淺談PLC在隧道智能監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

【摘 要】安川高速公路隧道群多，在國內(nèi)較為少見，整個隧道監(jiān)控采用PLC作為區(qū)域控制器進行隧道環(huán)境數(shù)據(jù)的采集和各子系統(tǒng)控制命令的發(fā)布，整個PLC系統(tǒng)依托隧道冗余環(huán)網(wǎng)，運行可靠，達到并滿足聯(lián)合設計的目的和要求。

【關鍵詞】隧道；PLC；監(jiān)控；控制

1. 項目概況

（1）安康至陜川界高速公路是國家高速公路網(wǎng)包（頭）茂（名）線的重要組成部分，是西安市至重慶市的主要交通要道，也是陜西省“2367”公路網(wǎng)的重要組成部分，被省政府列為“十一五”發(fā)展規(guī)劃的重點項目。其中，安康至毛壩高速公路長85.614公里，采用四車道高速公路標準，設計速度80公里/小時。設計隧道17座，其中有兩條長隧道。毛壩至陜川界高速公路全長18.968公里，全線采用四車道高速公路標準建設，設計速度80公里/小時。設計隧道6座，其中有四條長隧道。

（2）安川高速公路隧道監(jiān)控是全線監(jiān)控的關鍵。六條長隧道設置了完整的監(jiān)控統(tǒng)，包括交通監(jiān)控子系統(tǒng)、通風監(jiān)控子系統(tǒng)、照明監(jiān)控系統(tǒng)、變電站供配電子系統(tǒng)、火災報警子系統(tǒng)、CCTV監(jiān)控子系統(tǒng)、隧道廣播、以及隧道消防等子系統(tǒng)，其中交通監(jiān)控、通風照明、隧道消防子系統(tǒng)的信息的采集和命令發(fā)布采用區(qū)域控制器（PLC）完成。

2. PLC系統(tǒng)組成

本項目的本地控制器采用美國霍尼韋爾公司生產(chǎn)的ML200系列，六條長隧道共設置53套PLC，其中芭蕉隧道10套，天生橋隧道5套，毛壩1號隧道14套，毛壩2號隧道8套，麻柳隧道8套，牛角坪隧道8套。每個隧道的PLC系統(tǒng)分別在隧道左洞和右洞組成光纖冗余環(huán)網(wǎng)，冗余環(huán)網(wǎng)之間是兩條獨立的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，互不干涉和相互影響。安裝在主配電室內(nèi)的交換機是隧道數(shù)據(jù)上傳的樞紐，通過它可以將隧道PLC的相關數(shù)據(jù)與隧道監(jiān)控分中心的服務器進行數(shù)據(jù)交換。主控PLC在監(jiān)控室內(nèi)連接一個本地觸摸屏，實現(xiàn)PLC的現(xiàn)場控制功能。

3. PLC的主要功能

3.1 收集本區(qū)段檢測設備采集的信息，包括CO（一氧化碳）檢測器、VI（能見度檢測器）、洞外光強檢測器等；

3.2 對收集信息進行預處理，并存儲在本地的存儲單元內(nèi)。例如對CO檢測器采集的值如果大于300PPM，就應該丟棄，因為CO檢測器的最大量程只有300PPM；

3.3 實時將隧道內(nèi)的本地控制器的存儲單元中處理好的信息上傳給監(jiān)控管理所計算機；

3.4 接收隧道管理站計算機的各種控制命令（如控制風機的啟、停、照明開、關等），將控制命令和設備運行狀態(tài)比較后，發(fā)出對下端執(zhí)行設備的控制指令（如發(fā)給風機、照明柜、車道控制標志、交通信號燈、水泵、防火卷簾門等的指令）；

3.5 可存儲幾個常用的預案和特殊的程序，如照明、通風控制預案；交通事故處理程序、火災緊急處理程序等；

3.6 具有自檢功能，可對自身的溫度、電壓以及通訊狀態(tài)記錄下來，供上端軟件調(diào)用和提取；

3.7 具有時鐘、存儲器，能接受監(jiān)控管理所的對時命令，自動和監(jiān)控管理所保持時鐘同步；

4. PLC編程

4.1 交通子系統(tǒng)程序。

4.1.1 交通子系統(tǒng)維護程序。

交通子系統(tǒng)維護程序負責對隧道內(nèi)的車道指示燈、橫洞門以及隧道外的遠程信號燈進行控制，并收集它們反饋回的信息。由于本項目設計隧道設備實現(xiàn)三級控制，所以交通子系統(tǒng)維護程序分為三種權限的控制：中心控制、管理所控制和現(xiàn)場控制。中心控制是隧道設備的最遠端控制，它通過安裝在監(jiān)控中心的組態(tài)軟件，通過監(jiān)控網(wǎng)絡對PLC進行的控制，它的權限最高；管理所控制是通過安裝在隧道管理所的組態(tài)軟件通過監(jiān)控網(wǎng)絡對PLC進行的控制，它相比中心控制來說層級相對較低、穩(wěn)定性相對較大；現(xiàn)場控制是通過安裝在隧道主配電室PLC柜上的觸摸屏實現(xiàn)對PLC的控制，它是PLC最底層的控制，也是最穩(wěn)定的一級控制。正常情況下由分中心負責隧道交通子系統(tǒng)的控制，當監(jiān)控中心的上位機出現(xiàn)故障或者監(jiān)控中心與隧道管理站的網(wǎng)絡故障時，可以改由隧道隧道管理站的組態(tài)軟件進行控制；當用戶在下端維修設備時，可以將控制權限轉由現(xiàn)場控制。

