浅析PLC在高速公路隧道智能监控系统中的应用

1、浅析PLC在高速公路隧道智能监控系统中的应用王新官（江西方兴科技有限公司，江西南昌 330025 ）摘 要： 隧道监控系统有监控环境恶劣、控制点分散、模拟量及数字量信息多等特点.同时,随着计算机、网络通信、电子技术和智能交通系统（ITS ）的飞速发展,可编程控制器（PLC） （ Programmable controller of tunnel ）以其卓越的可靠性、抗干扰性以及方便灵活的编程和应用等特点在工业控制和自动化领域得到越来越广泛的应用.在高速公路隧道群智能自动化系统中,采用隧道可编程序控制器PLC+ 中央控制计算机的集成方案,对隧道机电设备进行分散控制、集中管理,同时对洞内、外环境和

2、机电设备进行监测,既满足高速公路隧道对洞内交通、照明和通风的控制要求,又达到对整个系统实现全面监控的协调和节能目的。关键词：信息工程；网络通信；可编程序控制器；PLC0 前 言高速公路隧道属公路非凡构造物，是公路交通的咽喉地段，有空间环境狭窄、光线变化大、视野不清等诸多不利交通因素，特别是发生火灾等紧急事件时，交通疏导和救援工作与普通路段大不一样，而且二次事故产生的后果远比原发性事故严重得多，因此高速公路隧道内的安全保障是公路隧道建设和运营特别关注的问题，而建设智能自动化隧道监控系统是保障隧道交通安全畅通、提高隧道交通舒适度的关键所在。 本文将对高速公路隧道智能自动化监控系统的及各监控子系统的

3、具体实现和结构进行分析。随着十五“计划的全面完成及十一五“规划的良好开局，我国交通基础设施发生了翻天覆地的变化，至 2008 年底我国高速公路通车里程达到了6 03 万Km， 短短十多年的时间走完了发达国家半个世纪的发展历程省域高速公路普遍实现了互联互通和联网收费。而在国民经济高速发展的带动下，高速公路车流量迅猛增长，特别是一些交通主干道车流量Et 趋饱和，而构建和谐畅通的高速公路，隧道群因其特殊条件成为发展瓶颈。因此，急需引进新技术，充分整合高速公路各项资源，构建信息化、网络化、智能化高速公路隧道自动化管理与控制系统，以提高高速公路交通系统的供给和保障力。高速公路的相关机电设备近年来发展很快

4、，计算机技术、网络通信技术和数字图像处理技术的高速发展大大提高了数据的集中和远距离处理能力。这些技术进展为建立新的和更为合理的智能自动化高速公路隧道监控系统创造了技术条件。可编程序控制器，简称 PLC,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置，其以可靠性高、体积小、重量轻、能耗低、抗干扰能力强等特点广泛应用于现代工业自动化控制系统中，它的出现为高速公路隧道实现智能经管理提供有力保证。隧道智能自动化控制系统是一个整体的概念, 包括通风控制系统、照明控制系统、交通控制系统、火灾报警系统、电源及配电控制系统等。而以中央计算机+隧道可编程序控制器（现场总线+PLC存操屏），构成的隧道自动化系统既能完成

5、隧道机电设备、隧道环境状况监控的功能, 又可完成隧道信息管理的功能其中的监控部分采用具有高可靠性的PLC组成的，基于现场总线的集散控制结构的隧道可编程序控制器。使得整个自动化系统的可靠性得到保证。同时,PLC可以独立工作, 完成基本控制任务; 现场总线的采用将使各个区域的监控任务变成相应 PLC的分散监控任 务，使得隧道布线更加简单、 合理。PLC的灵活配置使 得隧道监控系统形成模块结构,PLC 系统可大可小, 可根据现场要求进行合理分布。 下面就PLC的选择及在 各个子系统中的应用进行阐述。1 PlC 的选择高速公路隧道的维护人员多数没有接触过PLC，技术能力有限，而一个隧道的自控系统往往要

6、运行10年、 20 年。 因此在选择可编程控制器时，需充分考虑其先进性、实用性。PLC应采用世界知名公司的最新产品，应考虑选择货源充足、中文资料丰富、备品备 件容易。技术服务方便、国内有维修处的生产商的产品，PLC的控制点数留有余量，并具有可扩充性。另外与发达国家相比，中国电网质量尚有差距，应选择对电源波动适应范围±20%的产品。考虑到国内用户的技术水平，PLC系统应结构简洁、使用方便，特 别是程序编制方法应简单易学。根据可靠性的要求，可选才!双CPUt余的双机热备型 PLC或者单CPM型。2 隧道通风控制系统隧道通风控制系统根据检测到的透过率、CO浓度数据、交通量数据，通过PLC控

