【基于PLC的鐵路隧道排水監(jiān)測系統(tǒng)設計10000字（論文）】

第一章緒論在隧道排水設備的發(fā)展進程經(jīng)歷了現(xiàn)場工人排水階段、傳統(tǒng)的繼電器-接觸器排水系統(tǒng)到現(xiàn)在不斷發(fā)展的由可編程控制器控制的系統(tǒng)?，F(xiàn)場工人排水一般采用的是按值班表進行定時巡邏，如遇特殊情況加強巡邏。二十四小時的工作，工人非常容易疲憊，特別是夜間作業(yè)，加上隧道的昏暗環(huán)境以及早期主要依靠步行和手電照明進行巡邏，工作環(huán)境惡劣，以及隧道泵房分布分散，大量消耗工人體力并且需要管理人員良好的統(tǒng)籌管理能力，隧道排水工作過度依靠工人巡邏及手動開啟關閉閥門，極易出現(xiàn)安全隱患，一些突發(fā)的異常情況也可能難以及時處理。繼電器-接觸器排水系統(tǒng)是利用繼電器可以遠程控制排水設備的開啟關閉，但繼電器開啟、關閉水泵是直接啟動電機的方式，會產(chǎn)生急速上升的大電流，稍微的不當操作，就有可能造成整個鐵路電網(wǎng)的電流紊亂或者其他機械設備的損壞，且該繼電器-接觸器系統(tǒng)的使用壽命不長，且維修昂貴，消耗大量的人力財力物力，進行一次維修或調整，是較大規(guī)模的設備檢修，日常的排水工做無法進行。進入PLC的時代后，隧道排水設備又面臨系統(tǒng)監(jiān)控分散，數(shù)據(jù)分散，不能根據(jù)完整的數(shù)據(jù)，進行準確的現(xiàn)場分析，并且遇到異常情況，分散的監(jiān)控設備不能第一時間準確地發(fā)現(xiàn)并做出反應。于是隧道排水系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)到今日，控制系統(tǒng)一般包括了現(xiàn)場水泵房的控制系統(tǒng)和監(jiān)控室里PC端的監(jiān)控系統(tǒng)。水泵房排水控制系統(tǒng)具有智能排水控制功能，計算機監(jiān)控系統(tǒng)具有檢測、控制等功能。從而，總系統(tǒng)能夠高效地將泵房集水池廢水量限制在合理范圍內(nèi)，大力地保證隧道的正常安全運營，實現(xiàn)對隧道排水系統(tǒng)中的水泵、傳感器等設備工作的狀態(tài)和數(shù)據(jù)實時的監(jiān)視與控制。

第二章設計方案研究2.1總體方案設計為了實現(xiàn)更好的監(jiān)控效果，現(xiàn)場裝置在原有的只有三個抽排水泵的，為了實現(xiàn)監(jiān)控報警的自動化，在現(xiàn)場增加三個傳感器，兩個壓力傳感器位于隧道抽排水泵的出入口，出入口的壓力值可以較準確地判斷抽排水管道的堵塞程度，也可以判斷管道內(nèi)的水流速度情況，方便對于堵塞情況的綜合判斷，上位機生成壓力傳感器的壓強曲線圖，也可以是監(jiān)控更加準確，保證現(xiàn)場情況的萬無一失；以及再增加一各水位傳感器在蓄水池中，之前蓄水池的監(jiān)控依賴視頻監(jiān)控，憑工作人員通過現(xiàn)場監(jiān)控進行判斷，視頻監(jiān)控數(shù)量巨大，監(jiān)控室工作人員過完一輪視頻大概需要30分鐘左右，加上視頻像素光線并不高，以及工作人員24小時輪班，精神極易懈怠，即使蓄水池發(fā)生水位異常，也難以第一時間做出反應，上報分管領導及現(xiàn)場人員，蓄水池水位傳感器可以很好解決這個問題，出現(xiàn)問題及時處理。除了三個曲線以外，還需要建立關于三個排水泵停起時間的數(shù)據(jù)庫，可以翻閱查詢?，F(xiàn)階段的工作依賴于工作人員的人工記錄每一次排水泵的啟動、停止時間，并進行計算，從而判斷管道有無異常。工作采用的24小時三班倒，一般抽排水泵的正常排水情況是有規(guī)律的，很容易出現(xiàn)工作人員擅離崗位，編造數(shù)據(jù)渾水摸魚，也有上夜班工作人員，因為疲憊，身體抵不住睡意，在崗位上昏昏欲睡，發(fā)生事故。