摘 要： 隧道是高速公路及城市公路的重要組成部分。長(cháng)隧道和特長(cháng)隧道需要監控系統以保證隧道內行車(chē)的安全和通暢。采用基于和利時(shí)LK系列PLC的監控系統可以實(shí)現集成數據采集、通信處理、協(xié)調控制、操作監視、設備控制于一體的綜合管理系統。

  關(guān)鍵詞 ：和利時(shí)LK系列PLC；隧道監控系統

   1 引言

   當今交通道路已進(jìn)入迅猛發(fā)展時(shí)期，作為公路修建中一個(gè)重要環(huán)節的隧道，其數量也在不斷增加。由于我國復雜的地理條件以及隧道本身的特點(diǎn)，隧道監控系統在隧道的運營(yíng)和管理以及事故處理中發(fā)揮著(zhù)極其重要的作用。因此，建設可靠、穩定、先進(jìn)、經(jīng)濟以及可擴展的合理的隧道監控系統成為工程界和公路營(yíng)運管理部門(mén)共同關(guān)心的問(wèn)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控系統的核心控制器。PLC與開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò )通信系統一起，共同推動(dòng)著(zhù)隧道監控系統的智能化程度的發(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、能適應現場(chǎng)復雜環(huán)境等特點(diǎn)，基于和利時(shí)LK系列PLC的隧道監控系統得到了廣泛的應用。

   基于和利時(shí)LK系列PLC的隧道監控系統主要功能是監測隧道環(huán)境質(zhì)量、通風(fēng)系統、給排水消防系統、照明系統、交通引導系統的設備工作狀態(tài)，確保各系統設備工作正常，并根據隧道正常運行的需要，對各分系統設備實(shí)施遠程人工控制或自動(dòng)控制，異常工況下聯(lián)動(dòng)各系統設備協(xié)同運作，以達到設備運行智能化和自動(dòng)化的需求，實(shí)現改變環(huán)境狀況和營(yíng)造隧道內安全環(huán)境的目的。

   2 隧道監控系統的整體結構設計

   隧道安全是公路安全中的咽喉，所以對隧道監控系統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、交通引導等正常工作。本隧道監控系統采用和利時(shí)公司高性?xún)r(jià)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控制站之間的數據通訊采用高速實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò )結構為環(huán)形，通訊速率為100Mbps。

   隧道按照其長(cháng)度分類(lèi)，分別為短隧道（L<250m）、中隧道（250m<L<1000m）、長(cháng)隧道（1000m<L<3000m）和特長(cháng)隧道（L>3000m）。隧道的長(cháng)度越長(cháng)，需要考慮的監控設施就越多。從目前國際上對隧道的設計標準來(lái)看，長(cháng)隧道和特長(cháng)隧道需要監控系統以保證隧道內行車(chē)的安全和通暢。隧道監控系統按照各個(gè)子系統分可分為照明系統、通風(fēng)系統、交通誘導系統、CCTV系統、火災報警系統、消防控制系統、緊急電話(huà)系統、廣播系統等。按照設備的類(lèi)型分可分為檢測設備、控制設備、顯示設備和通訊設備。檢測設備包括火災報警探頭、車(chē)輛檢測器、COVI、能見(jiàn)度檢測儀、風(fēng)速風(fēng)向儀等?？刂圃O備包括交通區域控制器、照明區域控制器、通風(fēng)區域控制器等。顯示設備包括計算機工作站、大屏幕監視器、聲光報警器等。通訊設備包括交換機、集線(xiàn)器、串口信號傳輸設備、光端機等。

