基于PLC的隧道防灾报警系统设计

王青苗

（陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714000）

0 引 言

隧道防灾报警系统作为隧道内部交通安全保障的重要内容，在保证行车安全方面发挥了重要作用。作为隧道行车安全重要保障之一的防灾报警系统，目前主要采用视频监控和传感器探测等方式去探测隧道内部是否发生了灾害，从而为专业人员及时采取措施提供支持[1]。隧道防灾报警系统需要根据现场的传感器和探测器的状态给出报警和指示。上位机系统、PLC、传感器以及探测器之间的参数选择、连接以及信息传递，决定了在隧道内部发生灾害时系统的响应速度和反应情况。因此，如何选择恰当的方案来设计适合隧道内部的防灾报警系统至关重要。本文在目前现场隧道灾害报警系统的基础上，分析了各个系统结构和设备的优缺点，并针对隧道灾害报警设计了合理的隧道照明控制系统。

不同于单片机等其他系统，PLC有自己独特的优点，在工业控制现场的应用较普遍，适合应用于一些环境较为复杂的场合和控制现场，尤其是在室外和隧道的区域[2]。因此，本系统选择PLC作为隧道现场控制核心来完成相应的功能，设计了基于PLC的地铁隧道火灾报警系统，并给出了系统的硬件架构和程序设计控制流程[3-5]。

1 系统硬件选型

1.1 硬件种类

1.1.1 PLC型号选择

德国西门子（SIEMENS）的PLC具有功能强大、体积较小以及通信传输和运算速度快的特点，且设计标准化，网络通信能力和可靠性高，在我国控制系统中使用较多。本文使用CPU型号为226系列的西门子S7-200系列微型PLC作为本系统的控制核心，设计基于PLC的隧道防灾报警系统。PLC采用梯形图语言进行逻辑设计和程序编写。

1.1.2 远程上位机

远程上位机采用台式计算机，配备较新功能和较可靠的硬件和软件系统，通过以太网组网方式连接现场的PLC，能够实现和PLC的双向通信。上位机可以给PLC下发数据并进行控制，同时从PLC中读取现场数据。

1.1.3 人机交互界面

人机交互界面通过触摸屏方式实现，采用威纶TK607IP人机界面连接西门子S7-200 PLC进行通信。触摸屏使用Utility Manager编程软件搭建触摸屏界面。

1.1.4 报警指示灯和报警铃

报警指示灯和报警铃采用声光报警器220 V和12 V旋转警报闪烁信号警示灯JR-SG01系列。该灯可通过485串口连接到PLC，当PLC通过其他传感器检测到隧道内部发生灾害时，可通过PLC自动控制声光报警器来提示工作人员。

1.1.5 烟雾传感器模块和火焰传感器

12 V离子式有线烟雾感应探测器是工业级离子烟感开关。当烟雾进入传感器模块的电离室后，会破坏电离式内的电流平衡。当有火灾发生时会有烟雾传入电离室，打断电离室内的离子流动，导致电性能发生变化。该烟雾传感器中的集成芯片采集到电性能发生改变时，会自动判断该变化是否达到报警的条件，如果到达报警条件，会输出报警信号进行报警。目前，市场上相当一部分产品是将火焰和烟雾的探测功能集成在一个传感器中，以完成火焰和烟雾的探测[6，7]。

1.1.6 温度传感器

可选用PT100探头温度传感器。该传感器具有精度高、稳定性好、安装方便、功耗低、防震以及防潮效果好的特点，能够将检测到的隧道内部温度传送给PLC。

1.1.7 视屏监控模块

设置监控摄像装置。当系统判断出现灾害时，相关报警装置发出灾害信息，远程工作人员可通过视频监控查看现场的灾害情况或进行远程指挥。

1.2 硬件架构设计

本文系统硬件的连接架构设计如图1所示，其中各硬件设备的连接和信息传递流程如下。首先，系统中设置PLC作为现场的逻辑控制核心，连接现场的温度传感器、烟雾传感器以及火焰传感器[8]。其次，PLC与现场的人机交互界面相连接，通过人际交互界面随时查看现场PLC的运行情况。现场PLC连接报警指示灯和报警铃，一旦现场的PLC的接收数据超过设置范围，经过系统再次确认，PLC就可以控制报警装置进行报警，提示相关人员前去查看。再次，现场PLC连接远程上位机，远程上位机通过专门的软件界面可以查看现场PLC中的数据和具体的运行情况。PLC定时会向远程上位机发送关键位置的数据，方便存储和查看现场数据。远程上位机能控制现场PLC的操作，可以给现场PLC发送指令控制现场的一些传感器等设备的状态，也可以通过PLC查看和读取当前传感器设备的状态数据。最后，远程上位机设计在控制中心，将维护人员的控制信息传给现场PLC。人机交互界面和报警指示灯设置在现场，方便维护管理人员查看现场设备的状态。烟雾传感器、温度传感器以及火灾传感器设置于隧道现场，主要用来检测现场的实际情况。

图1 系统的硬件架构

2 软件设计

在搭建好硬件架构的基础上设计本文的软件，设计流程如图2所示。发生火灾时，检测系统检测到的数据主要表现为隧道内部的火焰、烟雾浓度以及温度的数值超过正常数值。为了方便检测，这里烟雾传感器用来检测NO和CO的浓度，温度传感器用来检测隧道内温度数值，火焰传感器探测隧道内是否有火光。将采集的数据分别传入PLC系统，在PLC中给这些传感器探测的数值分别设置数值上限。若检测结果超过该数值，PLC会认为隧道内部处于不正常状态进行报警，并通知现场人员和远程控制中心的人员查看相应的界面，从而及时采取必要的应对方案。

图2 系统的软件流程

软件一启动就开始进入主循环程序，判断检查是否有远程上位机发来的指令。如果有则执行上位机的命令，如果无则PLC依次扫描每个传感器的状态。判断是否有超过限定值的数值出现，若发现超过限定的数值，经过再次确认后确定该数值超标，PLC则认为隧道内部发生了灾害而进行报警，否则系统会继续返回执行主程序。当判断系统有数值超过限定数值时，在声光报警的同时进行显示，一方面是隧道现场所设置的报警灯和指示灯的闪烁和声音提示，另一方面是将隧道现场的信息传送到远程控制中心后在上位计算机上的报警和显示。在上位计算机的软件中，可通过编程设置报警界面。

3 结 论

本文设计了基于PLC隧道的火灾报警系统，具体包括系统的硬件架构和软件流程。该系统能根据设计要求完成与上位机和现场设备的通信，方便且整体效果较好。