引入抽排水泵啟動、斷開時間監(jiān)控數(shù)據(jù)表，可以有效避免人工的實物，往嚴重來說，發(fā)生事故后，數(shù)據(jù)庫也是一個追究責任的證據(jù)。有了人工和數(shù)據(jù)庫的雙重記錄，確保出現(xiàn)異?？梢詼蚀_保修現(xiàn)場工人及上報分管領導。2.2實現(xiàn)功能（1）實時曲線上位機上的監(jiān)控系統(tǒng)會生成抽排水泵出入口的兩個壓力傳感器和蓄水池水位傳感器的實時曲線，便于觀察水泵的持續(xù)工作情況，單比于單個數(shù)據(jù)的記錄，曲線更有利于對現(xiàn)場情況的準確判斷，也通過監(jiān)控壓強，也對管道的堵塞有更直觀的體現(xiàn)。水位傳感器更能直觀地體現(xiàn)出蓄水池的水位變化，比CCTV監(jiān)控更加利于判斷。（2）數(shù)據(jù)庫功能該系統(tǒng)中，監(jiān)控需要記錄三個排水泵的啟動、斷開時間，數(shù)據(jù)庫的記錄是最好的選擇，可以流水式地記錄水泵每天的工作，方便之后對改天工作情況的查詢。（3）報警功能在上位機監(jiān)控系統(tǒng)中，若兩個壓力傳感器及水位傳感器數(shù)據(jù)異常時，系統(tǒng)做出報警操作，在原有的監(jiān)控系統(tǒng)中，報警裝置只存在于現(xiàn)場，依賴于巡邏人員的發(fā)現(xiàn)，時效性很差，在上位機監(jiān)控系統(tǒng)上加入報警裝置，會提高異常情況的處理效率，及時上報現(xiàn)場工作人員和分管領導。2.3PLC的應用2.3.1PLC概述1987年，在IEC發(fā)布的PLC規(guī)格提案的第三稿中，對PLC進行了以下定義：它是一種電子控制系統(tǒng)設備，它使用微控制器作為實際操作的關鍵數(shù)字操作，并且設計用于當場工業(yè)生產(chǎn)。和設計方案。PLC使用可編程控制器的存儲器。存儲器可以執(zhí)行諸如啟動和停止或運算，算術運算及其接通時間，計數(shù)等的實際操作，并進行存儲，并根據(jù)輸入和輸出端口來操作各種類型的工業(yè)設備。以及制造操作過程，其中輸入和輸出端口分為數(shù)字顯示和數(shù)字仿真。PLC及與其相連接的現(xiàn)場設備都應該具備與工業(yè)控制系統(tǒng)系統(tǒng)融合容易以及易擴展其他功能的優(yōu)點。PLC具有豐富多樣的功能特征，且強大，主要包括信號采集、輸出控制、邏輯控制、遠程I/O、、人機界面、通信聯(lián)網(wǎng)和故障自診斷等功能。PLC因為其具有很多其他裝置所不能替代的獨特功能，在工業(yè)控制領域得到廣泛的應用，PLC的可靠性、安全性、經(jīng)濟性、靈活性以及經(jīng)濟性都是PLC被廣泛應用的優(yōu)點。PLC的主要優(yōu)點如下：（1）可靠性高、抗干擾能力強（2）編程簡單、設計方便、調試周期短（3）模塊化結構、通用性強（4）安裝容易、維護簡單（5）體積小、重量輕、功耗低PLC主要由CPU、存儲器、輸入接口電路、輸出接口電路和電源等組成，PLC的基本結構框圖如2.1。圖2.1PLC的基本結構框圖2.3.2西門子s7-200西門子s7-200PLC的硬件系統(tǒng)包括：基本單元、擴展單元、特殊功能模塊、相關設備以及相關軟件例如：STEP-Micro/WIN、ProTool、WinCC等。圖2.2s7-200PLC西門子s7-200PLC外形圖如圖2.3、2.4所示。圖2.3s7-200PLC外形圖（1）圖2.4s7-200PLC外形圖（2）西門子s7-200PLC按CPU分類，可分為CPU211、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226等大致六類，還會根據(jù)輸入輸出的直流交流情況進行細分。松山湖隧道現(xiàn)場所使用到的PLC的型號為CPU224，2.4上位機監(jiān)控軟件的選擇在工程中常用到的上位機監(jiān)控軟件是Labview以及組態(tài)王。2.4.1LabVIEW優(yōu)點及缺點LabVIEW的優(yōu)點如下：（1）跨平臺特性LabVIEW支持Windows、MacOSX、Linux等多種計算機操作系統(tǒng)，大大改善了使用者之間的交流、溝通及評估的靈活性。（2）對其它編程語言的支持為了更好地照顧習慣于使用其他高級編程語言的程序員，它還提供了具有其他高級編程語言的開發(fā)工具，以便習慣于其他編程語言的用戶也可以使用該功能。LabVIEW的靈活性。功能測試，準確的測量和分析以及解析能力。（3）開放的開發(fā)平臺LabVIEW或開放軟件開發(fā)平臺提供通用的手機軟件集成特殊工具，運行時庫和格式文件，可以輕松地與第三方設計方案和仿真連接。

