龍永高速砂子坡隧道PLC自動控制應用分析

(湖南省交通規劃勘察設計院)

龍永高速砂子坡隧道PLC自動控制應用分析

李謨珍

(湖南省交通規劃勘察設計院)

本文主要介紹了我國目前隧道監控系統的主要內容和控制要求，同時以單隧道為例，具體說明了隧道監控系統的應用。

工業以太網;可編程序控制器;現場總線

一、 概述

隧道監控系統是對隧道交通和隧道內環境、通風設備、照明設備以及供配電設備進行監視、檢測和控制的系統。一般來講，隧道監控系統包括中央計算機管理系統、環境監測系統、通風控制系統、照明控制系統、交通誘導及控制系統、火災檢測及報警系統、閉路電視系統、緊急電話與廣播系統、供配電監控系統等等，肩負著監視與控制、平滑交通流量、保障安全和節能環保的功能。

二、 隧道監控系統的主要內容和控制要求

為了保證隧道內良好的行車環境, 以及必要時能夠對通行的車輛做出合理的誘導，通常在隧道內設置一定保護行車環境和便于交通誘導的機電設備。按照功能可以劃分為交通檢測與誘導設備、通風檢測與控制設備，相應為控制這些設施分別設置了交通檢測控制系統和通風檢測控制系統。

交通檢測控制系統

交通檢測控制系統中包含車道指示燈、交通信號燈、可變信息情報板等用于控制交通的誘導設備。車道指示標志、交通信號燈顯示信息通過PLC程序控制輸出繼電器來控制，可變信號情報板的顯示值通過PLC的串行通訊接口輸出來控制改變。

通風檢測控制系統

通風檢測控制系統中包含風速檢測儀、一氧化碳和能見度檢測儀。該控制系統作用在于在實時檢測環境參數的基礎上, 控制隧道內風機的開啟、以使各項空氣指標符合安全行車標準,達到保障安全行車和節約能源的目的。各空氣指標數據由PLC模擬量輸入模塊采集, 風機的啟停通過 PLC的開關量輸出模塊程序控制中間繼電器實現控制。

照明檢測控制系統

照明檢測控制系統中包含洞內光強檢測儀和洞外光強檢測儀。 目的在于不斷檢測洞內外光強度的差別,調節隧道進出口加強段等照明回路, 達到合適的隧道內光照度 。光照度等參數的采集由PLC模擬量輸入模塊采集,照明回路控制由 PLC程序控制輸出繼電器實現控制。

三、應用案例

下面以湖南省龍山至永順高速公路隧道為例，具體說明隧道監控系統的實際應用。

案例：砂子坡隧道監控

湖南省龍山至永順高速公路，路線全長91.086公里，設計速度80km/h，路基寬24.5m，為雙向四車道高速公路。項目起于恩施至來鳳公路終點，終于張家界至花垣高速公路海洛互通。本路全線有隧道16座，包括砂子坡隧道(3450m、3418m)，茅坪隧道(3087m、3092m), 廟嶺界隧道(714m、730m), 撮箕坡1號隧道(717m、835m), 撮箕坡2號隧道(97m、156m), 水畬村隧道(511m、524m),紅巖溪隧道(1699m、1680m)，觀音巖隧道(335m、350m)，永龍界隧道(1311m、1315m)，大干溪1號隧道(465m、485 m)，大干溪1號隧道(465m、485 m)，大干溪2號隧道(552m、498 m)，大干溪3號隧道(885m、878 m)，大干溪4號隧道(412m、413 m)，響米坳隧道(654m、684 m)，利布坳隧道(537m、460m)，大壩隧道(2238m、2264 m)。本監控方案主要就砂子坡隧道機電監控系統的進行說明。

整個隧道機電監控網絡由設在遠端的監控通信中心和隧道內(包括砂子坡隧道變電所)的本地控制器以及相關的通信線路組成.監控中心內設有交通狀況模擬顯示大屏幕,工作站,監控計算機群,打印機,服務器,CCTV視頻墻等設備, 供操作人員監視和指揮隧道內和道路的運營情況。

砂子坡隧道監控系統中，包括16套本地控制器，其中一套主控本地控制器置于砂子坡隧道1#房建變電所內，其余的本地控制器分散布置在砂子坡隧道上下行的各個位置，所有本地控制器通過100Mbps速率的工業以太網交換機形成光纖冗余環網。光纖環網使得環路上任意兩個區域控制器間通信有兩條物理鏈路，這樣即使某處光纖出現斷裂故障,系統仍可以自動尋找到反方向的通信鏈路繼續維持通信，既增加了通信可靠性，又提供了在線不停機檢修通信的功能。砂子坡隧道變電所內的主控本地控制器也通過100Mbps速率的光纖以太網與監控通信中心相連，保證了監控數據和指令的實時海量數據傳輸。

圖1 西門子 1500系列

圖2 西門子400系列

各PLC對照明、通風、本地控制系統信息進行采集，同時按所設定的程序以及上位機的指令進行相應的動作。采集的信息經光纖以太環網傳至控制室中央計算機上，實現聯網。另外，在主控制器上還配有液晶觸摸屏，用來對給設備操作和顯示其反饋信息及檢查所轄各設備的狀態，同時它可以取代手持式編程器對PLC進行編程；而且，在隧道監控中心的服務器上匯集了隧道各個設備實時信息，所以本地控制器不僅要能快速交換實時數據，進行數據采集，并能接受和執行上位機的指令，通過服務器可對現場任一設備(照明、通風、本地控制器)發布操作命令。在砂子坡隧道變電所選用了西門子的400系列(見圖1)PLC作為本地控制器400系列PLC具有雙CPU模塊，雙電源模塊，支持熱插拔，極大的提高了主控制器的可靠性，使得整個系統可以實現不停機檢修功能。在隧道內的8臺本地控制器我們選用西門子的1500系列(見圖2)PLC，它具有高速信息交換能力和良好控制功能，1500系列PLC作為隧道內的區域控制器。在每臺PLC上安裝有IP/TCP、RS-485/RS422或RS-232通訊端口，以便與多參數智能變送器、限速控制器、可變情報板顯示控制器等儀表控制設備相連，串行通信的數據協議是隨著制造商和設備而變的。在本控制系統中用于控制照明、通風、電力、交通等設備的各個區域控制器均采用獨立的控制程序?？刂剖覂膳_中央計算機則通過Ethernet與上級控制中心聯系。

四、結語

由于篇幅所限，PLC在高速公路智能監控系統中的應用不僅局限于此，在隧道十分惡劣的環境下，采用PLC是較為實用合理的，這種監控方式較好地發揮了工業計算機和PLC的各自優勢，充分利用了工業PC和PLC的各自優勢，充分利用了工業計算機在信息管理和處理上的強大能力及PLC在現場控制中的靈活性。

[1]夏國華 高速公路隧道PLC的選型和應用 《中國交通信息產業》

[2]趙忠杰 高速公路隧道監控系統講稿

[3]孫小明.高速公路隧道監控系統的PLC應用分析[J].可編程控制器與工廠自動化