PLC在高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

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，在國內(nèi)較為少見，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PLC系統(tǒng)組網(wǎng)方便，運(yùn)行可靠,達(dá)到并滿足設(shè)計的目的和要求。1引言福鼎分水關(guān)至寧德城關(guān)段高速公路是國家規(guī)劃的“兩縱兩橫”國道主干線之一同江至三亞公路在福建的一段，起點(diǎn)接浙江省甬臺溫高速公路，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，雙向四車道，設(shè)計車速80Km/h，全長141公里，沿線設(shè)有互通立交十座，超過一公里的長隧道八條，一公里以下短隧道六條，全線隧道單洞長度達(dá)二十公里，隧道監(jiān)控是全線監(jiān)控的關(guān)鍵。八條長隧道設(shè)置了完整的監(jiān)控系統(tǒng)，包括交通監(jiān)控、通風(fēng)、照明、變電站供配電、火災(zāi)報警、CCTV監(jiān)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OMRON公司的大中型機(jī)CS1系列，八條長隧道十六個單洞共用78套PLC，其中坑門里隧道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ControllerLink冗余令牌環(huán)網(wǎng)的控制系統(tǒng)。ControllerLink是OMRON的主要的FA級別的網(wǎng)絡(luò)，它支持在PLC之間及PLC和上位機(jī)之間的自動數(shù)據(jù)鏈接，也可使用信息服務(wù)進(jìn)行可編程的數(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，對低成本的通信系統(tǒng)，可使用雙絞線電纜。78套本地控制器的PLC通過光纖通信模塊CS1W-CLK52分別組成16個光纖ContollerLink冗余令牌環(huán)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。3PLC系統(tǒng)組成每個隧道的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HostLink與主控PLC相連，并與隧道監(jiān)控分中心的服務(wù)器通過以太網(wǎng)模塊CS1W-ETN01、HUB、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)控室內(nèi)連接一個本地觸摸屏，并通過MODEM與監(jiān)控分中心的一個遠(yuǎn)程觸摸屏相連。隧道PLC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成圖：2、通風(fēng)控制程序通風(fēng)控制程序根據(jù)檢測到的透過率、CO濃度數(shù)據(jù)、交通量數(shù)據(jù)，控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行臺數(shù)、風(fēng)向和運(yùn)行時間，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，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，并將每臺風(fēng)機(jī)的狀態(tài)（正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停機(jī)）、自動手動狀態(tài)顯示、總故障信號傳給上位機(jī)。自動統(tǒng)計風(fēng)機(jī)運(yùn)行時間，累計運(yùn)行時間最短的風(fēng)機(jī)優(yōu)先啟動，以便平衡各臺風(fēng)機(jī)的勞逸程度，延長風(fēng)機(jī)的使用壽命。自動根據(jù)CO濃度、透過率值、交通量狀況、火災(zāi)報警等綜合情況控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。每臺風(fēng)機(jī)啟動需短暫延時，才允許其它風(fēng)機(jī)啟動，以減少對變電站供電的沖擊。通風(fēng)控制子系統(tǒng)控制方式可以有如下四級：——監(jiān)控分中心：自動控制、人工遠(yuǎn)程控制——隧道監(jiān)控室：自動控制、人工控制——隧道變電所：人工手動控制——通風(fēng)機(jī)開關(guān)箱：人工手動控制正常情況下將隧道變電所的風(fēng)機(jī)控制轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“自動”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，自動完成子系統(tǒng)的各項功能。系統(tǒng)在故障或需要時經(jīng)過轉(zhuǎn)換應(yīng)在前三級的任一級上維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在對通風(fēng)設(shè)備和通風(fēng)控制子系統(tǒng)需要進(jìn)行維修和測試時則可以采取隧道監(jiān)控室人工、變電所人工、通風(fēng)機(jī)就地開關(guān)箱處人工控制的方式?？刂品绞降膬?yōu)先權(quán)為：人工高于自動，人工方式時是按四級順序優(yōu)先級由低到高，自動方式時是隧道監(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人工確認(rèn)后進(jìn)行風(fēng)機(jī)自動控制，另一種是根據(jù)CO和透過率檢測器檢測到的實(shí)際數(shù)據(jù)與環(huán)境指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值比較，來實(shí)時調(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，保證行車的安全，以及在滿足照明要求的情況下達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的目的，同時對洞內(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)燈泡亮度不足的報警功能，即能夠通過洞內(nèi)光強(qiáng)儀采集數(shù)據(jù)與設(shè)定值比較后提示維護(hù)部門更換燈具。在自動（控制方式中，發(fā)生火災(zāi)事故時，洞內(nèi)所有照明自動全亮。在自動（本地）、遠(yuǎn)控（人工/自動）控制方式中，任何時候確保有一路基本照明燈亮。此隧道照明有人工、自動（本地）、遠(yuǎn)控（手動/光強(qiáng)）三種方式，其中人工/自動（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）的狀態(tài)信號傳給監(jiān)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)控制方式時由監(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。各個照明回路的執(zhí)行控制由照明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。照明系統(tǒng)將照明回路開關(guān)分合狀態(tài)信號傳給監(jiān)控系統(tǒng)，照明系統(tǒng)提供繼電器干接點(diǎn)。對照明燈可用觸摸屏NT31C達(dá)到手動控制目的。照明控制流程圖4、變電站監(jiān)視控制程序PLC對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。主要是對高壓電源進(jìn)線開關(guān)狀態(tài)、低壓總開關(guān)狀態(tài)、每段低壓母線的電壓、變電站故障總信號，柴油發(fā)電機(jī)的起、停、總故障信號等進(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，并且把采集的信號傳送至監(jiān)控分中心。另外，根據(jù)變電站的電源狀況控制風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的工作。對無電源的變電站不會使該站供電風(fēng)機(jī)運(yùn)行，并在低電壓狀況下調(diào)控風(fēng)機(jī)的啟動。6結(jié)束語高速公路開通運(yùn)行后，隧道監(jiān)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?，F(xiàn)在自動化技術(shù)日新月異，現(xiàn)場總線技術(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)不可動搖的位置。交通隧道控制四個步驟及程序1、交通控制程序交通控制程序負(fù)責(zé)讀取車輛檢測器、車道指示標(biāo)志、情報板的狀態(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，控制車道指示標(biāo)志和交通信號燈的狀態(tài)。并根據(jù)上位機(jī)設(shè)置的狀態(tài)及信息。實(shí)現(xiàn)對車輛檢測器、車道指示標(biāo)志、情報板、交通信號燈的控制。在發(fā)生通信故障時，產(chǎn)生報警信號。定時給車輛檢測器校時，以保證車輛檢測器時間的一致性。2、通風(fēng)控制程序通風(fēng)控制程序根據(jù)檢測到的透過率、CO濃度數(shù)據(jù)、交通量數(shù)據(jù)，控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行臺數(shù)、風(fēng)向和運(yùn)行時間，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，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，保證行車的安全，以及在滿足照明要求的情況下達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的目的，同時對洞內(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PLC對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。主要是對高壓電源進(jìn)線開關(guān)狀態(tài)、低