【鐵路隧道排水設(shè)備在線監(jiān)測裝置設(shè)計(jì)14000字（論文）】

第一章緒論1.1隧道排水系統(tǒng)的發(fā)展情況在隧道排水設(shè)備的發(fā)展進(jìn)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(jìn)行定時(shí)巡邏，如遇特殊情況加強(qiáng)巡邏。二十四小時(shí)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(jìn)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(dòng)開啟關(guān)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(shí)處理。繼電器-接觸器排水系統(tǒng)是利用繼電器可以遠(yuǎn)程控制排水設(shè)備的開啟關(guān)閉，但繼電器開啟、關(guān)閉水泵是直接啟動(dòng)電機(jī)的方式，會(huì)產(chǎn)生急速上升的大電流，稍微的不當(dāng)操作，就有可能造成整個(gè)鐵路電網(wǎng)的電流紊亂或者其他機(jī)械設(shè)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(cái)力物力，進(jìn)行一次維修或調(diào)整，是較大規(guī)模的設(shè)備檢修，日常的排水工做無法進(jìn)行。進(jìn)入PLC的時(shí)代后，隧道排水設(shè)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(jìn)行準(zhǔn)確的現(xiàn)場分析，并且遇到異常情況，分散的監(jiān)控設(shè)備不能第一時(shí)間準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)并做出反應(yīng)。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(jì)算機(jī)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(yùn)營，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道排水系統(tǒng)中的水泵、傳感器等設(shè)備工作的狀態(tài)和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的監(jiān)視與控制。1.2國內(nèi)外各種設(shè)備及控制網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)外電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)日本三菱汽車公司于1990年初提出了以預(yù)防為主的電梯維護(hù)管理理念，并在此基礎(chǔ)上不斷發(fā)展完善，美國、德國等國家相繼開展了電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究，并取得了豐碩成果。（1）日本三菱電梯遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)在90年代日本三菱電機(jī)大樓技術(shù)服務(wù)公司就研發(fā)了電梯遠(yuǎn)程監(jiān)視技術(shù)，通過多年的努力，將具有遠(yuǎn)程監(jiān)視功能的電梯數(shù)量擴(kuò)展到十萬臺(tái)，同時(shí)通過該技術(shù)獲得了許多現(xiàn)場信息資料，為公司的今后發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。（2）日立電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)早在上世紀(jì)九十年代，日本三菱電機(jī)大樓技術(shù)服務(wù)公司早已領(lǐng)先大部分國家、科技公司研發(fā)出電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，經(jīng)過幾年的努力，使具備遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的電梯數(shù)量達(dá)到10萬臺(tái)，并通過該技術(shù)獲取大量的現(xiàn)場信息數(shù)據(jù)資料，為公司未來的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)主要包括監(jiān)視和監(jiān)控兩大部分。但由于在國內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展良莠不齊，相對(duì)落后，因此目前國內(nèi)的電梯監(jiān)控系統(tǒng)大多在遠(yuǎn)程“監(jiān)視”階段逗留不前，當(dāng)前技術(shù)完全難以支撐遠(yuǎn)程“監(jiān)視”。（3）上海三菱電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)1)上海三菱公司引進(jìn)的日本三菱遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)2000年初，上海三菱公司與日本三菱公司簽訂了相關(guān)技術(shù)學(xué)習(xí)的協(xié)議——《關(guān)于轉(zhuǎn)讓電梯遠(yuǎn)程監(jiān)視技術(shù)》，通過向日本三菱方引入技術(shù)并學(xué)習(xí)，且在全國范圍內(nèi)設(shè)定了三個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，為的就是向中國用戶提供遠(yuǎn)程監(jiān)控電梯的技術(shù)和功能。但該技術(shù)本身也存在無法忽視的短處，即遠(yuǎn)程通信采用電話線傳輸，由于容量有限，很難監(jiān)測到大量的電梯群，僅限于在商場、寫字樓、酒店等場所使用。此外，該系統(tǒng)的配套產(chǎn)品主要為日本三菱，對(duì)于上海三菱來說，該系統(tǒng)兼容性太差，與自己的產(chǎn)品設(shè)備很難匹配，兼容性不強(qiáng)的短板成為了公司自主發(fā)展的絆腳石。2)上海三菱自主研發(fā)的電梯監(jiān)視系統(tǒng)自2000年以來，上海三菱公司憑借自身優(yōu)勢，成功地自主研發(fā)

HOPE系列產(chǎn)品，新開發(fā)的電梯產(chǎn)品憑借價(jià)格優(yōu)勢迅速占領(lǐng)了"住宅''市場，隨著我國住宅小區(qū)的不斷升級(jí)，物業(yè)對(duì)電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控提出了更高的要求，因此，2002年，上海三菱電梯有限公司研制開發(fā)了

