武文天

摘? ?要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通運(yùn)輸行業(yè)得到了進(jìn)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(guó)雖然國(guó)土面積較大，但是實(shí)際的地理環(huán)境十分復(fù)雜。因此對(duì)于隧道來(lái)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(yùn)行的安全。文章通過(guò)對(duì)PLC在高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，并且提出一些意見(jiàn)，為高速公路隧道建設(shè)的發(fā)展提供一點(diǎn)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(qiáng)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(jìn)行有效的管理，保障高速公路的運(yùn)行安全，促進(jìn)高速公路安全、可靠地發(fā)展。文章通過(guò)對(duì)PLC在高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析研究，對(duì)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(dāng)中，PLC程序能夠?qū)λ采w的區(qū)域內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行信息的檢測(cè)和收集[1]。在這一過(guò)程當(dāng)中主要會(huì)涉及CO/VI檢測(cè)器和車輛檢測(cè)器，同時(shí)通過(guò)該程序還能夠?qū)σ咽占降男畔⑦M(jìn)行初步處理，例如對(duì)高速公路隧道而言，在正常的運(yùn)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(huì)達(dá)到300×10-6。此時(shí)，由于隧道內(nèi)的濃度過(guò)高，PLC程序就能夠自動(dòng)開(kāi)啟通風(fēng)設(shè)備來(lái)進(jìn)行氣體疏散，保證高速隧道內(nèi)的正常濃度。另外，對(duì)于高速隧道來(lái)講，隧道內(nèi)正常的風(fēng)速是10 m/s，一旦風(fēng)速發(fā)生變化，PLC程序也會(huì)對(duì)風(fēng)速進(jìn)行測(cè)量和數(shù)據(jù)的記錄。對(duì)于PLC程序來(lái)講，隧道內(nèi)部的控制器會(huì)對(duì)所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，例如隧道內(nèi)能見(jiàn)度和煙霧濃度等內(nèi)容都需要進(jìn)行及時(shí)的處理，處理后會(huì)將處理結(jié)果上傳到中心服務(wù)器當(dāng)中，通過(guò)這樣的方式就能夠保證高速隧道運(yùn)輸?shù)陌踩头€(wěn)定[2]。另外，PLC程序除了能夠進(jìn)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(guò)將控制命令和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析和比較，能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行調(diào)整和控制，保證設(shè)備的正常運(yùn)行[3]。

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

2.1? 對(duì)PLC監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)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(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)輸過(guò)程中，汽車尾氣中的碳導(dǎo)電粉塵游離到了隧道當(dāng)中，污染了隧道當(dāng)中的空氣而造成的。在實(shí)際的高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)中，為了保證外部信號(hào)源不影響監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行，就要對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的控制模塊和繼電器等設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)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(duì)于高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)PLC程序來(lái)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(jī)柜內(nèi)。另外，在選擇PLC模塊時(shí)，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?？梢岳媚K化結(jié)構(gòu)，這樣不僅能夠保證PLC程序的適應(yīng)性，在實(shí)際的使用過(guò)程中也較為方便。

2.2? PLC監(jiān)控設(shè)備的通信方式

對(duì)于高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)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(shí)際的監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，能夠?qū)νㄐ蓬l率進(jìn)行控制，使通信的速率達(dá)到9 600 bps。在PLC程序當(dāng)中，中斷機(jī)柜和機(jī)箱的連接通信頻率都是9 600 bps。同時(shí)在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，通信電纜能夠?qū)﹄p絞線進(jìn)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(huì)使電纜的長(zhǎng)度變長(zhǎng)，最長(zhǎng)的單條電纜就可達(dá)到1 800 m，隨著光纜的普及，隧道中也越來(lái)越多地使用光纜作為通信的主要傳輸介質(zhì)。對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來(lái)講，使用的通信方式主要是自由協(xié)議，在每個(gè)儀表和終端之間都利用標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議的方式進(jìn)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(kù)的編程，主要利用主控和備用PLC控制單元來(lái)進(jìn)行操作[6]。在系統(tǒng)當(dāng)中，菜單結(jié)構(gòu)采用下拉的結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行畫面的排布，要想顯示菜單內(nèi)的圖形，可以進(jìn)行下拉操作，再根據(jù)系統(tǒng)提示進(jìn)行下一步的操作。在PLC程序中，終端機(jī)軟件一般會(huì)利用語(yǔ)句表和梯形圖進(jìn)行編程。