4.1.2 交通子系統(tǒng)預案程序。

交通子系統(tǒng)預案程序的目的是在隧道發(fā)生交通事故、火災和其它特殊情況下需要在隧道進行交通指揮時，為用戶能快捷的執(zhí)行諸多交通方案提供一個圖形界面。這些交通方案都是通過和用戶溝通而得到的，實用性強，用戶可以事故的類型和大小選擇合適的預案執(zhí)行。

4.2 通風子系統(tǒng)程序。

4.2.1 通風子系統(tǒng)維護程序。

通風子系統(tǒng)維護程序負責對隧道內(nèi)的風機進行正轉、停止、反轉操作，并收集它們反饋回的正轉、反轉、故障信息。由于本項目設計隧道風機實現(xiàn)三級控制，所以通風子系統(tǒng)維護程序分為三種權限的控制：中心控制、管理所控制和現(xiàn)場控制。它的實現(xiàn)方式與交通子系統(tǒng)維護程序類似。用戶操作通風子系統(tǒng)維護程序時需要注意：（1）風機啟動的瞬間電壓特別大（一般單臺風機啟動，瞬間電壓可以達到100A），用戶用啟動風機時，兩臺風機之間必須留有一定的時間間隔，建議在20S。（2）風機正轉和反轉是葉輪朝著不同的方向旋轉，用戶不能在風機正轉時，馬上執(zhí)行反轉操作，這樣對風機的發(fā)動機來說是個致命的傷害。

4.2.2 通風子系統(tǒng)預案程序。

通風子系統(tǒng)預案程序負責對隧道內(nèi)的風機進行分類別操作，控制它們陸續(xù)運行。一般情況下，通風子系統(tǒng)預案有行車道正轉、超車道正轉、行車道停止、超車道停止、單洞正轉、單洞停止等。這些預案的設計思路都是建立在開啟單個風機后延時一段時間的基礎上再開啟相應風機。運行通風子系統(tǒng)預案程序時一定要事先考慮隧道配電室內(nèi)的低壓斷路器的承載能力。

4.2.3 通風子系統(tǒng)自動控制程序。

通風子系統(tǒng)自動控制程序是根據(jù)PLC上的模擬量檢測到的CO（一氧化碳）值、VI（煙霧濃度）值等信息來控制風機的運行臺數(shù)、運行方向和運行時間，以達到實現(xiàn)節(jié)能運行和保持風機較佳壽命的控制運行的目的。

4.3 照明子系統(tǒng)程序。

4.3.1 照明子系統(tǒng)維護程序。

照明子系統(tǒng)維護程序負責對隧道內(nèi)的照明回路進行開啟、關閉操作，并收集它們反饋回的回路開啟、照明控制柜手自動信息。由于本項目設計隧道照明實現(xiàn)三級控制，所以照明子系統(tǒng)維護程序分為三種權限的控制：中心控制、管理所控制和現(xiàn)場控制。它們的實現(xiàn)方式與交通子系統(tǒng)維護程序類似。一般來說，照明子系統(tǒng)維護程序一般僅用于維護人員檢測隧道照明回路燈具的情況時使用。

4.3.2 照明子系統(tǒng)預案程序。

照明子系統(tǒng)預案程序是根據(jù)不同天氣需要不同亮度等級的原理編制而成的，本系統(tǒng)提供了5種天氣情況下的預案，它們分別是晴天模式、少云模式、多云模式、陰天模式和重陰模式。照明子系統(tǒng)預案在晴天模式下隧道亮度等級最高、重陰模式最低。用戶可以根據(jù)不同的天氣狀況，選擇相應的照明子系統(tǒng)預案。

4.3.3 照明子系統(tǒng)時序控制程序。

隧道照明子系統(tǒng)時序控制程序是根據(jù)晝間、夜間對亮度需求的差別，在相應時段開啟相應的燈具，本系統(tǒng)利用PLC自身提供的時鐘功能，自動辨識晝間、夜間。用戶只需設置一次設置，既可實現(xiàn)晝、夜間亮度的不同需求又可達到行車安全、節(jié)約能源的效果。

4.3.4 照明子系統(tǒng)自動控制程序。

照明子系統(tǒng)自動控制程序利用PLC上模擬量采集到的洞內(nèi)外光強數(shù)據(jù)來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，保證行車的安全，以及在滿足照明要求的情況下達到節(jié)能運行的目的。

5. 結束語

安川高速公路開通運行近半年來，整個隧道隧道監(jiān)控系統(tǒng)運行相當穩(wěn)定，盡管這邊隧道內(nèi)的自然條件特別惡劣，PLC依然能正常工作。縱觀目前隧道監(jiān)控技術的發(fā)展，以PLC為核心的隧道區(qū)域控制思想仍將長期處于不可動搖的設計理念。

參考文獻

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