SMOS電梯監(jiān)控系統(tǒng)。（2）阿爾法公司的電梯遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)位于泉州市的Alpha公司于2005年為其新產(chǎn)品開發(fā)了“電梯實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)軟件”。它可以一天24小時(shí)完成每部電梯的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)；為每部電梯創(chuàng)建實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫查詢：進(jìn)行等級(jí)分類檢查；它可以自動(dòng)區(qū)分常見的電梯故障類型。1.2.2國內(nèi)外的泵房自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（1）泵站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)國外發(fā)展現(xiàn)狀國外在泵站自動(dòng)化水平上的科學(xué)研究和實(shí)踐活動(dòng)逐漸較早，國外泵站的自動(dòng)化水平和水平也高于中國。美國，日本，西班牙和其他大多數(shù)國家已經(jīng)完成了自動(dòng)化和無人泵站。以美國，日本和西班牙為例：1)美國泵站自動(dòng)化加利福尼亞的調(diào)水工程是一個(gè)調(diào)水工程。輸水方法超過千米，并且每個(gè)區(qū)域的輸水能力都不同。在美國加利福尼亞的輸水工程中，建立了22個(gè)泵站，在這些泵站中已完成了自動(dòng)控制系統(tǒng)，根據(jù)安裝的計(jì)算機(jī)，通訊設(shè)備和電子產(chǎn)品，完成了排水設(shè)備的自動(dòng)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)軟件具有遠(yuǎn)程操作功能。薩克拉曼多設(shè)置的主要監(jiān)控中心和其他子監(jiān)控中心可以完成22個(gè)泵站，200個(gè)水閘及其他輔助機(jī)械設(shè)備的檢查、調(diào)度、生產(chǎn)調(diào)度和管理方法等等。2)日本泵站自動(dòng)化以新川黑里排水管道站為例。該站有7個(gè)混流泵?，F(xiàn)場內(nèi)部的泵和其他機(jī)械設(shè)備由中間控制室進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。日本的水泵站廣泛使用性能優(yōu)異的計(jì)算機(jī)軟件。根據(jù)中控室中的電子計(jì)算機(jī)以及各種監(jiān)測遙感技術(shù)和設(shè)備，對(duì)泵站，管道，機(jī)械設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測。大多數(shù)系統(tǒng)軟件都采用標(biāo)準(zhǔn)化的管理和監(jiān)視方法。在中間控制室和每個(gè)子站之間使用通信網(wǎng)絡(luò)，并且在輔助控制室中設(shè)置一個(gè)顯示屏，以監(jiān)視每個(gè)子站和泵站的工作狀況，生產(chǎn)計(jì)劃和管理。該方法非常方便。（2）泵站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀從目前的情況看，我國大多數(shù)污水處理廠的排水系統(tǒng)仍采用傳統(tǒng)的人工操作方式進(jìn)行排水管道的施工。離心水泵的運(yùn)行完全取決于操作人員的工作經(jīng)驗(yàn)和操作技術(shù)規(guī)范。人工排水系統(tǒng)效率高，勞動(dòng)效率低，對(duì)員工素質(zhì)要求嚴(yán)格，穩(wěn)定性差。如果發(fā)生緊急情況，一旦員工的操作或管理決策出現(xiàn)錯(cuò)誤，將產(chǎn)生不可預(yù)測的不利影響。1997年，遼寧省工程設(shè)計(jì)大學(xué)的付華教授強(qiáng)調(diào)，煤礦排水管道復(fù)雜，各個(gè)階段相互聯(lián)系。在傳統(tǒng)運(yùn)行方式上，控制器的設(shè)計(jì)對(duì)策更適合礦井排水系統(tǒng)的應(yīng)用，該套礦井排水管道自動(dòng)化技術(shù)的分布式系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)可以完成情況檢測和常見故障報(bào)警。近年來，中國的污水處理廠已經(jīng)在自動(dòng)化技術(shù)的建設(shè)和升級(jí)中廣泛使用了電子計(jì)算機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。2005年，孫棟等人對(duì)煤礦自動(dòng)化技術(shù)監(jiān)控系統(tǒng)軟件的遠(yuǎn)程監(jiān)控進(jìn)行了科學(xué)研究，可以實(shí)現(xiàn)無人駕駛的總體目標(biāo)。2011年，董自良等人設(shè)計(jì)開發(fā)了“485儲(chǔ)水泵管理控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件”。系統(tǒng)軟件采用了SCADA結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以確保對(duì)泵的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控?，F(xiàn)階段中國鐵路隧道排水監(jiān)控設(shè)備較完整，但大多數(shù)都還沒有做到完全自動(dòng)化的階段，一是建造運(yùn)營成本過高，二是在建設(shè)階段，自動(dòng)控制技術(shù)還不夠完善，現(xiàn)場設(shè)備也沒有預(yù)留改進(jìn)的空間。上述介紹了各行各業(yè)：城市隧道排水監(jiān)控系統(tǒng)、公路隧道排水監(jiān)控系統(tǒng)、電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、泵房在線自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)等等監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀及其發(fā)展歷史，在工業(yè)的生產(chǎn)生活過程中，對(duì)現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)，從高度依賴工人的巡邏檢查，到慢慢的只需要工作人員在監(jiān)控室中進(jìn)行監(jiān)控并定時(shí)到現(xiàn)場巡邏檢查，再到如今往全自動(dòng)化監(jiān)控，現(xiàn)場設(shè)備故障了可以由報(bào)警，監(jiān)控室采集到的數(shù)據(jù)異常了也會(huì)有報(bào)警的監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展，這種完全不依賴人工的監(jiān)控系統(tǒng)還有很遠(yuǎn)的路需要走，就像無人駕駛汽車一樣，無人自動(dòng)駕駛只是作為一個(gè)有一些不切實(shí)際的目標(biāo)，但科技技術(shù)任要盡可能地往那一個(gè)方向發(fā)展前進(jìn)，畢竟計(jì)算機(jī)的精度遠(yuǎn)高于人工且計(jì)算機(jī)也不會(huì)疲憊出現(xiàn)主觀失誤，全自動(dòng)化不依賴人工的監(jiān)控系統(tǒng)是我們發(fā)展的方向。