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   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)集成數據采集、通信處理、協(xié)調控制、操作監(jiān)視、設備控制于一體的綜合管理系統(tǒng)。

  關鍵詞 ：和利時LK系列PLC；隧道監(jiān)控系統(tǒng)

   1 引言

   當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，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，建設可靠、穩(wěn)定、先進、經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心的問題。微電子、通信、計算機技術的發(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與開放的網絡通信系統(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、能適應現(xiàn)場復雜環(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)境質量、通風系統(tǒng)、給排水消防系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、交通引導系統(tǒng)的設備工作狀態(tài)，確保各系統(tǒng)設備工作正常，并根據隧道正常運行的需要，對各分系統(tǒng)設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)設備協(xié)同運作，以達到設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安全環(huán)境的目的。

   2 隧道監(jiān)控系統(tǒng)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(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、照明、消防、交通引導等正常工作。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控制站之間的數據通訊采用高速實時工業(yè)以太網，網絡結構為環(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<L<1000m）、長隧道（1000m<L<3000m）和特長隧道（L>3000m）。隧道的長度越長，需要考慮的監(jiān)控設施就越多。從目前國際上對隧道的設計標準來看，長隧道和特長隧道需要監(jiān)控系統(tǒng)以保證隧道內行車的安全和通暢。隧道監(jiān)控系統(tǒng)按照各個子系統(tǒng)分可分為照明系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、交通誘導系統(tǒng)、CCTV系統(tǒng)、火災報警系統(tǒng)、消防控制系統(tǒng)、緊急電話系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)等。按照設備的類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、車輛檢測器、COVI、能見度檢測儀、風速風向儀等。控制設備包括交通區(qū)域控制器、照明區(qū)域控制器、通風區(qū)域控制器等。顯示設備包括計算機工作站、大屏幕監(jiān)視器、聲光報警器等。通訊設備包括交換機、集線器、串口信號傳輸設備、光端機等。

   從隧道監(jiān)控系統(tǒng)的網絡構成來看，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)場設備層等3個層次。計算機集中控制層主要實現(xiàn)設備監(jiān)控預案制定、預案發(fā)布、多系統(tǒng)協(xié)同控制等復雜功能，系統(tǒng)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現(xiàn)，本層設備和軟件集中在監(jiān)控中心進行實施。區(qū)域控制器分布控制層是設備控制系統(tǒng)主體，主要用于實現(xiàn)預案執(zhí)行、設備閉環(huán)自動控制、設備運行信息采集等現(xiàn)場流程控制功能。現(xiàn)場設備層由隧道內各分系統(tǒng)設備控制柜、智能儀表、硬件執(zhí)行機構組成，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)的整體結構如圖1所示。
  
                
                             圖1 隧道監(jiān)控系統(tǒng)的整體結構示意圖

  3 隧道監(jiān)控系統(tǒng)的PLC控制柜設計

  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、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。

  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

  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：
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    準確性及可靠性

    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存，可使隧道內傳感器數據、報警等程序準確、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。
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   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、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LK系列PLC自身集成有以太網接口。在此系統(tǒng)中，通過PLC自身集成的以太網口接入工業(yè)交換機組成的環(huán)形以太網，保證了現(xiàn)場數據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(jiān)控系統(tǒng)的設計和實施現(xiàn)還正處于成長的時期，系統(tǒng)的需求、設計、結構以及系統(tǒng)的控制仍然存在不完善的地方，同時也給技術的發(fā)展、改進創(chuàng)造了條件和基礎。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、先進性與經濟性的有機結合。今后我國的隧道監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向是，在原有的基礎上，按照監(jiān)測與控制適當分離、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)的建設更趨合理。

  參考文獻

[ 1 ] 胡劍波 PLC在隧道自動化中的應用《工業(yè)儀表與自動化裝置》
[ 2 ] 夏國華高速公路隧道PLC的選型和應用《中國交通信息產業(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動技術有限公司市場拓展部技術支持組。