1、PLC在高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用摘要：福寧高速公路隧道眾多，在國(guó)內(nèi)較為少見(jiàn)，隧道監(jiān)控采用PLC作為本地控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和信息發(fā)布，整個(gè)PLC系統(tǒng)組網(wǎng)方便，運(yùn)行可靠，達(dá)到并滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的目的和要求。1引言福鼎分水關(guān)至寧德城關(guān)段高速公路是國(guó)家規(guī)劃的“兩縱兩橫”國(guó)道主干線(xiàn)之一同江至三亞公路在福建的一段，起點(diǎn)接浙江省甬臺(tái)溫高速公路，終點(diǎn)接羅源至寧德高速公路。本路采用山嶺重丘區(qū)高速公路標(biāo)準(zhǔn)修建，雙向四車(chē)道，設(shè)計(jì)車(chē)速80Km/h,全長(zhǎng)141公里，沿線(xiàn)設(shè)有互通立交十座，超過(guò)一公里的長(zhǎng)隧道八條,一公里以下短隧道六條，全線(xiàn)隧道單洞長(zhǎng)度達(dá)二十公里，隧道監(jiān)控是全線(xiàn)監(jiān)控的關(guān)鍵。八條長(zhǎng)隧道設(shè)置了完整的監(jiān)控系統(tǒng)，包括交

2、通監(jiān)控、通風(fēng)、照明、變電站供配電、火災(zāi)報(bào)警、CCTVS視、隧道廣播等子系統(tǒng)，其中交通監(jiān)控、通風(fēng)照明、變電站供配電等隧道信息的采集和發(fā)布采用本地控制器（PLC完成。2PLC概述本地控制器采用OMRO處司的大中型機(jī)CS1系列，八條長(zhǎng)隧道十六個(gè)單洞共用78套PLC其中坑門(mén)里隧道11套，吉坑隧道11套，蔡家山隧道9套，洋坪隧道9套，赤嶺隧道13套，楊梅嶺隧道8套，灣塢隧道9套，吳樓隧道8套PLC分別組成16個(gè)ControllerLink冗余令牌環(huán)網(wǎng)的控制系統(tǒng)。ControllerLink是OMRON主要的FA級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)，它支持在PLC之間及PLC和上位機(jī)之間的自動(dòng)數(shù)據(jù)鏈接，也可使用信息服務(wù)進(jìn)行可編程的

3、數(shù)據(jù)傳送，可得到高容量，柔性數(shù)據(jù)鏈接及高容量的數(shù)據(jù)傳送，對(duì)低成本的通信系統(tǒng)，可使用雙絞線(xiàn)電纜。78套本地控制器的PLC通過(guò)光纖通信模塊CS1W-CLK52別組成16個(gè)光纖ContollerLink冗余令牌環(huán)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。3 PLC系統(tǒng)組成每個(gè)隧道的PLC系統(tǒng)分別在隧道左洞和隧道右洞組成光纖ContorllerLink冗余令牌環(huán)網(wǎng)，兩個(gè)光纖ContorllerLink冗余令牌環(huán)網(wǎng)都是獨(dú)立的控制系統(tǒng)，互不干涉和影響。安裝在監(jiān)控設(shè)備室內(nèi)的PLC通過(guò)HostLink與主控PLC相連,并與隧道監(jiān)控分中心的服務(wù)器通過(guò)以太網(wǎng)模塊CS1W-ETN01HUB光纖收發(fā)器組成以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。主控PLC在監(jiān)控室

4、內(nèi)連接一個(gè)本地觸摸屏，并通過(guò)MODEM監(jiān)控分中心的一個(gè)遠(yuǎn)程觸摸屏相連。隧道PLC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成圖:4 PLC程序主要功能1、收集本區(qū)段檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)的信息，包括CO檢測(cè)器、能見(jiàn)度檢測(cè)器、透過(guò)率檢測(cè)儀、車(chē)輛檢測(cè)器等。2、對(duì)收集信息進(jìn)行預(yù)處理。如：隧道內(nèi)的CO正常運(yùn)營(yíng)時(shí)允許的濃度一般在150-250ppm交通阻滯 （隧道內(nèi)各車(chē)道均以怠速行駛， 平均車(chē)速為10km/h時(shí)可為300Ppm經(jīng)歷時(shí)間不超過(guò)20分鐘；隧道內(nèi)煙霧允許濃度為7.0*0.0011/m;隧道內(nèi)風(fēng)速正常運(yùn)營(yíng)時(shí)推薦為10m/s）,并儲(chǔ)存在本地的存儲(chǔ)單元內(nèi)。3、隧道內(nèi)的本地控制器的存儲(chǔ)單元中處理好的信息（CO濃度、能見(jiàn)度、煙霧濃度、透過(guò)率、車(chē)輛檢

