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(jìn)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(jìn)、經(jīng)濟(jì)以及可擴(kuò)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(jī)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(qiáng)、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(yuǎn)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(dá)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(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)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(hù)、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(jī)柜、執(zhí)行機(jī)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(qiáng)
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(jī)控制、照明控制等常規(guī)功能外，還可進(jìn)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(qiáng)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(jī)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(jī)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(jìn)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(jìn)、經(jīng)濟(jì)與可擴(kuò)展，同時也要使操作便捷與維護(hù)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(jìn)性與經(jīng)濟(jì)性的有機(jī)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(jī)動的現(xiàn)場控制等總體思想，逐步改進(jìn)，使得隧道監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)更趨合理。
參考文獻(xiàn)
[ 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。