探究公路隧道監控系統PLC控制方案

劉世亮

摘 要：文章在闡述現階段國內主要使用的公路隧道監控系統的PLC控制方案的基礎上分析介紹了在遠程I/O技術的基礎上實現對PLC區域進行集中控制的方案，討論總結了新型方案的推廣價值。

關鍵詞：公路隧道；PLC；控制方式；遠程I/O

在隧道交通運行中，公路隧道監控系統對通行的安全、高效、舒適、便捷起著重要的保障作用，其主要功能作用為監視和控制隧道內各種交通設備的狀態及采集周圍環境的信息。PLC屬于一種數字邏輯控制器，內含微處理機的數字電子裝備，具有可自動化的特點。相比于其他設備，PLC因抗干擾能力較強，能夠更適用于惡劣的公路環境，使通訊信息更準確。因此，在現階段PLC被廣泛運用于公路隧道的監控系統中。

1 主要的網絡結構及控制方式

目前在國內公路上主要使用的隧道監控系統從硬件的網絡結構中出發可分為三層，第一為管理層，管理控制中央的信息，其組成結構為隧道中心的計算機監控系統，具體包括控制交通、通風、照明、緊急電話、火災報警等各類計算機設備與相關路由器。第二為控制層其為裝有PLC設備的現場區域控制器，主要用來將檢測設備采集到信息數據儲存到主控制，把接收到的多種不同控制命令輸送給現場；第三為設備層包括所有隧道外場上的設備儀器。

在公路的隧道監控系統中主要以商用以太網作為管理控制中央信息層，而采用控制層的形式相比于管理層更加多樣化，如工業以太網、CONTROLINK環網、PROFINET、PROFIBUS現場總線等。但在目前的行業中對控制層的選擇主要是應用光纖冗余環網拓撲結構其以10/100M工業以太網構成。因該網絡實行的光纖傳輸能夠在不被外界環境的干擾下對信息進行快速地傳送，保證通信的效率。此外，10/100M工業以太網技術現已遵從了LSO和TCP/IP的數據通訊協議，實現了IEE8023/8023u的兼容，對10/100自適應傳輸速率進行支持，在采集整合信息方面占有較高的優勢。如果該網絡在隧道的監控系統中中的某一節點發生斷開的意外情況，仍能繼續正常運行，不會造成無法通信的狀況。

傳統的公路隧道監控系統在采用10/100M工業以太網的基礎上從采集和交換數據的角度出發可將控制PLC的方式分為兩種。

第一種控制方式分主要、次要PLC，更適于隧道群和特長的隧道。在監控系統中可選擇一種較高性能的PLC作為主控系統。在運用的過程中主控PLC將不同的控制命令發送給各從PLC，再通過各從PLC對下級的設備進行監控采集數據，然后各從PLC將檢測采集到的數據進行處理后在傳送給主控PLC。其方式是通過主控的PLC與各從PLC和各從PLC之間實現多種數據交換。此外，當各從PLC與主控PLC失去通信聯系時，從PLC仍能對現場設備進行良好的控制。

第二種控制方式不分主從PLC，但同樣適用于較大的隧道監控系統。由于隧道監控系統內各個PLC所處位置和作用一致，彼此之間不需要進行交換和輸送數據，各PLC通過對設備進行檢測采集數據后，將直接將信息上傳輸送到管理中央控制層的計算機中。之后計算西系統整合信息再將各控制命令輸送給各個PLC，再由PLC下傳給各個現場設備。

上述的兩種方式都要求在公路隧道監控系統中對PLC進行分布式設置，使每個PLC系統都能夠對周圍臨近的信息進行數據控制和采集。因在隧道設置的PLC系統性能較高，能自動進行一定程度的數據處理和儲存功能，所以在隧道群和特長的隧道里，不管采取哪一種方式都具有比較可靠的穩定性。但在實際運用公路隧道監控系統的過程中，設置的PLC系統處理和儲存信息數據的功能被大大減弱，僅僅被看成I/O來運用，忽略了其處理和儲存信息數據的能力。此外，由于設置的PLC系統數量較多，其價格也較昂貴，造成了資源及資金同時浪費的現象。因此為了可以在更好地運用發揮隧道監控系統的功能的基礎上節約工程成本，提高資金效益和建設效益，提出了以遠程IO技術為基礎的PLC區域集中控制的方案。

2 基于遠程IO技術的PLC區域集中控制方案

與一般的公路隧道監控系統實行的PLC的控制方案的不同之處在于該方案是通過使用主控PLC+遠程I/O模塊光纖組網，完成了公路隧道內不同的被控檢測設備進行分布式接入的操作的同時實現對區域信息集中進行控制的功能，在充分發揮了公路隧道監控系統功能下，比以往建設的PLC區域控制系統減少了將近百分之四十的資金投入，極大地提高了工程效益。此外，隧道內的風機、照明設備、檢測光亮度、火災報警等設備分布都是采用線性方式，每一臺區域控制器上一般僅僅包括幾十個開關數量、幾路用來模擬信號的數量，因此在公路隧道內的PLC可以使用不具備CPU的遠程I/O。遠程I/O可實現對遠距離較少數量的節點進行采集處理數據信息，減少檢測系統中控制設備的使用，節省建設的資金投入，適用于控制較分散的配置設備點。

基于遠程I/O技術的PLC區域集中控制方案的設計方式是通過遠程I/O模塊代替分布式PLC控制系統中的CPU。對于處理和儲存信息數據的功能全都由變電系統中的主控PLC來實現操作，其存在的數據處理問題可通過提高主控PLC的配置來解決。隧道檢測系統中的主控PLC可采用PROFINET總線完成對遠端I/O的控制，遠距離末端的I/O設備可采用總線耦合器將光電轉換為光纜進行數據傳輸，達到主控PLC控制遠端I/O的目的，實現檢測系統更加隨時準確控制公路隧道中的檢測設備，其具有以下的特點：

較快地實現數據的輸送：由于遠程I/O系統在接入以太網網絡時沒有受到任何阻礙，其通信的輸送速率最低可達100M。

可完成較遠距離的數據輸送：由于遠程I/O系統在接入以太網后可與光纖環網進行相連，借于光纖傳輸的優勢，I/O系統對控制數據的程度效率一般已不受距離的限制。

成本較低，性價比較高：由于在采用了遠程I/O系統減去了隧道現場的CPU配置設備，可在保證隧道監控系統正常的運行下，較大的減少了工程資金的投入，降低了建設成本。

軟件開發簡單方便：由于是直接通過主控PLC對遠程設備進行控制，通訊工作被集中于一臺PLC上，減少了各個從PLC之間交換數據的過程，使軟件開發變的更加簡單方便。

3 結束語

在公路監控系統中，PLC作為核心設備起著關鍵的不可替代的作用。合理正確地選擇PLC的控制方案不僅可以實現對公路隧道監控系統的安全性、穩定性的基本保障，還能夠降低資金投入，獲得更大的工程效益。現階段，在國內的公路隧道監控系統中仍主要采用分布式的PLC控制方案，選擇遠程I/O模式代替隧道內PLC從站的方案尚且不多，但都取得了良好的效果。為了可以充分發揮隧道監控系統的功能的同時減少建設資金投入，提高工程效益，國內應大力推行以基于遠程I/O技術的PLC區域集中控制的方案。

參考文獻

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