5、測(cè)、交通信號(hào)標(biāo)志等）上傳給隧道監(jiān)控分中心的服務(wù)HUB交擇機(jī)t喧牡分中心隧道左洞叵?LL-1事-二七PL3PLCrn4、接收隧道管理站計(jì)算機(jī)的各種控制命令（如控制風(fēng)機(jī)的啟、停、照明開(kāi)關(guān)等），將控制命令和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)比較后，發(fā)出對(duì)下端執(zhí)行設(shè)備的控制指令（如發(fā)給風(fēng)機(jī)、照明柜、車(chē)道控制標(biāo)志、交通信號(hào)燈、橫洞指示等的指令）5、本地控制器設(shè)有手動(dòng)控制，手動(dòng)操作界面采用觸摸屏NT31C當(dāng)通信中斷或其它原因和上端失去聯(lián)系時(shí)，可進(jìn)行手動(dòng)操作，且手動(dòng)優(yōu)先。6、可存儲(chǔ)幾個(gè)常用和特殊的程序，如交通事故處理程序、火災(zāi)緊急處理程序等（即當(dāng)遇到交通事故時(shí)的緊急處理措施，如：改變交通信號(hào)標(biāo)志，發(fā)出報(bào)警信息，通知巡警等；當(dāng)遇到

6、火災(zāi)時(shí)的緊急處理措施，如：當(dāng)隧道內(nèi)遇到火災(zāi)時(shí)，風(fēng)機(jī)的控制等）。5 PLC編程、交通控制程序交通控制程序負(fù)責(zé)讀取車(chē)輛檢測(cè)器、車(chē)道指示標(biāo)志、情報(bào)板的狀態(tài)及信息，并將數(shù)據(jù)傳遞給上位機(jī)。根據(jù)上位機(jī)上設(shè)定的交通模式，控制車(chē)道指示標(biāo)志和交通信號(hào)燈的狀態(tài)。并根據(jù)上位機(jī)設(shè)置的狀態(tài)及信息。實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛檢測(cè)器、車(chē)道指示標(biāo)志、情報(bào)板、交通信號(hào)燈的控制。在發(fā)生通信故障時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。定時(shí)給車(chē)輛檢測(cè)器校時(shí)，以保證車(chē)輛檢測(cè)器時(shí)間的一致性。車(chē)道指示標(biāo)志和交通信號(hào)燈的狀態(tài)的控制方式有以下三級(jí)控制： 監(jiān)控分中心：自動(dòng)控制（上位機(jī)）、人工遠(yuǎn)程控制（上位機(jī)、觸摸屏） 隧道監(jiān)控室：人工控制（觸摸屏） 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備：人工手動(dòng)控制正常情況下

7、，車(chē)道指示標(biāo)志和交通信號(hào)燈的狀態(tài)由監(jiān)控分中心的上位機(jī)控制，在上位機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可通過(guò)監(jiān)控分中心的觸摸屏進(jìn)行控制。若監(jiān)控分中心至隧道設(shè)備室的通信出現(xiàn)故障，則改由隧道設(shè)備室的觸摸屏進(jìn)行控制。交通控制流程圖2、通風(fēng)控制程序通風(fēng)控制程序根據(jù)檢測(cè)到的透過(guò)率、C詠度數(shù)據(jù)、交通量數(shù)據(jù)，控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)、風(fēng)向和運(yùn)行時(shí)間，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行和保持風(fēng)機(jī)較佳壽命的控制運(yùn)行；并在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，根據(jù)不同地點(diǎn)，進(jìn)行相應(yīng)的火災(zāi)排煙處理，以保證隧道的安全及運(yùn)行環(huán)境的舒適性。通風(fēng)控制程序?qū)崿F(xiàn)風(fēng)機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停機(jī)控制，并將每臺(tái)風(fēng)機(jī)的狀態(tài)（正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停機(jī)）、自動(dòng)手動(dòng)狀態(tài)顯示、總故障信號(hào)傳給上位機(jī)。自動(dòng)統(tǒng)計(jì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間最短

