摘  要         隧道是高速公路及城市公路的重要組成部分。長(zhǎng)隧道和特長(zhǎng)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(shí)LK系列PLC的監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)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)。

關(guān)鍵詞       和利時(shí)LK系列PLC；隧道監(jiān)控系統(tǒng)

The Tunnel Monitoring System Based on HOLLiAS LK PLC

Chen Lu

（Beijing Hollysys Automation & Drive Ltd.,Co，100176）

Abstract    Tunnel is an important part of highway and city way. Tunnel monitoring system is especially necessary for long tunnel and extra-long tunnel in order to keep driving safely and smoothly. The tunnel monitoring system which is based on HOLLiAS LK PLC of Beijing Hollysys Automation is an integrated combination management system to accomplish data acquisition, communication dealing, coordinate control, operation monitor and equipment control.

Key Words           Hollysys LK PLC; The Tunnel Monitoring System

1      引言

      當(dāng)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(jié)的隧道，其數(shù)量也在不斷增加。由于我國(guó)復(fù)雜的地理?xiàng)l件以及隧道本身的特點(diǎn)，隧道監(jiān)控系統(tǒng)在隧道的運(yùn)營(yíng)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(yíng)運(yùn)管理部門共同關(guān)心的問(wèn)題。微電子、通信、計(jì)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(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)一起，共同推動(dòng)著隧道監(jiān)控系統(tǒng)的智能化程度的發(fā)展。因?yàn)榫哂锌煽啃愿?、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(chǎng)復(fù)雜環(huán)境等特點(diǎn)，基于和利時(shí)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(shí)LK系列PLC的隧道監(jiān)控系統(tǒng)主要功能是監(jiān)測(cè)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(yùn)行的需要，對(duì)各分系統(tǒng)設(shè)備實(shí)施遠(yuǎn)程人工控制或自動(dòng)控制，異常工況下聯(lián)動(dòng)各系統(tǒng)設(shè)備協(xié)同運(yùn)作，以達(dá)到設(shè)備運(yùn)行智能化和自動(dòng)化的需求，實(shí)現(xiàn)改變環(huán)境狀況和營(yíng)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(jì)

      隧道安全是公路安全中的咽喉，所以對(duì)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(shí)公司高性價(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(shù)據(jù)通訊采用高速實(shí)時(shí)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(zhǎng)度分類，分別為短隧道（L<250m）、中隧道（250m<L<1000m）、長(zhǎng)隧道（1000m<L<3000m）和特長(zhǎng)隧道（L>3000m）。隧道的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，需要考慮的監(jiān)控設(shè)施就越多。從目前國(guó)際上對(duì)隧道的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，長(zhǎng)隧道和特長(zhǎng)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。隧道監(jiān)控系統(tǒng)按照各個(gè)子系統(tǒng)分可分為照明系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、交通誘導(dǎo)系統(tǒng)、CCTV系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、消防控制系統(tǒng)、緊急電話系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)等。按照設(shè)備的類型分可分為檢測(cè)設(shè)備、控制設(shè)備、顯示設(shè)備和通訊設(shè)備。檢測(cè)設(shè)備包括火災(zāi)報(bào)警探頭、車輛檢測(cè)器、COVI、能見(jiàn)度檢測(cè)儀、風(fēng)速風(fēng)向儀等?？刂圃O(shè)備包括交通區(qū)域控制器、照明區(qū)域控制器、通風(fēng)區(qū)域控制器等。顯示設(shè)備包括計(jì)算機(jī)工作站、大屏幕監(jiān)視器、聲光報(bào)警器等。通訊設(shè)備包括交換機(jī)、集線器、串口信號(hào)傳輸設(shè)備、光端機(jī)等。

      從隧道監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成來(lái)看，一般分計(jì)算機(jī)集中控制層、區(qū)域控制器分布控制層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層等3個(gè)層次。計(jì)算機(jī)集中控制層主要實(shí)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(kù)記錄、報(bào)表生成、設(shè)備管理等信息管理功能也在本層實(shí)現(xiàn)，本層設(shè)備和軟件集中在監(jiān)控中心進(jìn)行實(shí)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(shí)現(xiàn)預(yù)案執(zhí)行、設(shè)備閉環(huán)自動(dòng)控制、設(shè)備運(yùn)行信息采集等現(xiàn)場(chǎng)流程控制功能?，F(xiàn)場(chǎng)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(shí)現(xiàn)硬件級(jí)自動(dòng)控制、硬件自保護(hù)、以及人工現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)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(jì)

本隧道監(jiān)控系統(tǒng)的由以和利時(shí)LK系列PLC為核心的控制機(jī)柜、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、聲光報(bào)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(bào)警繼電器等。每一路輸入、輸出通道都有與之相對(duì)應(yīng)的指示燈，可以檢查某一通道的動(dòng)作情況，且系統(tǒng)具有在線試驗(yàn)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(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(diǎn)

基于和利時(shí)LK系列PLC的隧道監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

ì  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(shí)LK系列PLC，其中配置了高性能的工業(yè)級(jí)處理器，具有納秒級(jí)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(bào)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。

ì  系統(tǒng)功能強(qiáng)

由于和利時(shí)LK系列PLC具有體積小、集成化程度高、運(yùn)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(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)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(yàn)功能。該功能的作用在于系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，檢查執(zhí)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(shù)。

ì  通訊能力強(qiáng)大

和利時(shí)LK系列PLC自身集成有以太網(wǎng)接口。在此系統(tǒng)中，通過(guò)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(chǎng)數(shù)據(jù)能快速的傳輸給中控中心。同時(shí)，中控中心的計(jì)算機(jī)指令也能快速得到現(xiàn)場(chǎng)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(guó)隧道監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施現(xiàn)還正處于成長(zhǎng)的時(shí)期，系統(tǒng)的需求、設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)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(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(shí)也要使操作便捷與維護(hù)方便。另一方面，針對(duì)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(guó)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(cè)與控制適當(dāng)分離、最大限度的集中監(jiān)測(cè)、靈活機(jī)動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)化中的應(yīng)用《工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置》

[ 2 ]    夏國(guó)華高速公路隧道PLC的選型和應(yīng)用《中國(guó)交通信息產(chǎn)業(yè)》

[ 3 ]    和利時(shí)LK系列PLC硬件手冊(cè)

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