(湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院)

龍永高速砂子坡隧道PLC自動控制應(yīng)用分析

李謨珍

(湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院)

本文主要介紹了我國目前隧道監(jiān)控系統(tǒng)的主要內(nèi)容和控制要求，同時以單隧道為例，具體說明了隧道監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用。

工業(yè)以太網(wǎng);可編程序控制器;現(xiàn)場總線

一、 概述

隧道監(jiān)控系統(tǒng)是對隧道交通和隧道內(nèi)環(huán)境、通風(fēng)設(shè)備、照明設(shè)備以及供配電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、檢測和控制的系統(tǒng)。一般來講，隧道監(jiān)控系統(tǒng)包括中央計算機(jī)管理系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、通風(fēng)控制系統(tǒng)、照明控制系統(tǒng)、交通誘導(dǎo)及控制系統(tǒng)、火災(zāi)檢測及報警系統(tǒng)、閉路電視系統(tǒng)、緊急電話與廣播系統(tǒng)、供配電監(jiān)控系統(tǒng)等等，肩負(fù)著監(jiān)視與控制、平滑交通流量、保障安全和節(jié)能環(huán)保的功能。

二、 隧道監(jiān)控系統(tǒng)的主要內(nèi)容和控制要求

為了保證隧道內(nèi)良好的行車環(huán)境, 以及必要時能夠?qū)νㄐ械能囕v做出合理的誘導(dǎo)，通常在隧道內(nèi)設(shè)置一定保護(hù)行車環(huán)境和便于交通誘導(dǎo)的機(jī)電設(shè)備。按照功能可以劃分為交通檢測與誘導(dǎo)設(shè)備、通風(fēng)檢測與控制設(shè)備，相應(yīng)為控制這些設(shè)施分別設(shè)置了交通檢測控制系統(tǒng)和通風(fēng)檢測控制系統(tǒng)。

交通檢測控制系統(tǒng)

交通檢測控制系統(tǒng)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(dǎo)設(shè)備。車道指示標(biāo)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(fēng)檢測控制系統(tǒng)

通風(fēng)檢測控制系統(tǒng)中包含風(fēng)速檢測儀、一氧化碳和能見度檢測儀。該控制系統(tǒng)作用在于在實(shí)時檢測環(huán)境參數(shù)的基礎(chǔ)上, 控制隧道內(nèi)風(fēng)機(jī)的開啟、以使各項空氣指標(biāo)符合安全行車標(biāo)準(zhǔn),達(dá)到保障安全行車和節(jié)約能源的目的。各空氣指標(biāo)數(shù)據(jù)由PLC模擬量輸入模塊采集, 風(fēng)機(jī)的啟停通過 PLC的開關(guān)量輸出模塊程序控制中間繼電器實(shí)現(xiàn)控制。

照明檢測控制系統(tǒng)

照明檢測控制系統(tǒng)中包含洞內(nèi)光強(qiáng)檢測儀和洞外光強(qiáng)檢測儀。 目的在于不斷檢測洞內(nèi)外光強(qiáng)度的差別,調(diào)節(jié)隧道進(jìn)出口加強(qiáng)段等照明回路, 達(dá)到合適的隧道內(nèi)光照度 。光照度等參數(shù)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(shí)現(xiàn)控制。

三、應(yīng)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(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用。

案例：砂子坡隧道監(jiān)控

湖南省龍山至永順高速公路，路線全長91.086公里，設(shè)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(diǎn)，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(jiān)控方案主要就砂子坡隧道機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)的進(jìn)行說明。

整個隧道機(jī)電監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)由設(shè)在遠(yuǎn)端的監(jiān)控通信中心和隧道內(nèi)(包括砂子坡隧道變電所)的本地控制器以及相關(guān)的通信線路組成.監(jiān)控中心內(nèi)設(shè)有交通狀況模擬顯示大屏幕,工作站,監(jiān)控計算機(jī)群,打印機(jī),服務(wù)器,CCTV視頻墻等設(shè)備, 供操作人員監(jiān)視和指揮隧道內(nèi)和道路的運(yùn)營情況。

砂子坡隧道監(jiān)控系統(tǒng)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(nèi)，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(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)形成光纖冗余環(huán)網(wǎng)。光纖環(huán)網(wǎng)使得環(huán)路上任意兩個區(qū)域控制器間通信有兩條物理鏈路，這樣即使某處光纖出現(xiàn)斷裂故障,系統(tǒng)仍可以自動尋找到反方向的通信鏈路繼續(xù)維持通信，既增加了通信可靠性，又提供了在線不停機(jī)檢修通信的功能。砂子坡隧道變電所內(nèi)的主控本地控制器也通過100Mbps速率的光纖以太網(wǎng)與監(jiān)控通信中心相連，保證了監(jiān)控數(shù)據(jù)和指令的實(shí)時海量數(shù)據(jù)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(fēng)、本地控制系統(tǒng)信息進(jìn)行采集，同時按所設(shè)定的程序以及上位機(jī)的指令進(jìn)行相應(yīng)的動作。采集的信息經(jīng)光纖以太環(huán)網(wǎng)傳至控制室中央計算機(jī)上，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。另外，在主控制器上還配有液晶觸摸屏，用來對給設(shè)備操作和顯示其反饋信息及檢查所轄各設(shè)備的狀態(tài)，同時它可以取代手持式編程器對PLC進(jìn)行編程；而且，在隧道監(jiān)控中心的服務(wù)器上匯集了隧道各個設(shè)備實(shí)時信息，所以本地控制器不僅要能快速交換實(shí)時數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并能接受和執(zhí)行上位機(jī)的指令，通過服務(wù)器可對現(xiàn)場任一設(shè)備(照明、通風(fēng)、本地控制器)發(fā)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(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)不停機(jī)檢修功能。在隧道內(nèi)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(nèi)的區(qū)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(shù)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(shè)備相連，串行通信的數(shù)據(jù)協(xié)議是隨著制造商和設(shè)備而變的。在本控制系統(tǒng)中用于控制照明、通風(fēng)、電力、交通等設(shè)備的各個區(qū)域控制器均采用獨(dú)立的控制程序?？刂剖覂膳_中央計算機(jī)則通過Ethernet與上級控制中心聯(lián)系。

四、結(jié)語

由于篇幅所限，PLC在高速公路智能監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用不僅局限于此，在隧道十分惡劣的環(huán)境下，采用PLC是較為實(shí)用合理的，這種監(jiān)控方式較好地發(fā)揮了工業(yè)計算機(jī)和PLC的各自優(yōu)勢，充分利用了工業(yè)PC和PLC的各自優(yōu)勢，充分利用了工業(yè)計算機(jī)在信息管理和處理上的強(qiáng)大能力及PLC在現(xiàn)場控制中的靈活性。

[1]夏國華 高速公路隧道PLC的選型和應(yīng)用 《中國交通信息產(chǎn)業(yè)》

[2]趙忠杰 高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)講稿

[3]孫小明.高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的PLC應(yīng)用分析[J].可編程控制器與工廠自動化