8、的風(fēng)機(jī)優(yōu)先啟動(dòng)，以便平衡各臺(tái)風(fēng)機(jī)的勞逸程度，延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)的使用壽命。自動(dòng)根據(jù)CO濃度、透過(guò)率值、交通量狀況、火災(zāi)報(bào)警等綜合情況控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。每臺(tái)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)需短暫延時(shí)，才允許其它風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，以減少對(duì)變電站供電的沖擊。通風(fēng)控制子系統(tǒng)控制方式可以有如下四級(jí)： 監(jiān)控分中心：自動(dòng)控制、人工遠(yuǎn)程控制隧道監(jiān)控室：自動(dòng)控制、人工控制 隧道變電所：人工手動(dòng)控制 通風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)箱：人工手動(dòng)控制正常情況下將隧道變電所的風(fēng)機(jī)控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于“自動(dòng)”位，由監(jiān)控分中心實(shí)現(xiàn)通風(fēng)控制子系統(tǒng)的監(jiān)控，自動(dòng)完成子系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。系統(tǒng)在故障或需要時(shí)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換應(yīng)在前三級(jí)的任一級(jí)上維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在對(duì)通風(fēng)設(shè)備和通風(fēng)控制子系統(tǒng)需要進(jìn)行維修和測(cè)試時(shí)

9、則可以采取隧道監(jiān)控室人工、變電所人工、通風(fēng)機(jī)就地開(kāi)關(guān)箱處人工控制的方式。控制方式的優(yōu)先權(quán)為：人工高于自動(dòng)，人工方式時(shí)是按四級(jí)順序優(yōu)先級(jí)由低到高，自動(dòng)方式時(shí)是隧道監(jiān)控室控制優(yōu)先于監(jiān)控分中心控制。風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制模式有兩種：一種是在一些特定情況下選用某種預(yù)先編制的控制程序通過(guò)人工確認(rèn)后進(jìn)行風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制，另一種是根據(jù)CO和透過(guò)率檢測(cè)器檢測(cè)到的實(shí)際數(shù)據(jù)與環(huán)境指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值比較，來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。通風(fēng)控制流程圖3、照明控制程序隧道照明控制程序根據(jù)檢測(cè)到的洞內(nèi)外光強(qiáng)數(shù)據(jù)、 交通量變化以及白天、 黑夜等情況，控制隧道的照明系統(tǒng)，調(diào)節(jié)出入口以及洞內(nèi)的照明，保證行車(chē)的安全，以及在滿(mǎn)足照明要求的情況下達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的

10、目的，同時(shí)對(duì)洞內(nèi)照明以及照明控制設(shè)備的狀況進(jìn)行監(jiān)視。照明系統(tǒng)隧道照明控制程序具有洞內(nèi)燈泡亮度不足的報(bào)警功能，即能夠通過(guò)洞內(nèi)光強(qiáng)儀采集數(shù)據(jù)與設(shè)定值比較后提示維護(hù)部門(mén)更換燈具。在自動(dòng)（控制方式中，發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)，洞內(nèi)所有照明自動(dòng)全亮。在自動(dòng)（本地）、遠(yuǎn)控（人工/自動(dòng)）控制方式中，任何時(shí)候確保有一路基本照明燈亮。此隧道照明有人工、自動(dòng)（本地）、遠(yuǎn)控（手動(dòng)/光強(qiáng)）三種方式，其中人工/自動(dòng)（本地）方式由照明系統(tǒng)自行完成，遠(yuǎn)控方式由監(jiān)控與照明系統(tǒng)配合完成。照明系統(tǒng)將遠(yuǎn)程控制或本地控制（人工/自動(dòng)）的狀態(tài)信號(hào)傳給監(jiān)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)控制方式時(shí)由監(jiān)控系統(tǒng)提供繼電器接點(diǎn)和連接電纜至照明系統(tǒng)協(xié)調(diào)完成遠(yuǎn)控制。各個(gè)照明回路的

