摘 要 隧道是高速公路及城市公路的重要組成部分,。長隧道和特長隧道需要監(jiān)控系統(tǒng)以保證隧道內(nèi)行車的安全和通暢。采用基于和利時LK系列PLC的監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)集成數(shù)據(jù)采集,、通信處理,、協(xié)調(diào)控制、操作監(jiān)視,、設(shè)備控制于一體的綜合管理系統(tǒng),。
1 引言
當(dāng)今交通道路已進入迅猛發(fā)展時期,，作為公路修建中一個重要環(huán)節(jié)的隧道，其數(shù)量也在不斷增加,。由于我國復(fù)雜的地理條件以及隧道本身的特點,，隧道監(jiān)控系統(tǒng)在隧道的運營和管理以及事故處理中發(fā)揮著極其重要的作用。因此,，建設(shè)可靠,、穩(wěn)定、先進,、經(jīng)濟以及可擴展的合理的隧道監(jiān)控系統(tǒng)成為工程界和公路營運管理部門共同關(guān)心的問題,。微電子、通信,、計算機技術(shù)的發(fā)展大大提高了公路交通的信息化和智能化程度,。PLC以其卓越的可靠性、抗干擾性以及靈活的控制方式成為隧道監(jiān)控系統(tǒng)的核心控制器,。PLC與開放的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)一起,，共同推動著隧道監(jiān)控系統(tǒng)的智能化程度的發(fā)展。因為具有可靠性高,、處理速度快,、邏輯修改方便、抗干擾能力強,、能適應(yīng)現(xiàn)場復(fù)雜環(huán)境等特點,，基于和利時LK系列PLC的隧道監(jiān)控系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。
基于和利時LK系列PLC的隧道監(jiān)控系統(tǒng)主要功能是監(jiān)測隧道環(huán)境質(zhì)量,、通風(fēng)系統(tǒng),、給排水消防系統(tǒng)、照明系統(tǒng),、交通引導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)備工作狀態(tài),，確保各系統(tǒng)設(shè)備工作正常，并根據(jù)隧道正常運行的需要,，對各分系統(tǒng)設(shè)備實施遠程人工控制或自動控制,，異常工況下聯(lián)動各系統(tǒng)設(shè)備協(xié)同運作，以達到設(shè)備運行智能化和自動化的需求,，實現(xiàn)改變環(huán)境狀況和營造隧道內(nèi)安全環(huán)境的目的,。
2 隧道監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計
隧道安全是公路安全中的咽喉，所以對隧道監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性要求特別高,。在任何可能發(fā)生的緊急情況下,，都能保證隧道的通風(fēng)、照明,、消防,、交通引導(dǎo)等正常工作,。本隧道監(jiān)控系統(tǒng)采用和利時公司高性價比的LK系列PLC為核心控制器，每套PLC包括電源模塊,、CPU模塊,、DI模塊和DO模塊等，中央控制室,、PLC控制站之間的數(shù)據(jù)通訊采用高速實時工業(yè)以太網(wǎng),，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為環(huán)形，通訊速率為100Mbps,。
隧道按照其長度分類,，分別為短隧道（L<250m）、中隧道（250m
從隧道監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成來看,，一般分計算機集中控制層,、區(qū)域控制器分布控制層和現(xiàn)場設(shè)備層等3個層次。計算機集中控制層主要實現(xiàn)設(shè)備監(jiān)控預(yù)案制定,、預(yù)案發(fā)布,、多系統(tǒng)協(xié)同控制等復(fù)雜功能，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫記錄,、報表生成,、設(shè)備管理等信息管理功能也在本層實現(xiàn)，本層設(shè)備和軟件集中在監(jiān)控中心進行實施,。區(qū)域控制器分布控制層是設(shè)備控制系統(tǒng)主體,，主要用于實現(xiàn)預(yù)案執(zhí)行、設(shè)備閉環(huán)自動控制,、設(shè)備運行信息采集等現(xiàn)場流程控制功能?，F(xiàn)場設(shè)備層由隧道內(nèi)各分系統(tǒng)設(shè)備控制柜、智能儀表,、硬件執(zhí)行機構(gòu)組成,，主要用于執(zhí)行控制系統(tǒng)發(fā)出的指令，實現(xiàn)硬件級自動控制,、硬件自保護,、以及人工現(xiàn)場手動操作功能。