（4）對便攜式及嵌入式開發(fā)LabVIEWPDA支持便攜式手持系統(tǒng)軟件PDA（個人數(shù)據(jù)處理器）的開發(fā)，設計和應用，并且LabVIEW的應用可以建立一個自定義的便攜式檢測子系統(tǒng)。LabVIEW硬件開發(fā)模塊支持用于32位系統(tǒng)處理器的圖形界面的開發(fā)和設計。LabVIEWDSP工具包還支持TI的DSP開發(fā)和設計。LabVIEWFPGA模塊還支持FPGA設計方案。RIO系列產(chǎn)品模塊的自定義功能得到了豐富。（5）圖形化的強大的分析、處理能力.LabVIEW提供了功能強大的分析和解決方案VI庫以及許多技術專業(yè)工具包，例如：集成了LabVIEW的高級信號分析工具包，數(shù)字濾波器設計工具包，部署工具包，頻譜分析工具包，聲音振動工具包，階次分析工具包等。獨特的算法設計（波形數(shù)據(jù)信息，聚類，動態(tài)基本數(shù)據(jù)類型等）可以促進對準確測量數(shù)據(jù)的分析和解決，它相對簡單，方便并且具有很高的適用性。（6）編程效率極高LabVIEW圖形化編程應用的與其他組態(tài)軟件相比最大的特點就是編程效率極高。LabVIEW的缺點如下所示：LabVIEW是一種圖形化的計算機語言，它更加直觀并且適合圖形化仿真。Matlab是一種特殊的工具，其中的LabVIEW已回收了仿真控制模塊。使用LabVIEW進行仿真和仿真更加方便直觀，并且其內(nèi)置的程序模塊可以滿足常規(guī)仿真仿真的大多數(shù)要求。典型的應用是工廠的自動控制系統(tǒng)，尤其是在汽車等自動化行業(yè)。LabVIEW主要用于自己研發(fā)的板卡兼容性模式非常好，例如，某些手機代理制造商使用大型檢測方法。它的一部分是基于LabVIEW開發(fā)板的。其次，它在串擾端口等套接字上有很好的應用，但是龐大的程序流驅動程序包令人生畏。另外還不能跨平臺；不同版本兼容性較差。2.4.2組態(tài)王簡介及優(yōu)點組態(tài)王Kingview軟件具有以下優(yōu)點：（1）適應性強，開放性好，易于擴展，經(jīng)濟發(fā)展，開發(fā)設計周期短。（2）通常，這種系統(tǒng)軟件可以分為三個結構分析：控制層，監(jiān)視層和高級管理層。（3）監(jiān)視層連接到下層控制層，上層連接到執(zhí)行人員。它不僅可以完成現(xiàn)場的實時監(jiān)控和操作，而且還可以在全自動控制系統(tǒng)中執(zhí)行自上而下的關鍵功能以及組態(tài)開發(fā)和設計。（4）特別要考慮三個方面的問題：界面，數(shù)據(jù)信息和動畫。（5）根據(jù)對監(jiān)控系統(tǒng)需求和完成功能的分析，選擇了組態(tài)王進行監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設計。（6）組態(tài)王Kingview軟件還為實驗人員提供了數(shù)據(jù)可視化監(jiān)控屏幕，有利于對實驗人員進行現(xiàn)場實時監(jiān)控。（7）它可以靈活地使用Windows的圖形編寫功能輕松組成監(jiān)視屏幕，并使用動畫方法指示控制系統(tǒng)的狀態(tài)。它具有警報對話框，實時開發(fā)趨勢圖等，可以輕松轉換成各種“樣本”形式。（8）具有豐富多樣的機器設備驅動軟件，靈活的配置方法和數(shù)據(jù)信息連接功能。