随着国家高速公路和工业自动化技术的快速发展，高速公路隧道的运营管理逐步实现了数字化、可视化、网络化和智能化。隧道监控系统的建立可以对隧道交通进行实时、动态和信息化监控，实现对隧道内机电设备的集中管理和控制。结合国家十天高速公路隧道监控系统的设计项目，本文重点研究的隧道监控系统的关键技术是应用上位组态软件和下位可编程逻辑控制器来解决隧道交通、通风、照明等自动控制问题和提供控制策略解决方案。本文首先介绍了隧道监控系统的国内外研究现状，从系统建立的依据、设计原则和规模等方面阐述了隧道监控系统的概况，确定了系统实现的总体目标、结构组成和控制模式，并对系统具体的功能需求进行了详细的分析；其次，介绍了系统的上位组态软件系统和下位可编程逻辑控制系统，从系统的结构、功能、硬件配置和软件开发过程等方面进行了详细的设计与实现。针对系统的安全性和高可靠性要求，分别完成了软件的用户管理和硬件的冗余设计；最后，完成了隧道监控系统的交通诱导控制、通风控制、照明控制和火灾报警联动控制等子系统的人机交互界面及其控制策略的软件设计。根据隧道交通不同工况下的预测分析，建立了合理的交通诱导控制预案和火灾时的逃生策略，以解决异常交通状况；依照隧道通风的设计规范和标准，本系统采用反馈式智能通风控制方案，将隧道内CO浓度、能见度和风速风向等环境参数控制在安全范围内；根据隧道照明的实际需求和亮度检测器的检测数据，分别实现了隧道照明的手动控制、自动控制和时序控制，解决了不同气候、时间状态下的照明控制问题；为了满足消防系统在火灾时对机电设备的控制要求，监控系统实现了火灾报警联动控制，并实时监控消防水池的运行状态。2012年7月国家十天高速公路隧道监控系统投入运行以来，系统运行稳定可靠，实现了隧道机电设备的管理和控制功能，证明了该系统解决方案的先进性与合理性。