浅谈PLC在隧道智能监控系统中的应用

【摘　要】安川高速公路隧道群多，在国内较为少见，整个隧道监控采用plc作为区域控制器进行隧道环境数据的采集和各子系统控制命令的，整个PLC系统依托隧道冗余环网，运行可靠，达到并满足联合设计的目的和要求。

【关键词】隧道；PLC；监控；控制

1.　项目概况

（1）安康至陕川界高速公路是国家高速公路网包（头）茂（名）线的重要组成部分，是西安市至重庆市的主要交通要道，也是陕西省“2367”公路网的重要组成部分，被省政府列为“十一五”发展规划的重点项目。其中，安康至毛坝高速公路长85.614公里，采用四车道高速公路标准，设计速度80公里/小时。设计隧道17座，其中有两条长隧道。毛坝至陕川界高速公路全长18.968公里，全线采用四车道高速公路标准建设，设计速度80公里/小时。设计隧道6座，其中有四条长隧道。

（2）安川高速公路隧道监控是全线监控的关键。六条长隧道设置了完整的监控统，包括交通监控子系统、通风监控子系统、照明监控系统、变电站供配电子系统、火灾报警子系统、CCTV监控子系统、隧道广播、以及隧道消防等子系统，其中交通监控、通风照明、隧道消防子系统的信息的采集和命令采用区域控制器（PLC）完成。

2.　PLC系统组成

本项目的本地控制器采用美国霍尼韦尔公司生产的ML200系列，六条长隧道共设置53套PLC，其中芭蕉隧道10套，天生桥隧道5套，毛坝1号隧道14套，毛坝2号隧道8套，麻柳隧道8套，牛角坪隧道8套。每个隧道的PLC系统分别在隧道左洞和右洞组成光纤冗余环网，冗余环网之间是两条独立的数据传输系统，互不干涉和相互影响。安装在主配电室内的交换机是隧道数据上传的枢纽，通过它可以将隧道PLC的相关数据与隧道监控分中心的服务器进行数据交换。主控PLC在监控室内连接一个本地触摸屏，实现PLC的现场控制功能。

3.　PLC的主要功能

3.1　收集本区段检测设备采集的信息，包括CO（一氧化碳）检测器、VI（能见度检测器）、洞外光强检测器等；

3.2　对收集信息进行预处理，并存储在本地的存储单元内。例如对CO检测器采集的值如果大于300PPM，就应该丢弃，因为CO检测器的最大量程只有300PPM；

3.3　实时将隧道内的本地控制器的存储单元中处理好的信息上传给监控管理所计算机；

3.4　接收隧道管理站计算机的各种控制命令（如控制风机的启、停、照明开、关等），将控制命令和设备运行状态比较后，发出对下端执行设备的控制指令（如发给风机、照明柜、车道控制标志、交通信号灯、水泵、防火卷帘门等的指令）；

3.5　可存储几个常用的预案和特殊的程序，如照明、通风控制预案；交通事故处理程序、火灾紧急处理程序等；

3.6　具有自检功能，可对自身的温度、电压以及通讯状态记录下来，供上端软件调用和提取；

3.7　具有时钟、存储器，能接受监控管理所的对时命令，自动和监控管理所保持时钟同步；

4.　PLC编程

4.1　交通子系统程序。

4.1.1　交通子系统维护程序。

交通子系统维护程序负责对隧道内的车道指示灯、横洞门以及隧道外的远程信号灯进行控制，并收集它们反馈回的信息。由于本项目设计隧道设备实现三级控制，所以交通子系统维护程序分为三种权限的控制：中心控制、管理所控制和现场控制。中心控制是隧道设备的最远端控制，它通过安装在监控中心的组态软件，通过监控网络对PLC进行的控制，它的权限最高；管理所控制是通过安装在隧道管理所的组态软件通过监控网络对PLC进行的控制，它相比中心控制来说层级相对较低、稳定性相对较大；现场控制是通过安装在隧道主配电室PLC柜上的触摸屏实现对PLC的控制，它是PLC最底层的控制，也是最稳定的一级控制。正常情况下由分中心负责隧道交通子系统的控制，当监控中心的上位机出现故障或者监控中心与隧道管理站的网络故障时，可以改由隧道隧道管理站的组态软件进行控制；当用户在下端维修设备时，可以将控制权限转由现场控制。