組態(tài)王手機軟件存在以下缺陷：該軟件屬于一個開源項目，功能過于模糊，不能滿足每項工業(yè)生產(chǎn)自動化技術的要求。應用軟件較多，時間較長。一些專業(yè)人員可以掌握其操作的基本原理，并且很有可能會利用程序過程的系統(tǒng)漏洞來攻擊程序過程，因此不能保證安全系數(shù)。如果要正常使用此軟件，在許多情況下，我們必須更改其通信套接字和通信協(xié)議，并且其兼容模式可能無法滿足國家法規(guī)。組態(tài)王軟件是適用范圍是非常廣泛的，它可以用于許多行業(yè)，例如電力系統(tǒng)，給排水系統(tǒng)軟件，石油，化工廠以及其他行業(yè)，例如數(shù)據(jù)收集以及監(jiān)視操作和過程管理。LabVIEW相比較組態(tài)王來說，功能更強大也更豐富，但組態(tài)王勝在簡單易上手，LabVIEW功能顯得冗雜了一些，LabVIEW側重在對采集后的數(shù)據(jù)進行分析，類似于Matlab的功能，但本次設計的主要功能就是需要采集數(shù)據(jù)，只需要直觀地數(shù)據(jù)，不需要過多的對數(shù)字的處理分析，加上組態(tài)王豐富的圖庫元素能幫助我做好對隧道排水現(xiàn)場的模擬工作，以及本次設計中使用的數(shù)據(jù)庫功能，也是組態(tài)王的一個長處，數(shù)據(jù)庫和組態(tài)王可以進行良好的鏈接，并且現(xiàn)有的TBAS-2000鐵路站房機電設備監(jiān)控系統(tǒng)也是一個基于組態(tài)王設計的系統(tǒng)，所以選擇組態(tài)王軟件作為這次畢業(yè)設計的上位機軟件。第三章鐵路隧道排水監(jiān)測系統(tǒng)下位機軟件設計3.1STEP7-Micro/WIN軟件簡介STEP7-Micro/WIN程序開發(fā)軟件是德國西門子公司為S7-200系列可編程序，控制器研制的開發(fā)軟件，具備強大的開發(fā)功能，不僅能用于開發(fā)工控程序，而且可以對程序運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控。在S7-200編程軟件中，開發(fā)者可以根據(jù)控制邏輯來開發(fā)出各種滿足生產(chǎn)需求的應用程序，并下載到CPU中來執(zhí)行相應的功能。此外，S7-200編程軟件具有強大的子程序調用功能，以便開發(fā)者能夠更好的對整體程序結構進行組織，方便測試人員進行設備聯(lián)調。3.2PLC通信口設置在進行PLC編程之前，為了保證PLC和編程電腦的良好通信，需要先進行通信口的設置。編程計算機與PLC的硬件連接通常有兩種方式，一種為PC/PPL電纜連接，連接PC機的串行通信口和CPU通信口；第二種為PC機上安裝CP（通信處理器）卡，通過MPI電纜連接CPU通信口。PC/PPI電纜為最常見的連接方式，PC/PPI電纜連接又分為RS-232/PPI電纜：PG/PC的RS-232C即COM口和CPU通信口；以及USB/PPI電纜：PG/PC的USB口和CPU通信口。本次設計中采用USB/PPI電纜（如圖3.1）。圖3.1USB/PPI電纜連接如何設置通信口：（1）打開STEP7-Micro/WIN（2）更改CPU類型為CPU224（如圖3.2）圖3.2設置CPU類型為CPU224（3）點擊“通信”，設置PG/PC接口。對編程計算機與PLC硬件連接方式和通訊協(xié)議進行設置，選擇PC/PPIcable.PPI.1，即電纜連接采用PPI協(xié)議（如圖4.3），點擊“Properties”進行通信參數(shù)設置，可修改站的地址和傳輸速率等參數(shù)，s7-200的默認通信速率為9.6kbps，接著點擊“LocalConnection”，改為連接到USB，及PLC將連接到編程電腦的USB口上（如圖3.4）。圖3.3選擇PC/PPIcable.PPI.1連接圖3.4設置USB/PPI電纜連接3.3定義下位機軟件的變量變量是在程序執(zhí)行時間可以修改的內(nèi)存區(qū)域。