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控系統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的監控系統可以實現集成數據采集、通信處理、協調控制、操作監視、設備控制于一體的綜合管理系統。
1 引言
當今交通道路已進入迅猛發展時期，作為公路修建中一個重要環節的隧道，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，隧道監控系統在隧道的運營和管理以及事故處理中發揮著極其重要的作用。因此，建設可靠、穩定、先進、經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運管理部門共同關心的問題。微電子、通信、計算機技術的發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與開放的網絡通信系統一起，共同推動著隧道監控系統的智能化程度的發展。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、能適應現場復雜環境等特點，基于和利時LK系列PLC的隧道監控系統得到了廣泛的應用。
基于和利時LK系列PLC的隧道監控系統主要功能是監測隧道環境質量、通風系統、給排水消防系統、照明系統、交通引導系統的設備工作狀態，確保各系統設備工作正常，并根據隧道正常運行的需要，對各分系統設備實施遠程人工控制或自動控制，異常工況下聯動各系統設備協同運作，以達到設備運行智能化和自動化的需求，實現改變環境狀況和營造隧道內安全環境的目的。
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。本隧道監控系統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以太網，網絡結構為環形，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控系統以保證隧道內行車的安全和通暢。隧道監控系統按照各個子系統分可分為照明系統、通風系統、交通誘導系統、CCTV系統、火災報警系統、消防控制系統、緊急電話系統、廣播系統等。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域控制器、照明區域控制器、通風區域控制器等。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、集線器、串口信號傳輸設備、光端機等。
從隧道監控系統的網絡構成來看，一般分計算機集中控制層、區域控制器分布控制層和現場設備層等3個層次。計算機集中控制層主要實現設備監控預案制定、預案發布、多系統協同控制等復雜功能，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現，本層設備和軟件集中在監控中心進行實施。區域控制器分布控制層是設備控制系統主體，主要用于實現預案執行、設備閉環自動控制、設備運行信息采集等現場流程控制功能。現場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出的指令，實現硬件級自動控制、硬件自保護、以及人工現場手動操作功能。
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作情況，且系統具有在線試驗功能。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
基于和利時LK系列PLC的隧道監控系統系統具有如下特點：
· 準確性及可靠性
穩定性性、可靠性是隧道監控系統的關鍵。本系統采用了和利時LK系列PLC，其中配置了高性能的工業級處理器，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。
· 系統功能強
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場監測傳感器、風機控制、照明控制等常規功能外，還可進行在線試驗功能。該功能的作用在于系統正常運行時，檢查執行開關、電磁閥等外圍元器件的健康狀態，提高整套裝置的自身安全系數。
· 通訊能力強大
和利時LK系列PLC自身集成有以太網接口。在此系統中，通過PLC自身集成的以太網口接入工業交換機組成的環形以太網，保證了現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
我國隧道監控系統的設計和實施現還正處于成長的時期，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，同時也給技術的發展、改進創造了條件和基礎。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、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、先進性與經濟性的有機結合。今后我國的隧道監控系統的發展方向是，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、靈活機動的現場控制等總體思想，逐步改進，使得隧道監控系統的建設更趨合理。
參考文獻
[ 1 ] 胡劍波 PLC在隧道自動化中的應用《工業儀表與自動化裝置》
[ 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》
[ 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。