   從隧道監控系統的網(wǎng)絡(luò )構成來(lái)看，一般分計算機集中控制層、區域控制器分布控制層和現場(chǎng)設備層等3個(gè)層次。計算機集中控制層主要實(shí)現設備監控預案制定、預案發(fā)布、多系統協(xié)同控制等復雜功能，系統數據庫記錄、報表生成、設備管理等信息管理功能也在本層實(shí)現，本層設備和軟件集中在監控中心進(jìn)行實(shí)施。區域控制器分布控制層是設備控制系統主體，主要用于實(shí)現預案執行、設備閉環(huán)自動(dòng)控制、設備運行信息采集等現場(chǎng)流程控制功能?，F場(chǎng)設備層由隧道內各分系統設備控制柜、智能儀表、硬件執行機構組成，主要用于執行控制系統發(fā)出的指令，實(shí)現硬件級自動(dòng)控制、硬件自保護、以及人工現場(chǎng)手動(dòng)操作功能。
隧道監控系統的整體結構如圖1所示。
  
                
                             圖1 隧道監控系統的整體結構示意圖

  3 隧道監控系統的PLC控制柜設計

  本隧道監控系統的由以和利時(shí)LK系列PLC為核心的控制機柜、執行機構、聲光報警、一次和二次外圍元件組成，系統裝置示意圖如圖2所示。隧道監控系統控制柜里配置有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的指示燈，可以檢查某一通道的動(dòng)作情況，且系統具有在線(xiàn)試驗功能。以其中一個(gè)核心控制柜的PLC配置為例，配置清單如表1所示。

  2.2 隧道監控系統的PLC控制柜示意圖
  
                

  表1 控制柜PLC配置清單
  
           
  4 隧道監控系統的特點(diǎn)

  基于和利時(shí)LK系列PLC的隧道監控系統系統具有如下特點(diǎn)：
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    準確性及可靠性

    穩定性性、可靠性是隧道監控系統的關(guān)鍵。本系統采用了和利時(shí)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存，可使隧道內傳感器數據、報警等程序準確、快速地執行，大大保證了系統的高穩定性和高可靠性。
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   系統功能強

  由于和利時(shí)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(diǎn)，所以整套程序中除了現場(chǎng)監測傳感器、風(fēng)機控制、照明控制等常規功能外，還可進(jìn)行在線(xiàn)試驗功能。該功能的作用在于系統正常運行時(shí)，檢查執行開(kāi)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。
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   通訊能力強大

  和利時(shí)LK系列PLC自身集成有以太網(wǎng)接口。在此系統中，通過(guò)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)，保證了現場(chǎng)數據能快速的傳輸給中控中心。同時(shí)，中控中心的計算機指令也能快速得到現場(chǎng)設備的響應，而且光纖傳輸不受電磁干擾的影響，可靠性更高。

  5 展望

  我國隧道監控系統的設計和實(shí)施現還正處于成長(cháng)的時(shí)期，系統的需求、設計、結構以及系統的控制仍然存在不完善的地方，同時(shí)也給技術(shù)的發(fā)展、改進(jìn)創(chuàng )造了條件和基礎。隧道監控系統一方面要兼顧系統的穩定、可靠與可控，也要反映系統的先進(jìn)、經(jīng)濟與可擴展，同時(shí)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，確定系統的規模和冗余度的大小。確定系統合理的集成方式，以力求系統的可靠性、穩定性、先進(jìn)性與經(jīng)濟性的有機結合。今后我國的隧道監控系統的發(fā)展方向是，在原有的基礎上，按照監測與控制適當分離、最大限度的集中監測、靈活機動(dòng)的現場(chǎng)控制等總體思想，逐步改進(jìn)，使得隧道監控系統的建設更趨合理。

  參考文獻

[ 1 ] 胡劍波 PLC在隧道自動(dòng)化中的應用《工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置》
[ 2 ] 夏國華高速公路隧道PLC的選型和應用《中國交通信息產(chǎn)業(yè)》
[ 3 ] 和利時(shí)LK系列PLC硬件手冊

  作者簡(jiǎn)介：陳祿，北京和利時(shí)自動(dòng)化驅動(dòng)技術(shù)有限公司市場(chǎng)拓展部技術(shù)支持組。