根據(jù)變量是否與地址相關聯(lián)可分為定位變量和非定位變量。定位變量是和PLC中的I/O模塊輸入輸出通道相關聯(lián)的，或者和內(nèi)存應用相關聯(lián)的變量。西門子s7-200PLC存儲器的數(shù)據(jù)類型如下表3.1所示。表3.1西門子s7-200PLC存儲器的數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)格式含義數(shù)據(jù)長度（位）數(shù)據(jù)類型取值范圍BOOL位1布爾數(shù)真1，假0BYTE字節(jié)8無符號整數(shù)0-255INT整數(shù)16有符號整數(shù)-32768-32767WORD字16無符號整數(shù)0-65535DINT雙整數(shù)32有符號整數(shù)-2147483648-2147483647DWORD雙字32無符號整數(shù)0-4294967295REAL實數(shù)32IEEE32位單精度浮點數(shù)-3.402823E+38-1.175495E-381.175495E-38-3.402823E+38ASCII8字符列表ASCII字符STRING字符串8字符串1-254個ASCII字符S7-200系列可編程邏輯控制器具備自帶的地址口，并有良好的外擴功能，用以增加設備的輸入、輸出控制點。在同種類型的設備中，I/O類型和設備在I/O鏈中的位置決定其I/O口地址。擴展模塊和中央處理器的數(shù)字量地址以8位遞增，如果中央處理器在分配I/O口地址時沒有使用盡1個完整字節(jié)，則沒使用完的位一定不能用于I/O鏈中的后續(xù)模塊。在鐵路隧道排水系統(tǒng)中，本文采用224XP系列可編程邏輯控制器，根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的實際需求，可對主控單元外接EM223型擴展模塊。在表3-2中，列舉了鐵路隧道排水設備中的I/O口分配地。表3.2鐵路隧道排水設備中的I/O口分配地址輸入端子端子說明輸出端子端子說明I0.1蓄水池中的液位傳感器Q0.0液位大于等于200時，輸出警報I0.2水壓傳感器水壓大Q1.0液位小于等于50時，輸出警報I0.3水壓傳感器水壓小Q0.1排水閥1開啟Q0.2排水閥2開啟Q0.3排水閥3開啟

第四章鐵路隧道排水監(jiān)測系統(tǒng)上位機軟件設計4.1上位機軟件實現(xiàn)功能（1）實時曲線上位機上的監(jiān)控系統(tǒng)會生成抽排水泵出入口的兩個壓力傳感器和蓄水池水位傳感器的實時曲線，便于觀察水泵的持續(xù)工作情況，單比于單個數(shù)據(jù)的記錄，曲線更有利于對現(xiàn)場情況的準確判斷，也通過監(jiān)控壓強，也對管道的堵塞有更直觀的體現(xiàn)。水位傳感器更能直觀地體現(xiàn)出蓄水池的水位變化，比CCTV監(jiān)控更加利于判斷。（2）數(shù)據(jù)庫功能該系統(tǒng)中，監(jiān)控需要記錄三個排水泵的啟動、斷開時間，數(shù)據(jù)庫的記錄是最好的選擇，可以流水式地記錄水泵每天的工作，方便之后對改天工作情況的查詢。（3）報警功能在上位機監(jiān)控系統(tǒng)中，若兩個壓力傳感器及水位傳感器數(shù)據(jù)異常時，系統(tǒng)做出報警操作，在原有的監(jiān)控系統(tǒng)中，報警裝置只存在于現(xiàn)場，依賴于巡邏人員的發(fā)現(xiàn)，時效性很差，在上位機監(jiān)控系統(tǒng)上加入報警裝置，會提高異常情況的處理效率，及時上報現(xiàn)場工作人員和分管領導。4.2組態(tài)王簡介組態(tài)軟件廣泛用于工業(yè)自動化行業(yè)。關鍵功能是收集和監(jiān)督由工業(yè)化生產(chǎn)設備獲得的數(shù)據(jù)的實際操作。組態(tài)軟件可以完成的功能非常多樣和強大，并且很容易完成自動化技術的監(jiān)督和管理。