隧道机电设备监控报警系统设计

刘经国

摘 要：设计了一种对隧道机电设备的实时工作状况进行监控报警的系统。数据采集单元采用PLC扩展模块，数据处理CPU采用PLC，显示单元采用工控机系统。

关键词：隧道；机电设备；监控报警系统；人机交互

中图分类号：TP277 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.03.104

隧道机电设备监控报警系统在隧道的安全运行上起着至关重要的作用，能使监控中心远程实时了解隧道内整体的信息。隧道机电设备监控报警系统是对隧道重要设备的实时工作状况进行监控报警的系统，弥补了只有本地监控报警控制系统的不足，实现了远程控制功能。本设计在硬件上采用了模块化数据处理采集箱，在软件集成上同样采用了模块化设计思想。系统自主研发，自动化程度高，稳定性强，可扩展能力强，维护较方便。

1 系统框图

图1为隧道机电设备监控报警系统架构。

2 硬件系统设计

2.1 冗余电源

系统供电采用双路220 V输入电源，同时采用UPS电源供电，输出直流24 V。实现双冗余电源系统，其中一路220 V输入掉电后，可能由另一路220 V输入电源供电；如果双路220 V输入电源同时掉电，则UPS将自动不间断切换到蓄电池供电，电池供电保持30 min以上，确保系统稳定工作，满足规范要求。图2为电源原理接线。

2.2 数据采集处理控制箱

数据采集处理控制箱主要采用PLC及其扩展模块为主要元器件，包括电源模块、CPU模块和采集、通讯等扩展模块。扩展模块还包括开关量输入模块，用于采集开关量信号。PT100型模拟量输入模块用于采集PT100型的信号，4～20 mA型模拟量输入模块用于采集4～20 mA型的信号。通过增加通信扩展模块，双链路网络传输线，还可实现网络冗余。因此，如果其中一条传输线路发生故障，可自动转由另一条正常的传输线进行信号传输，可保证在工作过程中，数据不会中断或丢失，从而实现冗余功能，满足规范要求。图3为可拆卸模块。

数据采集处理控制箱的安装布局，可实现分层布局安装，在方便安装的同时也方便现场接线。图4为安装布局情况。

3 软件设计

3.1 数据集中处理

隧道机电设备监控报警系统数据集中处理软件设计同样采用模块化设计思想，分为以下五大模块：①输入模块。收集外部传感器的信号到过程I/O映像区。②处理模块。处理模块用于处理数字量输入信号和模拟量输入信号（4～20 MA和PT100热电阻），同时进行系统消音和测试等操作。每个报警点都通过处理模块输出。处理模块作为报警系统的核心，实时监测每个报警点的状态。③输出模块。该模块负责将处理模块处理后的信号打包成系统功能所需信号，然后按需输出。④通讯模块。通讯模块提供处理单元之间的通讯，并且与各个现场采集站通讯，实时监测采集站数据，同时提供自动检测功能，监控整个系统网络的通讯质量。⑤其他功能模块。其他的模块提供接口供其他系统使用。

系统基本软件架构如图5所示。

3.2 上位機（人机交互）

工控机系统能很好地实现人机交互功能，图形化设计，易于操作与监控。图6为典型性截图。

4 结束语

实践证明，隧道机电设备监控报警系统对隧道的安全运行起着至关重要的作用。该系统已经交付了大量产品，并已获得相关专利权，深受广大业主的青睐。

隧道机电设备监控系统隶属于整个道路的一个子系统，主要是监测隧道内部主要机电设备的工况，同时实现设备的控制功能，起到保证道路安全、交通调度、事故处理、预防火灾等作用。系统的设计必须综合考虑多方因素，既要满足业主的使用要求，又要满足规范对隧道机电设备监控报警系统的要求。

〔编辑：刘晓芳〕