隧道監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示,。
圖1 隧道監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖
3 隧道監(jiān)控系統(tǒng)的PLC控制柜設(shè)計
2.2 隧道監(jiān)控系統(tǒng)的PLC控制柜示意圖
表1 控制柜PLC配置清單
4 隧道監(jiān)控系統(tǒng)的特點
本隧道監(jiān)控系統(tǒng)的由以和利時LK系列PLC為核心的控制機柜,、執(zhí)行機構(gòu),、聲光報警、一次和二次外圍元件組成,，系統(tǒng)裝置示意圖如圖2所示,。隧道監(jiān)控系統(tǒng)控制柜里配置有PLC、冗余電源,、斷路器,、溫度濕度傳感器、報警繼電器等,。每一路輸入,、輸出通道都有與之相對應(yīng)的指示燈,，可以檢查某一通道的動作情況，且系統(tǒng)具有在線試驗功能,。以其中一個核心控制柜的PLC配置為例,，配置清單如表1所示。
基于和利時LK系列PLC的隧道監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)具有如下特點：
· 準(zhǔn)確性及可靠性
穩(wěn)定性性,、可靠性是隧道監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵,。本系統(tǒng)采用了和利時LK系列PLC，其中配置了高性能的工業(yè)級處理器,，具有納秒級的處理速度以及大容量的內(nèi)存,，可使隧道內(nèi)傳感器數(shù)據(jù)、報警等程序準(zhǔn)確,、快速地執(zhí)行,，大大保證了系統(tǒng)的高穩(wěn)定性和高可靠性。
· 系統(tǒng)功能強
由于和利時LK系列PLC具有體積小,、集成化程度高,、運算速度快、邏輯控制容量大等特點,，所以整套程序中除了現(xiàn)場監(jiān)測傳感器,、風(fēng)機控制、照明控制等常規(guī)功能外,，還可進行在線試驗功能,。該功能的作用在于系統(tǒng)正常運行時，檢查執(zhí)行開關(guān),、電磁閥等外圍元器件的健康狀態(tài),，提高整套裝置的自身安全系數(shù)。
· 通訊能力強大
和利時LK系列PLC自身集成有以太網(wǎng)接口,。在此系統(tǒng)中,，通過PLC自身集成的以太網(wǎng)口接入工業(yè)交換機組成的環(huán)形以太網(wǎng)，保證了現(xiàn)場數(shù)據(jù)能快速的傳輸給中控中心,。同時,，中控中心的計算機指令也能快速得到現(xiàn)場設(shè)備的響應(yīng)，而且光纖傳輸不受電磁干擾的影響,，可靠性更高,。
5 展望
我國隧道監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計和實施現(xiàn)還正處于成長的時期,，系統(tǒng)的需求,、設(shè)計、結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)的控制仍然存在不完善的地方,，同時也給技術(shù)的發(fā)展,、改進創(chuàng)造了條件和基礎(chǔ),。隧道監(jiān)控系統(tǒng)一方面要兼顧系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠與可控,，也要反映系統(tǒng)的先進,、經(jīng)濟與可擴展，同時也要使操作便捷與維護方便,。另一方面,，針對不同的交通條件和功能要求，確定系統(tǒng)的規(guī)模和冗余度的大小,。確定系統(tǒng)合理的集成方式,，以力求系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性,、先進性與經(jīng)濟性的有機結(jié)合,。今后我國的隧道監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向是，在原有的基礎(chǔ)上,，按照監(jiān)測與控制適當(dāng)分離,、最大限度的集中監(jiān)測、靈活機動的現(xiàn)場控制等總體思想,，逐步改進,，使得隧道監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)更趨合理。
參考文獻
[ 1 ] 胡劍波 PLC在隧道自動化中的應(yīng)用《工業(yè)儀表與自動化裝置》
[ 2 ] 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)》
[ 3 ] 和利時LK系列PLC硬件手冊
作者簡介：陳祿,，北京和利時自動化驅(qū)動技術(shù)有限公司市場拓展部技術(shù)支持組,。