組態(tài)軟件內(nèi)有豐富的圖庫，工具可以精準詳細地構建出現(xiàn)場的設備狀況圖像編程直觀簡單，和PLC是非常好的搭配軟件，可以簡單輕松地實現(xiàn)基于PLC以及組態(tài)王的鐵路隧道排水在線監(jiān)測裝置的設計。為了適應第三次工業(yè)革命，工業(yè)自動化技術的快速發(fā)展，北京亞控科技發(fā)展有限公司開發(fā)出一款具有適應性強大、擴展功能強大、兼容性強大、經(jīng)濟實惠、易于開發(fā)的一款用于構造應用于工業(yè)自動化控制、采納了北京亞控技術發(fā)展有限公司自主研發(fā)開發(fā)的工業(yè)實時數(shù)據(jù)庫（KingHistorian）的支持、給企業(yè)提供了對實際工業(yè)生產(chǎn)生活中一系列的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)匯總、數(shù)據(jù)分析管理等功能的圖形編程的組態(tài)軟件組態(tài)王Kingview。組態(tài)王kingview6.55內(nèi)有豐富的圖庫元素，例如：儀表、傳感器、反應器、安全標志、開關、指示燈、按鈕、攪拌器、時鐘、框架、泵、游標、電力、電桿、電氣符號、管道、計算機、閥門、面板、馬達等，另外還可以外加圖庫或自定義圖庫，平臺這一功能讓用戶盡可能地在組態(tài)王界面上呈現(xiàn)出現(xiàn)場設備的狀況。另外組態(tài)王的數(shù)據(jù)存儲功能也比較優(yōu)秀，存儲數(shù)據(jù)的速度（達到每秒讀取單個變量兩萬條數(shù)據(jù)）和存儲數(shù)據(jù)（單個服務器支持一百萬條數(shù)據(jù)的存儲，及256個用戶的同時使用）的功能都能較好地滿足用戶的需求，實時查看數(shù)據(jù)及讀取歷史數(shù)據(jù)都能夠實現(xiàn)。組態(tài)王6．55的軟件結構由以下三部分組成：（1）工程管理器（Proj Manager）：工程管理器的作用是為用戶集中管理本機上的多個組態(tài)王工程，工程管理器的功能有：新建工程、刪除工程、對工程重命名、搜索指定路線下的所有組態(tài)王工程、修改工程屬性、工程的備份和恢復、數(shù)據(jù)詞典的導入導切換到組態(tài)王開發(fā)或運行環(huán)境。（2）工程瀏覽器（TouchExplorer）：工程瀏覽器的作用是管理開發(fā)系統(tǒng)，它將圖形圖畫，命令語言，設備驅動程序管理，配方管理，數(shù)據(jù)庫訪問等配置進行集中管理，并在一個窗口中以樹形結構排列，類似于Windows資源管理器的功能。工程瀏覽器內(nèi)嵌畫面開發(fā)系統(tǒng)，在目錄中選畫面后，雙擊右窗口中的新建圖標，則進入畫面開發(fā)系統(tǒng)。（3）畫面開發(fā)和畫面運行系統(tǒng)（Touchmak、Touvew）：在畫面開發(fā)系統(tǒng)中可以利用組態(tài)王的圖庫和畫圖工具箱進行畫面設計。4.3上位機的軟件和具體實現(xiàn)4.3.1定義外部設備所有需要和組態(tài)王進行通訊的硬件設備都稱作外部設備，包括PLC、儀表、模塊、板卡、變頻器等。只有定義了外部設備后，才能和組態(tài)王進行通訊。在本次開發(fā)的鐵路隧道排水監(jiān)控裝置中所需要的只是一個西門子s7-200PLC，在工程瀏覽器中選擇設備-COM1或COM2，有ABB、BECKHOFF、GE（德國倍福）、HollySys、LG、艾默生、奧普圖、大連冰山嘉德、東芝、富士、橫河、華光、基恩士、羅克韋爾、莫迪康、歐姆龍、日立、三菱、松下、臺達、西門子等PLC可供選擇，還可以選擇所需要的通信協(xié)議。在沒有現(xiàn)場設備，只需現(xiàn)場仿真的時候可以選擇亞控-仿真PLC-COM（圖4.1），在有PLC設備進行現(xiàn)場操作的時候，選擇西門子-s7-200系列-自由口（圖4.2）；當設備出現(xiàn)通信故障時，設定恢復策略，嘗試恢復時間間隔30秒，最長恢復時間24小時。外部設備定義完成（圖4.3）。