本次設(shè)計(jì)也會(huì)在能力范圍之內(nèi)，盡量達(dá)到比較高的自動(dòng)化水平，并且上述模型對(duì)本次設(shè)計(jì)鐵路隧道排水設(shè)備在線監(jiān)控裝置設(shè)計(jì)有很強(qiáng)的借鑒意義。1.3課題的來源及主要研究內(nèi)容本次的課題來源是莞惠城際鐵路，通過查閱莞惠城際鐵路施工，查看了松山湖隧道及其排水泵房、現(xiàn)場可編程控制器的控制箱，及其莞惠城際西湖東監(jiān)控室，了解了了現(xiàn)場情況以及目前亟待解決的問題，給論文提供了設(shè)計(jì)的思路。1.3.1松山湖隧道泵房隧道積水中鈣離子析出堵塞管道問題時(shí)有發(fā)生，發(fā)生故障時(shí)，如果不及時(shí)處理的話，會(huì)造成嚴(yán)重后果?，F(xiàn)有的監(jiān)控設(shè)備雖然可以較為準(zhǔn)確地反應(yīng)現(xiàn)場的情況，但是依賴于人工的判斷和監(jiān)控，容易因?yàn)檎{(diào)度人員的監(jiān)控疏忽或者是上報(bào)故障不及時(shí)，造成嚴(yán)重后果。現(xiàn)行松山湖隧道泵房有3個(gè)水泵工作（圖1-1），采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，使用西門子S7-200可編程邏輯控制器（圖1-2）。圖1-1松山湖隧道泵房圖1-2莞惠城際鐵路現(xiàn)場所用PLC及其控制電路1.3.2莞惠城際西湖東監(jiān)控室監(jiān)控室采用的是TBAS-2000鐵路站房機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)。TBAS-2000高速鐵路機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是四為電子針對(duì)國內(nèi)鐵路、高速鐵路、城際鐵路、軌道交通等的實(shí)際情況推出的具有世界領(lǐng)先水平的機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)涵蓋小金口水泵、云山水泵、西湖東水泵、龍豐水泵，主要監(jiān)控的是水泵的運(yùn)行狀態(tài)，包含故障指示、水位報(bào)警、低水位停泵信號(hào)、起泵水位信號(hào)。監(jiān)控人員24小時(shí)兩班倒制，一個(gè)班需同時(shí)有兩位工作人員同時(shí)在崗進(jìn)行人工記錄水泵的啟動(dòng)、停止時(shí)間，并計(jì)算水泵抽水的工作時(shí)間，用水泵停起間隔時(shí)間再判斷排水泵的異常與否，如果發(fā)現(xiàn)異常將電話通知相關(guān)的管理人員進(jìn)行現(xiàn)場排查處理。視頻監(jiān)控系統(tǒng)使用的是SmartPss，這是一款用于管理小批量的安全防護(hù)監(jiān)控設(shè)備的管理軟件。視頻監(jiān)控包括水泵控制箱、泵房水位、泵房全局、線路上下行，共計(jì)60余個(gè)，監(jiān)控系統(tǒng)一版面只可顯示16個(gè)畫面，須不斷翻頁監(jiān)控不同需要，工作人員工作易疲勞，人工判斷容易出現(xiàn)偏差，有一定安全隱患存在。1.4莞惠隧道排水設(shè)備在線監(jiān)測裝置設(shè)計(jì)意義及目的現(xiàn)階段松山湖隧道的排水系統(tǒng)及監(jiān)控措施較為完善，但根本的隧道堵塞問題是現(xiàn)階段難以攻克的，目前的處理方法比較簡單粗暴，等管道完全堵塞后，更換管道；較常用的處理方法是利用化學(xué)試劑進(jìn)行處理，隧道堵塞結(jié)晶大多是碳酸鈣，進(jìn)行中和處理后，生成的氫氧化鈣難以收集處理,極易繼續(xù)形成結(jié)晶堵塞管道，并且介于抽排水泵中的廢水將直接排放，但弱酸性的污水需要進(jìn)過處理才能進(jìn)行排放，溶解抽排水管道里的結(jié)晶這一處理方法效率低成本高。另外的處理方法有：在保證安全合理的情況下，加大隧道的排水的斷面直徑，延長抽排水管道的使用壽命；采用內(nèi)壁光滑且摩擦系數(shù)小的管道，是結(jié)晶不易沉淀在管道內(nèi)壁上，可以順著水流直接排除管道外；使用一些阻垢劑溶液，例如ATMP、HEDP，在抽排水管道投入使用前，用該溶液對(duì)管道進(jìn)行浸泡處理，增加抽排水管道的阻垢效應(yīng)和潤滑效應(yīng)，減輕結(jié)晶沉淀附著在管壁上；管道結(jié)構(gòu)上也可以進(jìn)行一定的改進(jìn)處理，加大排水管的坡度以及優(yōu)化三通連接設(shè)計(jì)，減少流水動(dòng)能的損耗，加快流水的速度，從而達(dá)到目的。以上這些方法只能在管道鋪設(shè)初期進(jìn)行操作，不是適應(yīng)于松山湖隧道目前的情況，但在建設(shè)新線路時(shí)，鐵路部門前期應(yīng)充分考慮該問題，選擇合理的方案，減輕后續(xù)工作的困難。目前對(duì)于松山湖隧道的處理方案，只能采取未雨綢繆，及時(shí)止損的方案，加強(qiáng)隧道排水設(shè)備在線監(jiān)測裝置設(shè)計(jì)的自動(dòng)化，不過多依賴人工的監(jiān)測、報(bào)警，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，讓現(xiàn)場的異常情況可以得到及時(shí)的處理，降低事故的發(fā)生率，也建立隧道抽排水設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫，實(shí)時(shí)生成圖像，避免人工的疏忽，也讓相關(guān)工作人員可以盡早地發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的異常，提前進(jìn)行設(shè)備檢查，防患于未然，避免嚴(yán)重事故的發(fā)生，影響運(yùn)行，造成嚴(yán)重后果。

