大长高速公路隧道监控系统的设计与实现

摘要

隧道属于封闭式特殊结构建筑，具有行车危险系数大，事故发生率高且事故不易处理等特征。如何保障公路隧道的健康运营，更科学、更合理地对隧道进行管理，已经成了公路管理问题中的重中之重。因此，隧道监控系统是实现隧道内车辆稳定、安全流通的必要保证。为了满足高速公路隧道监控与管理自动化的需要，提升隧道信息化水平，本文利用PLC与GE智能平台的技术优势，介绍了基于ABB AC500系列PLC与iFIX5.0组态软件的隧道监控系统。
　　本文以大长隧道监控项目为依托，不仅从系统的总体需求、硬件配置、相关集成技术应用、系统的设计方案及实现方式等几个方面出发，对隧道监控系统进行了整体阐述，而且也对隧道监控各分布子系统的结构组成、功能实现以及控制模式等方面进行了介绍。
　　系统隧道内分布的可编程控制器用以实现对隧道各子区域设备的信息采集和控制，上位机监控中心计算机系统利用ABB所提供软件组建OPC服务器，工程人员通过创建符号表将所需数据变量上传至OPC服务器，再由上位机组态软件iFIX自带的OPC客户端驱动读取OPC服务器数据，同时与工业以太网技术相结合来实现公路隧道的远程数据通讯。系统数据通信链路接通后，再利用iFIX的强大功能对上位机结构以及人机交互界面进行合理的设计，同时通过iFIX内嵌的VBA开发环境，通过后台编程将用户所需数据实时地存入关系型数据库SQL Server中，方便用户对历史数据的使用。
　　隧道风机在隧道环境的维护方面起着至关重要的作用，其属于隧道内大功率运行设备，其能否合理的运行直接影响着隧道运营的资金投入。目前国内隧道大多根据隧道内环境参数，采用传统阈值的控制方式实现对隧道内射流风机的控制。这种控制模式是利用外场分布的CO/VI检测器反馈隧道环境，同时将检测到的CO浓度值和能见度值与预设的目标阈值进行比较，并利用预先在上位机植入的程序方案来对相关数据进行处理，按照环境需求实现对洞内风机的控制。但是阈值控制方式比较简单，无法合理定量风机开启台数，且风机运行功率较高，无形中造成了电力资源的浪费。这里介绍了结合隧道内分布的可编程控制器和上位机编程实现对全射流风机的模糊控制方案，利用Matlab模糊逻辑工具箱来对隧道风机模糊控制器进行设计并创建了模糊控制规则表，以iFIX5.0和ABB PLC作为平台实现对隧道风机的模糊控制。并利用实验数据将传统的阈值控制模式和模糊控制模式的控制结果进行了比较，实验结果表明模糊控制模式不仅节省了能源，而且提高了监控系统的智能水平。
　　隧道监控系统的长时间运行结果表明，该系统易于操作和维护、通信稳定，同时提升了隧道自动化管理水平。

目录

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摘要

第一章 引言

1．1 课题的背景及意义

1．2 隧道监控发展概况

1．3 论文主要研究内容

第二章 相关集成技术应用

2．1 工业以太网技术

2．1．1 网络通讯概述

2．1．2 工业以太网通讯

2．2 AC500系列PLC

2．3 OPC技术

2．3．1 OPC总体结构

2．3．2 OPC数据存取规范

2．4 组态软件

2．4．1 组态软件概况

2．4．2 iFIX组态软件介绍

2．5 小结

第三章 监控系统功能需求及设计

3．1 系统概况

3．2 系统总体功能需求

3．2．1 设计目标

3．2．2 设计内容

3．3 系统总体控制方案设计

3．3．1 系统硬件结构

3．3．2 系统组网

3．3．3 系统控制模式

3．4 交通控制子系统

3．4．1 交通子系统主要功能

3．4．2 隧道交通控制方案

3．5 照明控制子系统

3．5．1 照明子系统主要功能

3．5．2 各区段亮度设计

3．5．3 照明控制方案

3．6 通风控制子系统

3．6．1 通风子系统主要功能

3．6．2 隧道需风量计算

3．6．3 通风控制方案

3．7 消防子系统

3．8 供配电子系统

3．9 小结

第四章 系统上位机集成的设计与实现

4．1 上位机软件概况

4．2 上位机软件结构

4．3 上位机运行实现

4．3．1 iFIX与PLC的通讯实现

4．3．2 iFIX与SQL数据库关联

4．3．3 人机对话界面实现

4．4 报表查询

4．5 小结

第五章 隧道风机的模糊控制

5．1 算法应用及介绍

5．2 模糊控制器的工作机理

5．2．1 模糊控制系统的组成

5．2．2 模糊控制器的设计方法

5．3 风机模糊控制器的结构及参数设计

5．3．1 模糊控制器的设计

5．3．2 系统输入的确定

5．3．3 隶属函数的设定

5．3．4 模糊控制器的设计

5．3．5 控制输出效果

5．4 模糊控制的编程实现

5．5 实验数据

5．6 小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 研究与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

附录