圖4.1亞控-仿真PLC-COM圖4.2西門子-s7-200系列-自由口圖4.3外部設備定義完成3.3.2定義變量一個設備想要與現(xiàn)場進行連接，首先要進行變量的命名，例如管道里的水流、水箱里的液位都被稱為是變量。系統(tǒng)自帶的變量有年、月、日、時、分、秒、訪問權限、雙機熱備狀態(tài)、毫秒、網(wǎng)絡權限。新建變量有的變量類型有內(nèi)存離散、內(nèi)存整型、內(nèi)存實型、內(nèi)存字符串、I/O離散、I/O整數(shù)、I/O實數(shù)、I/O字符串。內(nèi)存類型是只能和組態(tài)王內(nèi)部設備進行通信的變量類型，I/O類型是可以和外部現(xiàn)場設備進行通信的一個變量，是需要現(xiàn)場測量采集的變量；離散變量是指1和0，主要用于表示一些開關量；整型變量是指不包含小數(shù)部分，只取整數(shù)部分的數(shù)值類型；實型變量是指保留小數(shù)部分，只取整數(shù)部分的是指類型；字符串變量是指含有多個字符的數(shù)據(jù)類型，比如密碼、名稱等；之后再進行數(shù)據(jù)變化靈敏度、最小值、最大值得設定。本次設計的鐵路隧道排水設備在線監(jiān)測裝置有27個變量（圖4.4）：圖4.4鐵路隧道排水設備在線監(jiān)測系統(tǒng)所設置變量（1）蓄水池水位：為I/O整型變量，指現(xiàn)場蓄水池中，水位傳感器所測量的水位值，在水位值達到一定時，水閥1自動開啟進行排水。（2）壓力大/?。簽閮?nèi)存離散變量，指壓力傳感器所測量的的壓力值，壓力值大時，“壓力大”為1，“壓力小”為0，水閥1、水閥2和水閥3同時開啟；壓力值小時，“壓力大”為0，“壓力小”為1，只開啟水閥1。（3）水閥1/2/3：為內(nèi)存離散變量，代表三個排水泵的開關，開為“1”，關為“0”。（4）過程/停止：為內(nèi)存整型變量，是便與排水仿真編程所設置的中間量。（5）壓力值：為I/O整型變量，與現(xiàn)場的西門子s7-200PLC相連接，數(shù)值采集至排水管道外的壓力傳感器。（6）進口壓力報警閾值/出口壓力報警閾值：為內(nèi)存整型變量，設定閾值，以此來設定警報，也可以根據(jù)氣候情況，例如暴雨、洪災、枯水季節(jié)，來改變報警閾值，使報警系統(tǒng)更加完善合理。（7）水位超高報警水位：為內(nèi)存（8）水位高報警/排水閥門通斷時間報警：為內(nèi)存離散變量，變量為“1”時，警報響起，變量為“0”時，警報響起。（9）閥1/2/3的開通時間/閥1/2/3的斷開時間：為內(nèi)存字符串變量，是這次設計中較為重要的數(shù)據(jù)信息，通過記錄三個閥門開通、關斷是時間以此來判斷抽排水泵的異常情況。（10）手自動：為內(nèi)存離散變量，可以切換自動仿真，通過蓄水池水位來出發(fā)閥門的開啟；或者是手動開啟閥門。切換至手動模式的時候，可以是特使情況需要手動控制排水閥，也可以是檢測監(jiān)測系統(tǒng)是否正常運行。（11）ConnectionID/DeviceID：為內(nèi)存字符串變量，指access的通訊地址與于用戶名，用于數(shù)據(jù)庫的設定與組態(tài)王的聯(lián)結。（12）數(shù)據(jù)庫日期/數(shù)據(jù)庫時間/數(shù)據(jù)庫動作：為內(nèi)存字符串變量，用于在數(shù)據(jù)庫中的記錄，記錄閥門于何日于何時間做出何動作。（13）數(shù)據(jù)庫串碼：為內(nèi)存整型變量，用于在數(shù)據(jù)庫編程中進行歷史查詢操作。4.3.3上位機軟件界面設計（1）現(xiàn)場模擬界面：在松山湖隧道現(xiàn)有的排水設備里，已有的只有三個排水泵，監(jiān)控室可以監(jiān)控排水泵的開關情況，以及一個蓄水池，采用的是視頻監(jiān)控的方式，現(xiàn)在模擬的現(xiàn)場是改進之后的現(xiàn)場情況，在出入水口分別有一個水壓傳感器，蓄水池中有一個液位傳感器。排水閥開啟的情況有兩種，一種是靠判斷水壓力來開啟，另一種是通過讀取蓄水池中的液位傳感器來開啟。