第二章設(shè)計(jì)方案研究2.1總體方案設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)更好的監(jiān)控效果，現(xiàn)場裝置在原有的只有三個(gè)抽排水泵的，為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)控報(bào)警的自動(dòng)化，在現(xiàn)場增加三個(gè)傳感器，兩個(gè)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(zhǔn)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(duì)于堵塞情況的綜合判斷，上位機(jī)生成壓力傳感器的壓強(qiáng)曲線圖，也可以是監(jiān)控更加準(zhǔn)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(jìn)行判斷，視頻監(jiān)控?cái)?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(shí)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(shí)間做出反應(yīng)，上報(bào)分管領(lǐng)導(dǎo)及現(xiàn)場人員，蓄水池水位傳感器可以很好解決這個(gè)問題，出現(xiàn)問題及時(shí)處理。除了三個(gè)曲線以外，還需要建立關(guān)于三個(gè)排水泵停起時(shí)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(dòng)、停止時(shí)間，并進(jìn)行計(jì)算，從而判斷管道有無異常。工作采用的24小時(shí)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?yàn)槠v，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(dòng)、斷開時(shí)間監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)表，可以有效避免人工的實(shí)物，往嚴(yán)重來說，發(fā)生事故后，數(shù)據(jù)庫也是一個(gè)追究責(zé)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)異常可以準(zhǔn)確保修現(xiàn)場工人及上報(bào)分管領(lǐng)導(dǎo)。2.2實(shí)現(xiàn)功能（1）實(shí)時(shí)曲線上位機(jī)上的監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)生成抽排水泵出入口的兩個(gè)壓力傳感器和蓄水池水位傳感器的實(shí)時(shí)曲線，便于觀察水泵的持續(xù)工作情況，單比于單個(gè)數(shù)據(jù)的記錄，曲線更有利于對(duì)現(xiàn)場情況的準(zhǔn)確判斷，也通過監(jiān)控壓強(qiáng)，也對(duì)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(gè)排水泵的啟動(dòng)、斷開時(shí)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(duì)改天工作情況的查詢。（3）報(bào)警功能在上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，若兩個(gè)壓力傳感器及水位傳感器數(shù)據(jù)異常時(shí)，系統(tǒng)做出報(bào)警操作，在原有的監(jiān)控系統(tǒng)中，報(bào)警裝置只存在于現(xiàn)場，依賴于巡邏人員的發(fā)現(xiàn)，時(shí)效性很差，在上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上加入報(bào)警裝置，會(huì)提高異常情況的處理效率，及時(shí)上報(bào)現(xiàn)場工作人員和分管領(lǐng)導(dǎo)。2.3PLC的應(yīng)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(duì)PLC進(jìn)行了以下定義：它是一種電子控制系統(tǒng)設(shè)備，它使用微控制器作為實(shí)際操作的關(guān)鍵數(shù)字操作，并且設(shè)計(jì)用于當(dāng)場工業(yè)生產(chǎn)。和設(shè)計(jì)方案。PLC使用可編程控制器的存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器可以執(zhí)行諸如啟動(dòng)和停止或運(yùn)算，算術(shù)運(yùn)算及其接通時(shí)間，計(jì)數(shù)等的實(shí)際操作，并進(jìn)行存儲(chǔ)，并根據(jù)輸入和輸出端口來操作各種類型的工業(yè)設(shè)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(shè)備都應(yīng)該具備與工業(yè)控制系統(tǒng)系統(tǒng)融合容易以及易擴(kuò)展其他功能的優(yōu)點(diǎn)。PLC具有豐富多樣的功能特征，且強(qiáng)大，主要包括信號(hào)采集、輸出控制、邏輯控制、遠(yuǎn)程I/O、、人機(jī)界面、通信聯(lián)網(wǎng)和故障自診斷等功能。PLC因?yàn)槠渚哂泻芏嗥渌b置所不能替代的獨(dú)特功能，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，PLC的可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性以及經(jīng)濟(jì)性都是PLC被廣泛應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。PLC的主要優(yōu)點(diǎn)如下：（1）可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)（2）編程簡單、設(shè)計(jì)方便、調(diào)試周期短（3）模塊化結(jié)構(gòu)、通用性強(qiáng)（4）安裝容易、維護(hù)簡單（5）體積小、重量輕、功耗低PLC主要由CPU、存儲(chǔ)器、輸入接口電路、輸出接口電路和電源等組成，PLC的基本結(jié)構(gòu)框圖如2.1。圖2.1PLC的基本結(jié)構(gòu)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(kuò)展單元、特殊功能模塊、相關(guān)設(shè)備以及相關(guān)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(huì)根據(jù)輸入輸出的直流交流情況進(jìn)行細(xì)分。松山湖隧道現(xiàn)場所使用到的PLC的型號(hào)為CPU224，2.4上位機(jī)監(jiān)控軟件的選擇在工程中常用到的上位機(jī)監(jiān)控軟件是Labview以及組態(tài)王。2.4.1LabVIEW優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)LabVIEW的優(yōu)點(diǎn)如下：（1）跨平臺(tái)特性LabVIEW支持Windows、MacOSX、Linux等多種計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，大大改善了使用者之間的交流、溝通及評(píng)估的靈活性。（2）對(duì)其它編程語言的支持為了更好地照顧習(xí)慣于使用其他高級(jí)編程語言的程序員，它還提供了具有其他高級(jí)編程語言的開發(fā)工具，以便習(xí)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(zhǔn)確的測量和分析以及解析能力。（3）開放的開發(fā)平臺(tái)LabVIEW或開放軟件開發(fā)平臺(tái)提供通用的手機(jī)軟件集成特殊工具，運(yùn)行時(shí)庫和格式文件，可以輕松地與第三方設(shè)計(jì)方案和仿真連接。

