PLC在高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)中的實踐分析

武文天

摘? ?要：隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，交通運輸行業(yè)得到了進步，高速公路的數(shù)量在不斷增多，隧道建設(shè)的數(shù)量也有所提高。我國雖然國土面積較大，但是實際的地理環(huán)境十分復(fù)雜。因此對于隧道來講，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮著非常大的作用。在高速公路隧道中安裝PLC監(jiān)控系統(tǒng)，能夠有效地獲取隧道中的相關(guān)信息數(shù)據(jù)，保障隧道內(nèi)車輛運行的安全。文章通過對PLC在高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用進行分析，并且提出一些意見，為高速公路隧道建設(shè)的發(fā)展提供一點參考。

關(guān)鍵詞：可編程邏輯控制器;高速公路;隧道監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)在高速公路隧道中發(fā)揮了非常大的作用。目前的高速公路隧道安裝的監(jiān)控系統(tǒng)主要是可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）系統(tǒng)。這是由于PLC系統(tǒng)本身具有非常強的抗干擾能力，并且可靠性和靈活性也能夠滿足高速公路隧道的需求。這種智能化的系統(tǒng)能夠?qū)Ω咚俟愤M行有效的管理，保障高速公路的運行安全，促進高速公路安全、可靠地發(fā)展。文章通過對PLC在高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用進行分析研究，對高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展具有非常重要的意義。

1? ? PLC的概念以及主要的程序

在高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)當中，PLC程序能夠?qū)λ采w的區(qū)域內(nèi)的設(shè)備進行信息的檢測和收集[1]。在這一過程當中主要會涉及CO/VI檢測器和車輛檢測器，同時通過該程序還能夠?qū)σ咽占降男畔⑦M行初步處理，例如對高速公路隧道而言，在正常的運行情況下隧道內(nèi)一氧化碳質(zhì)量濃度在150～250×10-6。如果隧道內(nèi)車輛行駛平均在10 km/h，隧道內(nèi)的一氧化碳會達到300×10-6。此時，由于隧道內(nèi)的濃度過高，PLC程序就能夠自動開啟通風設(shè)備來進行氣體疏散，保證高速隧道內(nèi)的正常濃度。另外，對于高速隧道來講，隧道內(nèi)正常的風速是10 m/s，一旦風速發(fā)生變化，PLC程序也會對風速進行測量和數(shù)據(jù)的記錄。對于PLC程序來講，隧道內(nèi)部的控制器會對所儲存的數(shù)據(jù)進行處理和分析，例如隧道內(nèi)能見度和煙霧濃度等內(nèi)容都需要進行及時的處理，處理后會將處理結(jié)果上傳到中心服務(wù)器當中，通過這樣的方式就能夠保證高速隧道運輸?shù)陌踩头€(wěn)定[2]。另外，PLC程序除了能夠進行數(shù)據(jù)的收集和處理之外，還能夠接收管理工作站內(nèi)所發(fā)出的控制命令，通過將控制命令和設(shè)備運行狀態(tài)進行分析和比較，能夠?qū)υO(shè)備進行調(diào)整和控制，保證設(shè)備的正常運行[3]。

2? ? PLC高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

2.1? 對PLC監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備進行選型

高速公路隧道內(nèi)部環(huán)境較為惡劣，不僅潮濕而且還具有腐蝕性的氣體，這是由于在長時間的運輸過程中，汽車尾氣中的碳導(dǎo)電粉塵游離到了隧道當中，污染了隧道當中的空氣而造成的。在實際的高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)中，為了保證外部信號源不影響監(jiān)控系統(tǒng)的運行，就要對監(jiān)控系統(tǒng)的控制模塊和繼電器等設(shè)備進行嚴格的篩選，這樣才能夠保證PLC程序能夠發(fā)揮出應(yīng)有的作用[4]。對于高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)PLC程序來講，控制單元的可以選擇ABB的控制模塊，而執(zhí)行終端可以選擇放在防水性能好的定制機柜內(nèi)。另外，在選擇PLC模塊時，可以選擇歐姆龍或者是施耐德等產(chǎn)品，這類產(chǎn)品的性能較好，而且質(zhì)量較高。可以利用模塊化結(jié)構(gòu)，這樣不僅能夠保證PLC程序的適應(yīng)性，在實際的使用過程中也較為方便。