通過壓力傳感器判斷的情況是，壓力小時，只有排水泵1打開（如圖4.5）；壓力大時，排水泵2、排水泵3均開啟，排水泵1、2、3同時開啟進行排水（如圖4.6）。另一種是液位小于等于50時，排水泵1開啟，只有排水泵1打開；液位大于等于200時，排水泵2、排水泵3均開啟，排水泵1、2、3同時開啟進行排水。另外液位小于等于50時，以及液位大于等于200時都會產(chǎn)生警報信號。圖4.5壓力小時，只開啟排水閥1圖4.6壓力大時，排水閥1、2、3同時啟動排水的動畫效果，需要編程來進行處理，編程如下：if(\\本站點\手自動==0){if(\\本站點\壓力值<10){\\本站點\壓力小=1;\\本站點\壓力大=0;}else{\\本站點\壓力大=1;\\本站點\壓力小=0;}if(\\本站點\過程==0){if(\\本站點\蓄水池水位<100){\\本站點\蓄水池水位=\\本站點\蓄水池水位+5;}else{\\本站點\過程=1;}}if(\\本站點\過程==1){if(\\本站點\壓力小==1){\\本站點\水閥1=1;\\本站點\閥1開通時間=\\本站點\$時間;\\本站點\蓄水池水位=\\本站點\蓄水池水位-1;}if(\\本站點\壓力大==1){\\本站點\水閥2=1;\\本站點\水閥3=1;\\本站點\閥2開通時間=\\本站點\$時間;\\本站點\閥3開通時間=\\本站點\$時間;if(\\本站點\蓄水池水位>0){\\本站點\蓄水池水位=\\本站點\蓄水池水位-2;}else{\\本站點\過程=0;\\本站點\閥門1斷開時間=\\本站點\$時間;\\本站點\閥門2斷開時間=\\本站點\$時間;\\本站點\閥門3斷開時間=\\本站點\$時間;\\本站點\水閥1=0;\\本站點\水閥2=0;\\本站點\水閥3=0;}}}}if(\\本站點\水閥1==1){}監(jiān)控數(shù)據(jù)界面：監(jiān)控數(shù)據(jù)界面主要是展示三個傳感器所采集到的數(shù)據(jù)，用曲線圖的形式展示出來，曲線圖會更加直觀地展示出現(xiàn)場的一個整體狀況。曲線圖就是利用了組態(tài)王生成圖表的一個功能，只需要設定好正縱坐標即可。數(shù)據(jù)報警：數(shù)據(jù)報警區(qū)域，主要有三個報警，水位異常報警，和水壓過高報警。

第五章實物測試5.1編寫鐵路隧道排水系統(tǒng)的下位機軟件STEP7-Micro/WIN支持的三種編程方式為LAD（梯形圖）、FBD（功能塊圖）、STL（語句表），示意如圖5.1所示。其中由于LAD（梯形圖）編程方法接近于傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制方法的邏輯電路的設計，所以是PLC最常見的一種編輯方法。圖5.1STEP7-Micro/WIN支持的三種編程方式網(wǎng)絡1：水位傳感器模擬量轉化為數(shù)字量，梯形圖如圖5-2。圖5.2網(wǎng)絡1網(wǎng)絡2：壓力大時傳感器輸出信號M0.1，梯形圖如圖5.3。圖5.3網(wǎng)絡2網(wǎng)絡3：壓力小時傳感器輸出信號M0.2，梯形圖如圖5.4。圖5.4網(wǎng)絡35.2實物連接（1）實物設置八個開關，一個旋鈕開關、三個啟動開關、三個停止開關、一個急停開關，旋鈕開關切換手動啟停排水閥和自動根據(jù)程序進行啟停兩種情況，啟動開關控制排水泵的啟動，停止開關控制排水泵的停止，啟動開關和停止開關僅在手動狀態(tài)下使用，自動狀態(tài)下，排水泵的啟動依靠液位來實現(xiàn)，急停開關用于突發(fā)狀態(tài)下關斷所有排水泵。實物連接圖如圖5-5。圖5-5實物連接圖按照PLC程序，在西門子s7-200PLC上按照對應的的I/O口接上開關和響應燈，I/O口設備連接如圖5-6所示。圖5-6PLC接線圖（3）PLC接通電源。（4）使用PPI-USB數(shù)據(jù)線連接PLC和編程電腦，在編程電腦中打開STEP7-Micro/WIN通信口設置為PC/PPIcable.PPI.1USB連接，再打開組態(tài)王，設置好對應的I/O口的數(shù)據(jù)詞典和響應模