态软件一般为适应工业控制而形成的特定的开发平台，经受过长期的工业控制领域应用的考验，且与工业控制领域的技术发展保持了良好的同步关系，具有较高的可靠性。

我省地理环境比较复杂，高速公路建设中隧道数量较多，特长隧道群建设逐年增加。由于特长隧道群监控具有监控设备众多、监控数据量大、联动方案复杂等突出特点，实现起来技术难度较高。从易开发性、系统稳定性等方面综合考虑，利用组态软件进行隧道监控上位机系统的开发，可缩短开发周期、提高开发效率并实现友好的人机交互界面。

1 系统概况

本文结合汾阳至邢台高速公路平遥至榆社段高速路线中宝塔山隧道、紫金山隧道和北凹山隧道的建设，使用King SCADA组态软件进行特长隧道群监控上位机系统的研发。按照隧道监控等级的划分，宝塔山隧道(左洞10 190 m，右洞10 480 m)和紫金山隧道(左洞4 382 m，右洞4 511 m)均为特长隧道，北凹山隧道(左洞1 554 m，右洞1 427 m)为长隧道，三个隧道组成特长隧道群。隧道内需控制风机152台，车道指示标志64套，照明回路150路，摄像机307台，可变情报板12套，消防系统、紧急电话系统均有大量的设备参与系统控制。

系统需对三个隧道进行集中监控，需及时、准确地采集整个管理区段内的交通状态、环境参数，以及所有监控设备的反馈信息，并能通过先进的监控和管理手段对隧道进行控制，以确保整个路段和隧道达到最佳运行状态。

2 系统功能概述

整个监控系统包括交通监控子系统、通风控制子系统、照明控制子系统、消防监控子系统、视频监控子系统、电话广播子系统、报表曲线子系统、报警事件子系统和应急联动子系统，如图1所示。系统需对隧道机电设备、交通状况、安全指标、环境参数等进行24 h不间断可靠监控，根据采集到的信息对隧道运行进行有效的智能化管理，并提供事故预处理方案，提高管理效率，确保行车安全，为积极预防、处理事故提供可靠的保障。

隧道监控上位机系统的基本功能如下:

1)数据交换。数据交换包括了现场数据的采集和控制命令的下发，通过软件的数据通讯系统实现。软件的数据交换系统即负责和现场设备进行通讯，并采集现场数据和控制现场数据的模块，采集系统由通讯链路、设备、数据块组成。数据块是指设备中一段连续的地址空间，一个数据块中包含多个变量，同一个数据块中的变量放在一个数据帧中采集，如果事先规划好数据块，可以节省变量生成采集包的时间，大大提高采集的效率。

2)数据处理、统计与存储。系统对所收集的各种信息进行分析处理，以判断交通状况是否拥挤、隧道CO/VI值是否超标、洞内外照明所处等级以及事故发生情况，并且根据分析结果对所判断的事件进行处理。另外，对采集到的数据进行实时运算、统计和存储，可方便实现报表统计、报警提示、趋势曲线绘制等功能。

3)画面显示。将采集到的外场设备数据信息形象地显示于监控画面，可方便监控中心及时了解整个高速公路设备的运行情况。组态软件提供了强大的界面图形编辑工具，内置大量的图库供用户选择，实现起来较为方便。

4)控制模式。系统控制模式可分为单控模式、群控模式和自动控制模式，用户既可以单独控制某个设备，也可以对某些设备进行集中控制，如可针对整个隧道或隧道的单洞、某区段实施群控，同时系统也提供自动控制方案，如根据CO/VI等级对风机实施控制的通风自动控制方案，根据季节、时间、天气、光照度对照明回路实施控制的照明自动控制方案等。

5)应急联动。应急联动系统是为了保证高速公路行车安全，提高行车效率，在紧急事件发生时系统自动调用预先设置的应急预案，经过人工对所发生事件的判断后，系统根据最后确定的控制预案对相关的设备进行联动控制。隧道应急联动控制功能涉及事件检测、报警确认、预案设置、应急处置等功能。

6)WEB发布功能。监控系统具备基于B/S架构的功能模块，通过对监控画面的网络发布，使管理层的计算机在不需要额外安装软件的情况下，使用IE浏览器即可查看到现场运行的画面，进行数据的监视、报警查看、报表查询等功能，并在相应权限下进行操作。

3 系统界面设计

首先，为了保证监控系统的安全可靠性，用户需要进行登录操作才可进入系统。系统提供了基于用户的安全管理体系，根据事先规定的用户使用权限和范围设置了各级用户允许或禁止的操作内容，用户登录界面如图2所示。

系统需对三个隧道进行集中监控，因此登录系统后将首先进入隧道选择画面，用户可在三个隧道间进行任意切换。

点击隧道选择画面中任一隧道名称即进入对应的监控主画面。用户可通过切换按钮在交通监控、通风监控、照明监控、消防监控、视频监控、电话广播、报表曲线、报警事件、应急联动等子画面进行切换。

画面中每一设备图标都实时显示相应设备反馈的当前状态，用户不仅可以通过不同图示信息来观察设备状态及其基本信息(如设备名称、描述、桩号等)，还可点击图标在弹出的控制画面中对设备发布控制命令。

各子画面布局与主画面布局基本类似，除了对设备的监控功能外，还包含了群控模式和自动控制模式按钮，用户可根据实际需要选择相应的控制模式。

另外，系统在检测到报警信号(如火灾报警、CO/VI超标报警等)时能够及时发出报警信息并弹出报警画面，以提示监控人员对故障进行确认。在报警信息被确认后，系统还会继续弹出应急预案引导画面，方便及时实施预案措施。

4 应用及结论

本文使用King SCADA组态软件开发的高速公路特长隧道群监控系统已于2012年9月应用于平榆高速公路特长隧道群监控，截至目前系统运行稳定，易于操作，实现了预先的研发目标，满足了对特长隧道群的监控要求。系统在保证监测和控制的高度可靠性和实时性基础上，还具备如下的特点:

1)易维护。系统设计采用模块化组态设计，可根据设备数量方便地进行内容增减，提供可扩展、可修改的隧道控制画面，以满足不同隧道对系统扩展性的要求，容易维护。

2)控制模式多样化。系统提供各子系统的单控模式、群控模式和自动控制模式，且能够实现各子系统的联动控制，能提供智能化的分析提示和控制参考功能。

3)综合性高。系统能综合隧道内所有机电设备、各串口设备(如可变情报板、可变限速标志、车辆检测器等)及电力设备、各子系统监控计算机(如火灾监控计算机、视频监控计算机、事件检测计算机等)，提供全方位综合化控制，以适应隧道监控全方位的要求。

总之，该特长隧道群监控系统具有界面友好、易于操作、稳定性高、开放性好等特点，可为高速公路特长隧道群的安全运营提供可靠的保障。

［1］ 李晋文.PLC在平榆高速公路隧道群监控系统中的应用［J］.山西交通科技，2011(6):44-45.

［2］ 齐中文.特长隧道的智能控制研究［D］.北京:北京交通大学，2007.

［3］ 林恺丰.高速公路监控系统的设计与实现［D］.武汉:华中科技大学，2006.

［4］ 谭国贤.谈高速公路监控系统的问题和改进［J］.公路，2006(8):312-315.