（4）對(duì)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(gè)人數(shù)據(jù)處理器）的開發(fā)，設(shè)計(jì)和應(yīng)用，并且LabVIEW的應(yīng)用可以建立一個(gè)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(shè)計(jì)。LabVIEWDSP工具包還支持TI的DSP開發(fā)和設(shè)計(jì)。LabVIEWFPGA模塊還支持FPGA設(shè)計(jì)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(qiáng)大的分析、處理能力.LabVIEW提供了功能強(qiáng)大的分析和解決方案VI庫以及許多技術(shù)專業(yè)工具包，例如：集成了LabVIEW的高級(jí)信號(hào)分析工具包，數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)工具包，部署工具包，頻譜分析工具包，聲音振動(dòng)工具包，階次分析工具包等。獨(dú)特的算法設(shè)計(jì)（波形數(shù)據(jù)信息，聚類，動(dòng)態(tài)基本數(shù)據(jù)類型等）可以促進(jìn)對(duì)準(zhǔn)確測量數(shù)據(jù)的分析和解決，它相對(duì)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(yīng)用的與其他組態(tài)軟件相比最大的特點(diǎn)就是編程效率極高。LabVIEW的缺點(diǎn)如下所示：LabVIEW是一種圖形化的計(jì)算機(jī)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(jìn)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(yīng)用是工廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)，尤其是在汽車等自動(dòng)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(jī)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?dāng)_端口等套接字上有很好的應(yīng)用，但是龐大的程序流驅(qū)動(dòng)程序包令人生畏。另外還不能跨平臺(tái)；不同版本兼容性較差。2.4.2組態(tài)王簡介及優(yōu)點(diǎn)組態(tài)王Kingview軟件具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）適應(yīng)性強(qiáng)，開放性好，易于擴(kuò)展，經(jīng)濟(jì)發(fā)展，開發(fā)設(shè)計(jì)周期短。（2）通常，這種系統(tǒng)軟件可以分為三個(gè)結(jié)構(gòu)分析：控制層，監(jiān)視層和高級(jí)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(shí)時(shí)監(jiān)控和操作，而且還可以在全自動(dòng)控制系統(tǒng)中執(zhí)行自上而下的關(guān)鍵功能以及組態(tài)開發(fā)和設(shè)計(jì)。（4）特別要考慮三個(gè)方面的問題：界面，數(shù)據(jù)信息和動(dòng)畫。（5）根據(jù)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)需求和完成功能的分析，選擇了組態(tài)王進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。（6）組態(tài)王Kingview軟件還為實(shí)驗(yàn)人員提供了數(shù)據(jù)可視化監(jiān)控屏幕，有利于對(duì)實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)時(shí)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(dòng)畫方法指示控制系統(tǒng)的狀態(tài)。它具有警報(bào)對(duì)話框，實(shí)時(shí)開發(fā)趨勢圖等，可以輕松轉(zhuǎn)換成各種“樣本”形式。（8）具有豐富多樣的機(jī)器設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(jī)軟件存在以下缺陷：該軟件屬于一個(gè)開源項(xiàng)目，功能過于模糊，不能滿足每項(xiàng)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)的要求。應(yīng)用軟件較多，時(shí)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(huì)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(qiáng)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(cè)重在對(duì)采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，類似于Matlab的功能，但本次設(shè)計(jì)的主要功能就是需要采集數(shù)據(jù)，只需要直觀地?cái)?shù)據(jù)，不需要過多的對(duì)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(duì)隧道排水現(xiàn)場的模擬工作，以及本次設(shè)計(jì)中使用的數(shù)據(jù)庫功能，也是組態(tài)王的一個(gè)長處，數(shù)據(jù)庫和組態(tài)王可以進(jìn)行良好的鏈接，并且現(xiàn)有的TBAS-2000鐵路站房機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)也是一個(gè)基于組態(tài)王設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，所以選擇組態(tài)王軟件作為這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的上位機(jī)軟件。第三章鐵路隧道排水監(jiān)測系統(tǒng)下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)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(qiáng)大的開發(fā)功能，不僅能用于開發(fā)工控程序，而且可以對(duì)程序運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)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(yīng)用程序，并下載到CPU中來執(zhí)行相應(yīng)的功能。