4.1.2　交通子系统预案程序。

交通子系统预案程序的目的是在隧道发生交通事故、火灾和其它特殊情况下需要在隧道进行交通指挥时，为用户能快捷的执行诸多交通方案提供一个图形界面。这些交通方案都是通过和用户沟通而得到的，实用性强，用户可以事故的类型和大小选择合适的预案执行。

4.2　通风子系统程序。

4.2.1　通风子系统维护程序。

通风子系统维护程序负责对隧道内的风机进行正转、停止、反转操作，并收集它们反馈回的正转、反转、故障信息。由于本项目设计隧道风机实现三级控制，所以通风子系统维护程序分为三种权限的控制：中心控制、管理所控制和现场控制。它的实现方式与交通子系统维护程序类似。用户操作通风子系统维护程序时需要注意：（1）风机启动的瞬间电压特别大（一般单台风机启动，瞬间电压可以达到100A），用户用启动风机时，两台风机之间必须留有一定的时间间隔，建议在20S。（2）风机正转和反转是叶轮朝着不同的方向旋转，用户不能在风机正转时，马上执行反转操作，这样对风机的发动机来说是个致命的伤害。

4.2.2　通风子系统预案程序。

通风子系统预案程序负责对隧道内的风机进行分类别操作，控制它们陆续运行。一般情况下，通风子系统预案有行车道正转、超车道正转、行车道停止、超车道停止、单洞正转、单洞停止等。这些预案的设计思路都是建立在开启单个风机后延时一段时间的基础上再开启相应风机。运行通风子系统预案程序时一定要事先考虑隧道配电室内的低压断路器的承载能力。

4.2.3　通风子系统自动控制程序。

通风子系统自动控制程序是根据PLC上的模拟量检测到的CO（一氧化碳）值、VI（烟雾浓度）值等信息来控制风机的运行台数、运行方向和运行时间，以达到实现节能运行和保持风机较佳寿命的控制运行的目的。

4.3　照明子系统程序。

4.3.1　照明子系统维护程序。

照明子系统维护程序负责对隧道内的照明回路进行开启、关闭操作，并收集它们反馈回的回路开启、照明控制柜手自动信息。由于本项目设计隧道照明实现三级控制，所以照明子系统维护程序分为三种权限的控制：中心控制、管理所控制和现场控制。它们的实现方式与交通子系统维护程序类似。一般来说，照明子系统维护程序一般仅用于维护人员检测隧道照明回路灯具的情况时使用。

4.3.2　照明子系统预案程序。

照明子系统预案程序是根据不同天气需要不同亮度等级的原理编制而成的，本系统提供了5种天气情况下的预案，它们分别是晴天模式、少云模式、多云模式、阴天模式和重阴模式。照明子系统预案在晴天模式下隧道亮度等级最高、重阴模式最低。用户可以根据不同的天气状况，选择相应的照明子系统预案。

4.3.3　照明子系统时序控制程序。

隧道照明子系统时序控制程序是根据昼间、夜间对亮度需求的差别，在相应时段开启相应的灯具，本系统利用PLC自身提供的时钟功能，自动辨识昼间、夜间。用户只需设置一次设置，既可实现昼、夜间亮度的不同需求又可达到行车安全、节约能源的效果。

4.3.4　照明子系统自动控制程序。

照明子系统自动控制程序利用PLC上模拟量采集到的洞内外光强数据来控制隧道的照明系统，调节出入口以及洞内的照明，保证行车的安全，以及在满足照明要求的情况下达到节能运行的目的。

5.　结束语

安川高速公路开通运行近半年来，整个隧道隧道监控系统运行相当稳定，尽管这边隧道内的自然条件特别恶劣，PLC依然能正常工作。纵观目前隧道监控技术的发展，以PLC为核心的隧道区域控制思想仍将长期处于不可动摇的设计理念。

参考文献

［1］　罗智佳，钟汉枢等.公路隧道照明控制系统［J］.交通与计算机，2005，23（125）：117～119.

［2］　《公路隧道通风照明设计规范》交通部JTJ　026.1-1999.

［3］　《公路隧道设计规范》JTG　D70-2004.

［4］　《高速公路机电系统》翁小熊　人民交通出版社.

［5］　《隧道工程》覃仁辉、王成、杨其新 重庆大学出版社 2002.

［6］　《包（头）茂（名）陕西境安康至毛坝至陕川界高速公路机电工程合同文件》.