7、制风机的运行台数、风向和运行时间，实现节能运行和保持风机较佳寿命的控制运行; 并在发生火灾时，根据不同地点，进行相应的火灾排烟处理，以保证隧道的安全及运行环境的舒适性。通风控制系统实现风机正转、反转、停机 控制，并将每台风机的状态（正转、反转、停机）、 自动手动状态显示、总故障信号传给上位机。自动统 计风机运行时间，累计运行时间最短的风机优先启 动，以便平衡各台风机的劳逸程度，延长风机的使用 寿命。自动根据 CO浓度、透过率值、交通量状况、 火灾报警等综合情况控制风机的运行。每台风机启动需短暂延时，才允许其它风机启动，以减少对变电站 供电的冲击。3 隧道照明控制系统由于隧道内、外的亮度差别较大

8、，因此司机在进出隧道时会产生种种特殊的视觉问题，因此如何减少这种亮度差别带来的影响是隧道照明控制子系统的一个重要目的。在隧道入口设置光强检测器，其检测数据作为对隧道的照明回路实施控制的依据，另外隧道出口段的照明可参照入口进行控制。隧道照明有人工、自动（本地）、远程控制（人工/ 自动）三种方式，其中人工（本地）方式由照明系统自行完成，自动（本地）及远控方式由PLC智能监控系统与照明系统配合完成。根据光强检测器检测到的洞内外照度来控制隧道入口段、出口段及基本段的照明，以保证行车安全并实现节能。4 隧道交通控制系统交通控制系统通过 PLC负责读取车辆检测器、车道指示标志、情报板的状态及信息，并将数据

9、传递给上位机。根据上位机上设定的交通模式，控制车道指示标志和交通信号灯的状态。并根据上位机设置的状态及信息。实现对车辆检测器、车道指示标志、情报板、交通信号灯的控制。在发生通信故障时，产生报警信号。定时给车辆检测器校时，以保证车辆检测器时间的一致性。情报板通过PLC的串口模块与 PLC连 接，PLC通过串口模块对完成对情报板的信息发布。车道指示标志和交通信号灯的状态的控制方式有以下三级控制：监控分中心：自动控制（上位机）、人工远程控制（上位机、触摸屏）；隧道监控室：人工控制（触摸屏）；现场设备： 人工手动控制。正常情况下，车道指示标志和交通信号灯的状态由监控分中心的上位机控制，在上位机出现故障

10、时，可通过监控分中心的触摸屏进行控制。若监控分中心至隧道设备室的通信出现故障，则改由隧道设备室的触摸屏进行控制。5 隧道火灾报警系统火灾报警子系统用于隧道内发生火灾时，发出紧急信号，迅速通告隧道监控站，请求灭火、救援等活动。 报警方式有：手动报警按钮和火灾自动探测器两种。 当发生火灾有人工报警或自动检测出火灾时，火灾信息通过光缆或通讯电缆传输给火灾报警主机，报警主机通过网络和PLC的相应模块把火灾信息传到隧道监控站相应工作站, 工作站上发出声音和告警信号， 并且显示出火灾报警的地点位置，同时经过闭路电视监视系统自动将故障地点处的摄像机监视画面显示在相应的彩色监视器、大屏幕投影屏或工作站显示器上

11、，并提供控制方案，待值班员经其它手段确认后再进行发布控制。图i网络结构6电源及配电控制系统PLC对隧道变电站的电源状态、质量以及故障等 状态进行监视。主要是对高压电源进线开关状态、低压总开关状态、每段低压母线的电压、变电站故障总 信号，柴油发电机的起、停、总故障信号等进行监视， 根据被监视设备状态的变化及故障告警信号进行告 警记录，存贮相应的监视信息，并且把采集的信号传 送至监控分中心。另外，根据变电站的电源状况控制 风机系统的工作。 对无电源的变电站不会使该站供电 风机运行，并在低电压状况下调控风机的启动。7隧道智能监控系统结构系统由隧道监控站计算机系统、隧道交通监控本 地控制器（PLC）、

12、外场设备以及传输通道等组成。隧 道交通监控本地控制器系统是隧道监控站与隧道外 场设备的联系纽带。隧道（群）的本地控制器目前流 行通过工业以太网全部相连，形成一个冗余环网系 统，并通过该工业以太网与隧道监控站相连；本地控 制器向下则以一对多的方式与隧道内分散的外场设 备相连。本地控制器系统收集、存储和管理外场设备 数据，监控外场设备工作状态，报告给隧道监控站， 并且接收隧道监控站命令对外场设备进行控制；另外它还具有本地自动控制的功能，在维修或测试等需要时可由隧道内的本地控制器进行控制。8隧道智能监控系统运行系统通过PLC检测到的交通参数及隧道环境参数，根据软件运算可得出交通和环境状况，即可采用相应的控制方案。9结语由于篇幅所限，PLC在高速公路智能监控系统中 的应用不仅局限于此，在隧道比较恶劣的环境下，采 用PLC是较为合理实用的， 这种监控方式较好地发挥 了工业PC和PLC的各自优势，充分利用了工业 PC在 信息管理和处理上的强大能力及PLC在现场控制中的灵活性。现在自动化技术日新月异，现场总线技术在控制领域已在大力推广，但PLC技术也在不断加强发展，特别在通信、组网、冗余技术方面日趋完善强大， 在控制领域仍然占据不可动摇的位置。参考文