PLC在奧布項目公格爾隧道集中控制系統中的作用

吳忠永

【摘要】公格爾隧道環境復雜，實行單洞雙向，安全行車，如何采用實時快速、穩定可靠的監控模式是運營單位首要考慮的問題，可編程控制器（簡稱“PLC”）因其組網方便、可靠性高、易于維護、適應性強等特點在公格爾隧道隧道監控中發揮出了非常顯著的作用。

【關鍵詞】隧道；可編程控制器；PLC；公格爾隧道

【Abstract】How to use real-time fast， stable and reliable monitoring mode is the primary consideration of the operating unit， programmable controller （referred to as "PLC"） because of its network convenient and reliable High， easy to maintain， adaptability and other characteristics in the public grid tunnel monitoring to play a very significant role.

【Key words】Tunnel；Programmable controller；PLC； public grid tunnel

1. PLC的優點

公格爾隧道是G314線奧依塔克━布倫口段公路建設項目中的一條公路隧道，全長2635米。根據交公路發【2005】495號文的定義，該公路屬于長隧道，應設隧道控制系統和隧道管理站，在該隧道按照有關要求布設有交通誘導、交通檢測、環境檢測、通風照明、火災報警等設備，設備品種多、控制方式復雜，如何進行有效控制來提高設備的管理使其達到最好的經濟效益是公路運營管理部門最關注的問題。在本項目實施過程中采用了遠程控制與本地區域控制器相結合的PLC技術，充分發揮其具有可靠性高、抗干擾能力強、通用性強、編程簡單、控制程序可變、容易掌握、維護方便等特點。

2. PLC的構成

（1）PLC主要由CPU（中央處理器“Central Processing Unit”的縮寫）模塊、輸入/輸出（I/O）模塊、電源模塊、通信模塊等組成。

（2）CPU是PLC的核心，起神經中樞的作用，相當于人的大腦，它接收并存貯用戶程序和數據，通過掃描的方式采集由外場機電設施送來的狀態或數據并存儲，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態以及編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中讀取指令，通過分析后再按指令規定的任務產生相應的控制信號，去控制相關設備。

（3）輸入/輸出（I/O）模塊，用于接收和采集外場機電設施的信號，然后通過CPU進行處理，最后由輸出模塊給外場機電設施發出控制指令。輸入/輸出（I/O）模塊主要有開關量輸入/開關量輸出（DI/DO）模塊、模擬量輸入/開關量輸出（AI/AO）模塊等組成。

（4）開關量是指只有開和關（1或0）兩種狀態的信號，如隧道洞口的交通信號燈紅、綠、黃的三種顯示狀態，隧道內的車道控制標志直行（“↑”）、左轉（“←”）、禁止通行（“×”）的顯示狀態，照明系統的基本照明、加強照明、應急照明等；風機的正轉、反轉、停止等。

（5）模擬量是指連續變化的量。如隧道光強度檢測器、一氧化碳/能見度（CO/VI）檢測儀、風速風向檢測儀等實時檢測的數據信息。

（6）電源模塊主要是為PLC各模塊提供工作電源，它是PLC能否正常工作的關鍵，工作電源一般有交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（24VAC）。PLC除了以上模塊之外，還有通信模塊，大部分都帶有RS232/RS485低速率接口，方便隧道內的電光誘導標、火災報警控制器、可變信息標志等設備與PLC進行通信，發送實時工作狀態信息，并接收PLC及上一級的控制指令。

3. PLC的應用

（1）隧道監控模式主要分為兩種，一種是集散式控制模式，適用于短隧道；一種是現場總線控制模式，適用于長隧道。公格爾隧道采用就是現場總線控制模式，施工方便，且可靠性較高。

（2）隧道機電監控網絡由設在遠端的監控中心和隧道內（包括洞口變電所）的區域控制器（PLC）以及相關的通信線路組成。監控中心操作人員可通過網絡遠程監視和指揮隧道內和道路的運營情況。通常在隧道變電所內各設一臺區域控制器作為主控PLC，隧道每隔一定的距離設置一臺區域PLC。其中，主控PLC作為現場總線結構主站，不但監控相關機電設備，而且還傳遞其他區域控制器的數據，負責與現場監控工作站交換數據；區域PLC用于與現場監控機電設備進行通信，以及與相鄰的PLC之間連接成環，進行通信。

（3）整個隧道區段的PLC組成光纖自愈環網，在公格爾隧道監控中，機電設備較多，PLC光纖環網節點較多，往往會在隧道環網上設立兩臺主控PLC，這樣區域PLC環網通過變電所的兩臺主控PLC與監控中心通信，兩臺主控PLC共有兩條以太網鏈路與監控中心相連，互為備份，從而大大增加了監控中心與PLC網絡間的通信可靠性。

（4）隧道交通誘導設備（如可變情報板、車道控制標志等）、交通檢測設備（如車輛檢測器）、環境檢測設備（如CO/VI檢測儀、風速風向檢測儀、光強度檢測器等）、通風設備、照明設備、火災報警等設備統一由隧道PLC聯網來實現全程控制。各隧道PLC對現場各機電設施進行實時信息采集，然后將采集的信息上傳至監控中心，各設備之間實現信息聯網，通過軟件編程按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖動作控制，同時PLC按所設定的程序以及監控中心的指令對現場機電設備進行相應的動作。隧道交通控制有遠程控制、現場本地控制兩種情況，遠程控制還分自動控制、人工控制；正常情況下，監控室計算機系統通過所設定的程序對現場設備進行自動控制，特殊情況下或緊急情況時采用人工遠程控制。當現場與監控中心中斷時，PLC還可對隧道機電設施進行現場本地控制，同時存儲實時采集的數據信息，隧道監控系統因此不受通信中斷的影響而能繼續正常的運行。endprint

（5）可以說隧道監控的綜合控制器是整個隧道監控的關鍵所在。綜合控制器品質的好壞和是否可靠，將直接影響到隧道正常運行和后期維護的要求。PLC設備的選型主要是由輸入/輸出（I/O）點數的多少來確定，CPU的配置及處理能力與I/O點數息息相關，隧道監控一般采用的是32位RISC的CPU，基本指令處理速度可達0.02us。隧道設備布設密集的地方主要在洞口600米的范圍內，I/O點數一般在150點以內，其他區域的PLC的I/O點數一般在60點左右。統計I/O點數后，計算PLC需要配置多少塊I/O模塊以滿足該區域的監控需求。在隧道機電控制中，每套PLC一般情況下只配置一個CPU模塊和一個電源模塊，但對于公格爾隧道來說，隧道內控制的點較多，PLC設置也較多，為了更好的傳輸和控制，主控PLC會配置2個CPU模塊和電源模塊，以保證系統的穩定性。另外，在主控PLC上還配有液晶觸摸屏，用來設備操作和顯示其反饋信息及檢查所轄各設備的狀態。

4. 結束語

公格爾隧道監控采用PLC可編程控制器進行集中控制，大大提高了控制系統的可靠性和自控程度，為隧道交通提供了更可靠的運行保障。可編程控制器（PLC）其電路結構簡單，監控系統不僅自動化程度高，還具有在線修改功能，靈活性強，特別適用于公格爾隧道環境比較惡劣的監控場合。

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[文章編號]1619-2737（2017）07-02-637endprint