此外，S7-200編程軟件具有強(qiáng)大的子程序調(diào)用功能，以便開發(fā)者能夠更好的對(duì)整體程序結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織，方便測試人員進(jìn)行設(shè)備聯(lián)調(diào)。3.2PLC通信口設(shè)置在進(jìn)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(jìn)行通信口的設(shè)置。編程計(jì)算機(jī)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(jī)的串行通信口和CPU通信口；第二種為PC機(jī)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(shè)計(jì)中采用USB/PPI電纜（如圖3.1）。圖3.1USB/PPI電纜連接如何設(shè)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(shè)置CPU類型為CPU224（3）點(diǎn)擊“通信”，設(shè)置PG/PC接口。對(duì)編程計(jì)算機(jī)與PLC硬件連接方式和通訊協(xié)議進(jìn)行設(shè)置，選擇PC/PPIcable.PPI.1，即電纜連接采用PPI協(xié)議（如圖4.3），點(diǎn)擊“Properties”進(jìn)行通信參數(shù)設(shè)置，可修改站的地址和傳輸速率等參數(shù)，s7-200的默認(rèn)通信速率為9.6kbps，接著點(diǎn)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(shè)置USB/PPI電纜連接3.3定義下位機(jī)軟件的變量變量是在程序執(zhí)行時(shí)間可以修改的內(nèi)存區(qū)域。根據(jù)變量是否與地址相關(guān)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(guān)聯(lián)的，或者和內(nèi)存應(yīng)用相關(guān)聯(lián)的變量。西門子s7-200PLC存儲(chǔ)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(chǔ)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(hào)整數(shù)0-255INT整數(shù)16有符號(hào)整數(shù)-32768-32767WORD字16無符號(hào)整數(shù)0-65535DINT雙整數(shù)32有符號(hào)整數(shù)-2147483648-2147483647DWORD雙字32無符號(hào)整數(shù)0-4294967295REAL實(shí)數(shù)32IEEE32位單精度浮點(diǎn)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(gè)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(kuò)功能，用以增加設(shè)備的輸入、輸出控制點(diǎn)。在同種類型的設(shè)備中，I/O類型和設(shè)備在I/O鏈中的位置決定其I/O口地址。擴(kuò)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(shí)沒有使用盡1個(gè)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(shí)際需求，可對(duì)主控單元外接EM223型擴(kuò)展模塊。在表3-2中，列舉了鐵路隧道排水設(shè)備中的I/O口分配地。表3.2鐵路隧道排水設(shè)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(shí)，輸出警報(bào)I0.2水壓傳感器水壓大Q1.0液位小于等于50時(shí)，輸出警報(bào)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(jī)軟件設(shè)計(jì)4.1上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)功能（1）實(shí)時(shí)曲線上位機(jī)上的監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)生成抽排水泵出入口的兩個(gè)壓力傳感器和蓄水池水位傳感器的實(shí)時(shí)曲線，便于觀察水泵的持續(xù)工作情況，單比于單個(gè)數(shù)據(jù)的記錄，曲線更有利于對(duì)現(xiàn)場情況的準(zhǔn)確判斷，也通過監(jiān)控壓強(qiáng)，也對(duì)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(gè)排水泵的啟動(dòng)、斷開時(shí)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(duì)改天工作情況的查詢。（3）報(bào)警功能在上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，若兩個(gè)壓力傳感器及水位傳感器數(shù)據(jù)異常時(shí)，系統(tǒng)做出報(bào)警操作，在原有的監(jiān)控系統(tǒng)中，報(bào)警裝置只存在于現(xiàn)場，依賴于巡邏人員的發(fā)現(xiàn)，時(shí)效性很差，在上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上加入報(bào)警裝置，會(huì)提高異常情況的處理效率，及時(shí)上報(bào)現(xiàn)場工作人員和分管領(lǐng)導(dǎo)。4.2組態(tài)王簡介組態(tài)軟件廣泛用于工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)。關(guān)鍵功能是收集和監(jiān)督由工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備獲得的數(shù)據(jù)的實(shí)際操作。組態(tài)軟件可以完成的功能非常多樣和強(qiáng)大，并且很容易完成自動(dòng)化技術(shù)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(zhǔn)詳細(xì)地構(gòu)建出現(xiàn)場的設(shè)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(shí)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(shè)計(jì)。