3? ? 高速公路PLC編程

3.1? 交通控制程序的編程

對(duì)于PLC程序來(lái)講，通過(guò)進(jìn)行交通控制程序的編程，能夠?qū)Ω咚俟匪淼纼?nèi)通過(guò)的車輛信息進(jìn)行讀取。所讀取的信息除車輛檢測(cè)出的數(shù)據(jù)之外，還包括車輛在隧道內(nèi)時(shí)隧道內(nèi)環(huán)境的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集處理后上傳到上位機(jī)。上位機(jī)中有設(shè)定好的交通模式，能夠?qū)λ鶄鬏數(shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，從而對(duì)高速公路隧道內(nèi)車道的標(biāo)志和信號(hào)燈進(jìn)行控制。另外，上位機(jī)還能根據(jù)所設(shè)置的狀態(tài)和信息對(duì)車輛的檢測(cè)器進(jìn)行控制，一旦出現(xiàn)故障問(wèn)題會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，這時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)車輛的檢測(cè)器進(jìn)行校對(duì)。這樣才能夠保證檢測(cè)器和上位機(jī)保持一致，才能夠保證上位機(jī)控制準(zhǔn)確性。上位機(jī)在對(duì)車道引導(dǎo)標(biāo)志和交通信號(hào)進(jìn)行控制的過(guò)程當(dāng)中，主要分為3個(gè)級(jí)別：監(jiān)控分中心、隧道監(jiān)控室以及現(xiàn)場(chǎng)前端設(shè)備。在控制的過(guò)程當(dāng)中，監(jiān)控分中心的控制可以利用PLC程序進(jìn)行自動(dòng)控制，也可以利用人工遠(yuǎn)程進(jìn)行控制。而對(duì)于隧道監(jiān)控室的控制來(lái)講，主要是通過(guò)電腦和觸摸屏來(lái)進(jìn)行控制;現(xiàn)場(chǎng)前端設(shè)備的控制一般是人工進(jìn)行手動(dòng)控制。在一般情況下，上位機(jī)能夠?qū)嚨纼?nèi)的標(biāo)志和指示燈進(jìn)行自動(dòng)的控制，如果上位機(jī)出現(xiàn)了故障問(wèn)題，就可以利用控制屏來(lái)對(duì)車道的指示標(biāo)志和信號(hào)燈進(jìn)行控制。另外，一旦現(xiàn)場(chǎng)的通信設(shè)備出現(xiàn)故障，也可以利用手動(dòng)的方式對(duì)其進(jìn)行控制，這種冗余的控制方式也保證了運(yùn)輸?shù)陌踩头€(wěn)定。

3.2? 通風(fēng)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(jìn)行通風(fēng)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(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)。通過(guò)對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析也能夠控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)和運(yùn)行時(shí)間。這樣不僅能夠控制隧道內(nèi)的氣體濃度和車輛通過(guò)率，也能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能運(yùn)行的目標(biāo)，延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)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(fēng)控制程序能夠及時(shí)進(jìn)行地排煙處理，并且將火情上報(bào)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(fēng)控制程序能夠在各種狀況下對(duì)風(fēng)機(jī)采取有針對(duì)性的控制措施，將風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，并且對(duì)于存在故障的風(fēng)機(jī)及時(shí)上報(bào)到上位機(jī)。同時(shí)，通風(fēng)控制程序還能夠?qū)γ總€(gè)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中讓運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)較少的風(fēng)機(jī)先進(jìn)行工作，使各個(gè)風(fēng)機(jī)之間達(dá)到平衡，能夠有效地延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)的使用壽命。

3.3? 照明控制程序的編程

對(duì)于高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的PLC程序來(lái)講，通過(guò)進(jìn)行照明控制程序的編程，能夠?qū)Χ赐獾膹?qiáng)光進(jìn)行有效地檢測(cè)，通過(guò)對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)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(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目標(biāo)[7]。同時(shí)該程序還能夠?qū)λ淼纼?nèi)的照明情況進(jìn)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(huì)及時(shí)發(fā)出提示。也會(huì)根據(jù)隧道內(nèi)的照明光度進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析，若照明光度的數(shù)據(jù)存在問(wèn)題，會(huì)發(fā)出報(bào)警提示維修人員及時(shí)進(jìn)行故障的處理和維修。在該程序的自動(dòng)控制程序中，無(wú)論何時(shí)應(yīng)，急照明燈都會(huì)一直保持安全供電，若發(fā)生火災(zāi)，隧道內(nèi)的照明燈會(huì)瞬間全亮，保證隧道內(nèi)的照明，能夠有效地保證車輛運(yùn)行的安全。隧道內(nèi)的照明控制一般由人工、自動(dòng)或者是人工遠(yuǎn)程控制3種方式來(lái)進(jìn)行。通過(guò)照明控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)隧道內(nèi)的自動(dòng)照明，遠(yuǎn)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(yǔ)

對(duì)于高速公路來(lái)講，通過(guò)在隧道當(dāng)中安裝監(jiān)控系統(tǒng)，能夠保障高速公路運(yùn)輸?shù)陌踩头€(wěn)定。并且，對(duì)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(yùn)行和安全提供了有力的保障。同時(shí)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(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。另外，在目前科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的形勢(shì)下，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已經(jīng)得到了進(jìn)一步的提升，PLC技術(shù)也得到了創(chuàng)新和發(fā)展，在未來(lái)，該技術(shù)將會(huì)為高速公路隧道建設(shè)提供更有力的技術(shù)支持。

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