2.2? PLC監(jiān)控設(shè)備的通信方式

對于高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)來講，PLC程序的控制單元通常使用rs-232系列的接口。這種接口在實際的監(jiān)控系統(tǒng)運行過程中，能夠?qū)νㄐ蓬l率進行控制，使通信的速率達到9 600 bps。在PLC程序當中，中斷機柜和機箱的連接通信頻率都是9 600 bps。同時在實際的運行過程中，通信電纜能夠?qū)﹄p絞線進行屏蔽，而為了使上下隧道的可靠性得到提高，需要利用閉環(huán)通信。這種通信方式會使電纜的長度變長，最長的單條電纜就可達到1 800 m，隨著光纜的普及，隧道中也越來越多地使用光纜作為通信的主要傳輸介質(zhì)。對于整個系統(tǒng)來講，使用的通信方式主要是自由協(xié)議，在每個儀表和終端之間都利用標準通信協(xié)議的方式進行數(shù)據(jù)的傳輸，并且在PLC程序的終端和控制單元中也利用這種方式[5]。

2.3? PLC監(jiān)控設(shè)備的系統(tǒng)軟件配置

高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的軟件配置主要是利用Windows7操作系統(tǒng)作為編程環(huán)境。該系統(tǒng)包括了數(shù)據(jù)庫的編程，主要利用主控和備用PLC控制單元來進行操作[6]。在系統(tǒng)當中，菜單結(jié)構(gòu)采用下拉的結(jié)構(gòu)來進行畫面的排布，要想顯示菜單內(nèi)的圖形，可以進行下拉操作，再根據(jù)系統(tǒng)提示進行下一步的操作。在PLC程序中，終端機軟件一般會利用語句表和梯形圖進行編程。

3? ? 高速公路PLC編程

3.1? 交通控制程序的編程

對于PLC程序來講，通過進行交通控制程序的編程，能夠?qū)Ω咚俟匪淼纼?nèi)通過的車輛信息進行讀取。所讀取的信息除車輛檢測出的數(shù)據(jù)之外，還包括車輛在隧道內(nèi)時隧道內(nèi)環(huán)境的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行收集處理后上傳到上位機。上位機中有設(shè)定好的交通模式，能夠?qū)λ鶄鬏數(shù)臄?shù)據(jù)進行處理和分析，從而對高速公路隧道內(nèi)車道的標志和信號燈進行控制。另外，上位機還能根據(jù)所設(shè)置的狀態(tài)和信息對車輛的檢測器進行控制，一旦出現(xiàn)故障問題會發(fā)出報警信號，這時應(yīng)當對車輛的檢測器進行校對。這樣才能夠保證檢測器和上位機保持一致，才能夠保證上位機控制準確性。上位機在對車道引導(dǎo)標志和交通信號進行控制的過程當中，主要分為3個級別：監(jiān)控分中心、隧道監(jiān)控室以及現(xiàn)場前端設(shè)備。在控制的過程當中，監(jiān)控分中心的控制可以利用PLC程序進行自動控制，也可以利用人工遠程進行控制。而對于隧道監(jiān)控室的控制來講，主要是通過電腦和觸摸屏來進行控制;現(xiàn)場前端設(shè)備的控制一般是人工進行手動控制。在一般情況下，上位機能夠?qū)嚨纼?nèi)的標志和指示燈進行自動的控制，如果上位機出現(xiàn)了故障問題，就可以利用控制屏來對車道的指示標志和信號燈進行控制。另外，一旦現(xiàn)場的通信設(shè)備出現(xiàn)故障，也可以利用手動的方式對其進行控制，這種冗余的控制方式也保證了運輸?shù)陌踩头€(wěn)定。