為了適應(yīng)第三次工業(yè)革命，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)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(yīng)性強(qiáng)大、擴(kuò)展功能強(qiáng)大、兼容性強(qiáng)大、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、易于開發(fā)的一款用于構(gòu)造應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制、采納了北京亞控技術(shù)發(fā)展有限公司自主研發(fā)開發(fā)的工業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫（KingHistorian）的支持、給企業(yè)提供了對(duì)實(shí)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(yīng)器、安全標(biāo)志、開關(guān)、指示燈、按鈕、攪拌器、時(shí)鐘、框架、泵、游標(biāo)、電力、電桿、電氣符號(hào)、管道、計(jì)算機(jī)、閥門、面板、馬達(dá)等，另外還可以外加圖庫或自定義圖庫，平臺(tái)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(shè)備的狀況。另外組態(tài)王的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能也比較優(yōu)秀，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的速度（達(dá)到每秒讀取單個(gè)變量兩萬條數(shù)據(jù)）和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)（單個(gè)服務(wù)器支持一百萬條數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，及256個(gè)用戶的同時(shí)使用）的功能都能較好地滿足用戶的需求，實(shí)時(shí)查看數(shù)據(jù)及讀取歷史數(shù)據(jù)都能夠?qū)崿F(xiàn)。組態(tài)王6．55的軟件結(jié)構(gòu)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(jī)上的多個(gè)組態(tài)王工程，工程管理器的功能有：新建工程、刪除工程、對(duì)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(fù)、數(shù)據(jù)詞典的導(dǎo)入導(dǎo)切換到組態(tài)王開發(fā)或運(yùn)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(shè)備驅(qū)動(dòng)程序管理，配方管理，數(shù)據(jù)庫訪問等配置進(jìn)行集中管理，并在一個(gè)窗口中以樹形結(jié)構(gòu)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(biāo)，則進(jìn)入畫面開發(fā)系統(tǒng)。（3）畫面開發(fā)和畫面運(yùn)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(jìn)行畫面設(shè)計(jì)。4.3上位機(jī)的軟件和具體實(shí)現(xiàn)4.3.1定義外部設(shè)備所有需要和組態(tài)王進(jìn)行通訊的硬件設(shè)備都稱作外部設(shè)備，包括PLC、儀表、模塊、板卡、變頻器等。只有定義了外部設(shè)備后，才能和組態(tài)王進(jìn)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(gè)西門子s7-200PLC，在工程瀏覽器中選擇設(shè)備-COM1或COM2，有ABB、BECKHOFF、GE（德國倍福）、HollySys、LG、艾默生、奧普?qǐng)D、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(tái)達(dá)、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(shè)備，只需現(xiàn)場仿真的時(shí)候可以選擇亞控-仿真PLC-COM（圖4.1），在有PLC設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場操作的時(shí)候，選擇西門子-s7-200系列-自由口（圖4.2）；當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)通信故障時(shí)，設(shè)定恢復(fù)策略，嘗試恢復(fù)時(shí)間間隔30秒，最長恢復(fù)時(shí)間24小時(shí)。外部設(shè)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(shè)備定義完成3.3.2定義變量一個(gè)設(shè)備想要與現(xiàn)場進(jìn)行連接，首先要進(jìn)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(shí)、分、秒、訪問權(quán)限、雙機(jī)熱備狀態(tài)、毫秒、網(wǎng)絡(luò)權(quán)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(shí)型、內(nèi)存字符串、I/O離散、I/O整數(shù)、I/O實(shí)數(shù)、I/O字符串。內(nèi)存類型是只能和組態(tài)王內(nèi)部設(shè)備進(jìn)行通信的變量類型，I/O類型是可以和外部現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行通信的一個(gè)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(guān)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(shí)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(gè)字符的數(shù)據(jù)類型，比如密碼、名稱等；之后再進(jìn)行數(shù)據(jù)變化靈敏度、最小值、最大值得設(shè)定。