11、執(zhí)行控制由照明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。照明系統(tǒng)將照明回路開(kāi)關(guān)分合狀態(tài)信號(hào)傳給監(jiān)控系統(tǒng),干接點(diǎn)。對(duì)照明燈可用觸摸屏NT31C達(dá)到手動(dòng)控制目的。照明控制流程圖PLC對(duì)隧道變電站的電源狀態(tài)、質(zhì)量以及故障等狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。主要是對(duì)高壓電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)、低壓總開(kāi)關(guān)狀態(tài)、每段低壓母線(xiàn)的電壓、變電站故障總信號(hào)，柴油發(fā)電機(jī)的起、停、總故障信號(hào)等進(jìn)行監(jiān)視，根據(jù)被監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)的變化及故障告警信號(hào)進(jìn)行告警記錄，存貯相應(yīng)的監(jiān)視信息，并且把采集的信號(hào)傳送至監(jiān)控分中心。另外，根據(jù)變照明系統(tǒng)提供繼電器電站的電源狀況控制風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的工作。對(duì)無(wú)電源的變電站不會(huì)使該站供電風(fēng)機(jī)運(yùn)行，并在低電壓狀況下調(diào)控風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)。6結(jié)束語(yǔ)高速公路開(kāi)通運(yùn)行后，隧道監(jiān)

12、控系統(tǒng)運(yùn)行相當(dāng)穩(wěn)定，在隧道比較惡劣的環(huán)境下，采用PLC是較為合適的。現(xiàn)在自動(dòng)化技術(shù)日新月異，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在控制領(lǐng)域已在大力推廣，但PLC技術(shù)也在不斷加強(qiáng)發(fā)展，特別在通信、組網(wǎng)、冗余技術(shù)方面日趨完善強(qiáng)大，在控制領(lǐng)域仍然占據(jù)不可動(dòng)搖的位置。交通隧道控制四個(gè)步驟及程序1、交通控制程序交通控制程序負(fù)責(zé)讀取車(chē)輛檢測(cè)器、車(chē)道指示標(biāo)志、情報(bào)板的狀態(tài)及信息，并將數(shù)據(jù)傳遞給上位機(jī)。根據(jù)上位機(jī)上設(shè)定的交通模式，控制車(chē)道指示標(biāo)志和交通信號(hào)燈的狀態(tài)。并根據(jù)上位機(jī)設(shè)置的狀態(tài)及信息。實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛檢測(cè)器、車(chē)道指示標(biāo)志、情報(bào)板、交通信號(hào)燈的控制。在發(fā)生通信故障時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。定時(shí)給車(chē)輛檢測(cè)器校時(shí)，以保證車(chē)輛檢測(cè)器時(shí)間的一致性。2、通風(fēng)控制程序通風(fēng)控制程序根據(jù)檢測(cè)到的透過(guò)率、C詠度數(shù)據(jù)、交通量數(shù)據(jù)，控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)、風(fēng)向和運(yùn)行時(shí)間，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行和保持風(fēng)機(jī)較佳壽命的控制運(yùn)行；并在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，根據(jù)不同地點(diǎn)，進(jìn)行相應(yīng)的火災(zāi)排煙處理，以保證隧道的安全及運(yùn)行環(huán)境的舒適性。3、照明控制程序隧道照明控制程序根據(jù)檢測(cè)到的洞內(nèi)外光強(qiáng)數(shù)據(jù)、 交通量變化以及白天、 黑夜等情況，控制隧道的照明系統(tǒng)，調(diào)節(jié)出入口以及洞內(nèi)的照明，保證行車(chē)的安全，以及在滿(mǎn)足照明要求的情況下達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的目的，同時(shí)對(duì)洞內(nèi)照明以及照明控制設(shè)備的狀況進(jìn)行監(jiān)視。4、變電站監(jiān)視控制程序P