3.2? 通風控制程序的編程

在高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的PLC程序中，進行通風控制程序的編程能夠?qū)λ淼赖慕煌亢涂諝獾囊谎趸紳舛葦?shù)據(jù)進行準確的檢測。通過對檢測結(jié)果進行分析也能夠控制風機的運行臺數(shù)和運行時間。這樣不僅能夠控制隧道內(nèi)的氣體濃度和車輛通過率，也能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能運行的目標，延長風機的使用壽命。在隧道內(nèi)，一旦發(fā)生火災(zāi)，PLC程序中的通風控制程序能夠及時進行地排煙處理，并且將火情上報給監(jiān)控人員，保證隧道的安全通行，提高隧道通行的舒適性。通風控制程序能夠在各種狀況下對風機采取有針對性的控制措施，將風機的運行狀態(tài)實時顯示出來，并且對于存在故障的風機及時上報到上位機。同時，通風控制程序還能夠?qū)γ總€風機的運行時長進行統(tǒng)計，在實際的運行過程中讓運行時長較少的風機先進行工作，使各個風機之間達到平衡，能夠有效地延長風機的使用壽命。

3.3? 照明控制程序的編程

對于高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的PLC程序來講，通過進行照明控制程序的編程，能夠?qū)Χ赐獾膹姽膺M行有效地檢測，通過對檢測結(jié)果進行具體的分析后，能夠控制隧道內(nèi)的照明系統(tǒng)，從而提高車輛行駛的安全性，不僅滿足了照明的需求，還實現(xiàn)了節(jié)能的目標[7]。同時該程序還能夠?qū)λ淼纼?nèi)的照明情況進行監(jiān)督和管理，一旦照明燈具出現(xiàn)了故障或者是損壞，會及時發(fā)出提示。也會根據(jù)隧道內(nèi)的照明光度進行數(shù)據(jù)的分析，若照明光度的數(shù)據(jù)存在問題，會發(fā)出報警提示維修人員及時進行故障的處理和維修。在該程序的自動控制程序中，無論何時應(yīng)，急照明燈都會一直保持安全供電，若發(fā)生火災(zāi)，隧道內(nèi)的照明燈會瞬間全亮，保證隧道內(nèi)的照明，能夠有效地保證車輛運行的安全。隧道內(nèi)的照明控制一般由人工、自動或者是人工遠程控制3種方式來進行。通過照明控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)隧道內(nèi)的自動照明，遠程控制由照明控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)共同組成。

4? ? 結(jié)語

對于高速公路來講，通過在隧道當中安裝監(jiān)控系統(tǒng)，能夠保障高速公路運輸?shù)陌踩头€(wěn)定。并且，對于隧道這種惡劣的通行環(huán)境，PLC監(jiān)控系統(tǒng)本身的抗干擾能力、可靠性和靈活性都為高速公路隧道的運行和安全提供了有力的保障。同時也能夠利用該系統(tǒng)獲取高速公路隧道的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，為高速公路隧道的建設(shè)發(fā)展提供更準確的數(shù)據(jù)。另外，在目前科學技術(shù)快速發(fā)展的形勢下，現(xiàn)場總線技術(shù)已經(jīng)得到了進一步的提升，PLC技術(shù)也得到了創(chuàng)新和發(fā)展，在未來，該技術(shù)將會為高速公路隧道建設(shè)提供更有力的技術(shù)支持。

[參考文獻]

[1]丁勇.基于GEPLC的高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與研究[J].山西電子技術(shù)，2017（1）：9-11.

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[3]周宏福.和榆高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].長春：吉林大學，2014.

[4]李智.簡化BIM模型構(gòu)建高速公路隧道機電設(shè)施運維綜合管理平臺的研究[D].福州：福州大學，2017.

[5]郭雷雷.高速公路隧道群監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].太原：太原科技大學，2013.

[6]吳濤.特長公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的冗余控制設(shè)計與實現(xiàn)[D].西安：長安大學，2013.

[7]張建軍，陳光景，張金萍.基于霍尼韋爾PLC和力控組態(tài)軟件的高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子測試，2013（Z1）：91-96.