本次設(shè)計(jì)的鐵路隧道排水設(shè)備在線監(jiān)測裝置有27個(gè)變量（圖4.4）：圖4.4鐵路隧道排水設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)所設(shè)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(dá)到一定時(shí)，水閥1自動(dòng)開啟進(jìn)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(shí)，“壓力大”為1，“壓力小”為0，水閥1、水閥2和水閥3同時(shí)開啟；壓力值小時(shí)，“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(gè)排水泵的開關(guān)，開為“1”，關(guān)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(shè)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(jìn)口壓力報(bào)警閾值/出口壓力報(bào)警閾值：為內(nèi)存整型變量，設(shè)定閾值，以此來設(shè)定警報(bào)，也可以根據(jù)氣候情況，例如暴雨、洪災(zāi)、枯水季節(jié)，來改變報(bào)警閾值，使報(bào)警系統(tǒng)更加完善合理。（7）水位超高報(bào)警水位：為內(nèi)存（8）水位高報(bào)警/排水閥門通斷時(shí)間報(bào)警：為內(nèi)存離散變量，變量為“1”時(shí)，警報(bào)響起，變量為“0”時(shí)，警報(bào)響起。（9）閥1/2/3的開通時(shí)間/閥1/2/3的斷開時(shí)間：為內(nèi)存字符串變量，是這次設(shè)計(jì)中較為重要的數(shù)據(jù)信息，通過記錄三個(gè)閥門開通、關(guān)斷是時(shí)間以此來判斷抽排水泵的異常情況。（10）手自動(dòng)：為內(nèi)存離散變量，可以切換自動(dòng)仿真，通過蓄水池水位來出發(fā)閥門的開啟；或者是手動(dòng)開啟閥門。切換至手動(dòng)模式的時(shí)候，可以是特使情況需要手動(dòng)控制排水閥，也可以是檢測監(jiān)測系統(tǒng)是否正常運(yùn)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(shè)定與組態(tài)王的聯(lián)結(jié)。（12）數(shù)據(jù)庫日期/數(shù)據(jù)庫時(shí)間/數(shù)據(jù)庫動(dòng)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(shí)間做出何動(dòng)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(jìn)行歷史查詢操作。4.3.3上位機(jī)軟件界面設(shè)計(jì)（1）現(xiàn)場模擬界面：在松山湖隧道現(xiàn)有的排水設(shè)備里，已有的只有三個(gè)排水泵，監(jiān)控室可以監(jiān)控排水泵的開關(guān)情況，以及一個(gè)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(jìn)之后的現(xiàn)場情況，在出入水口分別有一個(gè)水壓傳感器，蓄水池中有一個(gè)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(shí)，只有排水泵1打開（如圖4.5）；壓力大時(shí)，排水泵2、排水泵3均開啟，排水泵1、2、3同時(shí)開啟進(jìn)行排水（如圖4.6）。另一種是液位小于等于50時(shí)，排水泵1開啟，只有排水泵1打開；液位大于等于200時(shí)，排水泵2、排水泵3均開啟，排水泵1、2、3同時(shí)開啟進(jìn)行排水。另外液位小于等于50時(shí)，以及液位大于等于200時(shí)都會(huì)產(chǎn)生警報(bào)信號(hào)。圖4.5壓力小時(shí)，只開啟排水閥1圖4.6壓力大時(shí)，排水閥1、2、3同時(shí)啟動(dòng)排水的動(dòng)畫效果，需要編程來進(jìn)行處理，編程如下：if(\\本站點(diǎn)\手自動(dòng)==0){if(\\本站點(diǎn)\壓力值<10){\\本站點(diǎn)\壓力小=1;\\本站點(diǎn)\壓力大=0;}else{\\本站點(diǎn)\壓力大=1;\\本站點(diǎn)\壓力小=0;}if(\\本站點(diǎn)\過程==0){if(\\本站點(diǎn)\蓄水池水位<100){\\本站點(diǎn)\蓄水池水位=\\本站點(diǎn)\蓄水池水位+5;}else{\\本站點(diǎn)\過程=1;}}if(\\本站點(diǎn)\過程==1){if(\\本站點(diǎn)\壓力小==1){\\本站點(diǎn)\水閥1=1;\\本站點(diǎn)\閥1開通時(shí)間=\\本站點(diǎn)\$時(shí)間;\\本站點(diǎn)\蓄水池水位=\\本站點(diǎn)\蓄水池水位-1;}if(\\本站點(diǎn)\壓力大==1){\\本站點(diǎn)\水閥2=1;\\本站點(diǎn)\水閥3=1;\\本站點(diǎn)\閥2開通時(shí)間=\\本站點(diǎn)\$時(shí)間;\\本站點(diǎn)\閥3開通時(shí)間=\\本站點(diǎn)\$時(shí)間;if(\\本站點(diǎn)\蓄水池水位>0){\\本站點(diǎn)\蓄水池水位=\\本站點(diǎn)\蓄水池水位-2;}else{\\本站點(diǎn)\過程=0;\\本站點(diǎn)\閥門1斷開時(shí)間=\\本站點(diǎn)\$時(shí)間;\\本站點(diǎn)\閥門2斷開時(shí)間=\\本站點(diǎn)\$時(shí)間;\\本站點(diǎn)\閥門3斷開時(shí)間=\\本站點(diǎn)\$時(shí)間;\\本站點(diǎn)\水閥1=0;\\本站點(diǎn)\水閥2=0;\\本站點(diǎn)\水閥3=0;}}}}if(\\本站點(diǎn)\水閥1==1){}監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)界面：監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)界面主要是展示三個(gè)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(huì)更加直觀地展示出現(xiàn)場的一個(gè)整體狀況。曲線圖就是利用了組態(tài)王生成圖表的一個(gè)功能，只需要設(shè)定好正縱坐標(biāo)即可。數(shù)據(jù)報(bào)警：數(shù)據(jù)報(bào)警區(qū)域，主要有三個(gè)報(bào)警，水位異常報(bào)警，和水壓過高報(bào)警。

第五章實(shí)物測試5.1編寫鐵路隧道排水系統(tǒng)的下位機(jī)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(shè)計(jì)，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(luò)1：水位傳感器模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，梯形圖如圖5-2。圖5.2網(wǎng)絡(luò)1網(wǎng)絡(luò)2：壓力大時(shí)傳感器輸出信號(hào)M0.1，梯形圖如圖5.3。圖5.3網(wǎng)絡(luò)2網(wǎng)絡(luò)3：壓力小