探究公路隧道监控系统PLC控制方案

刘世亮

摘 要：文章在阐述现阶段国内主要使用的公路隧道监控系统的PLC控制方案的基础上分析介绍了在远程I/O技术的基础上实现对PLC区域进行集中控制的方案，讨论总结了新型方案的推广价值。

关键词：公路隧道；PLC；控制方式；远程I/O

在隧道交通运行中，公路隧道监控系统对通行的安全、高效、舒适、便捷起着重要的保障作用，其主要功能作用为监视和控制隧道内各种交通设备的状态及采集周围环境的信息。PLC属于一种数字逻辑控制器，内含微处理机的数字电子装备，具有可自动化的特点。相比于其他设备，PLC因抗干扰能力较强，能够更适用于恶劣的公路环境，使通讯信息更准确。因此，在现阶段PLC被广泛运用于公路隧道的监控系统中。

1 主要的网络结构及控制方式

目前在国内公路上主要使用的隧道监控系统从硬件的网络结构中出发可分为三层，第一为管理层，管理控制中央的信息，其组成结构为隧道中心的计算机监控系统，具体包括控制交通、通风、照明、紧急电话、火灾报警等各类计算机设备与相关路由器。第二为控制层其为装有PLC设备的现场区域控制器，主要用来将检测设备采集到信息数据储存到主控制，把接收到的多种不同控制命令输送给现场；第三为设备层包括所有隧道外场上的设备仪器。

在公路的隧道监控系统中主要以商用以太网作为管理控制中央信息层，而采用控制层的形式相比于管理层更加多样化，如工业以太网、CONTROLINK环网、PROFINET、PROFIBUS现场总线等。但在目前的行业中对控制层的选择主要是应用光纤冗余环网拓扑结构其以10/100M工业以太网构成。因该网络实行的光纤传输能够在不被外界环境的干扰下对信息进行快速地传送，保证通信的效率。此外，10/100M工业以太网技术现已遵从了LSO和TCP/IP的数据通讯协议，实现了IEE8023/8023u的兼容，对10/100自适应传输速率进行支持，在采集整合信息方面占有较高的优势。如果该网络在隧道的监控系统中中的某一节点发生断开的意外情况，仍能继续正常运行，不会造成无法通信的状况。

传统的公路隧道监控系统在采用10/100M工业以太网的基础上从采集和交换数据的角度出发可将控制PLC的方式分为两种。

第一种控制方式分主要、次要PLC，更适于隧道群和特长的隧道。在监控系统中可选择一种较高性能的PLC作为主控系统。在运用的过程中主控PLC将不同的控制命令发送给各从PLC，再通过各从PLC对下级的设备进行监控采集数据，然后各从PLC将检测采集到的数据进行处理后在传送给主控PLC。其方式是通过主控的PLC与各从PLC和各从PLC之间实现多种数据交换。此外，当各从PLC与主控PLC失去通信联系时，从PLC仍能对现场设备进行良好的控制。

第二种控制方式不分主从PLC，但同样适用于较大的隧道监控系统。由于隧道监控系统内各个PLC所处位置和作用一致，彼此之间不需要进行交换和输送数据，各PLC通过对设备进行检测采集数据后，将直接将信息上传输送到管理中央控制层的计算机中。之后计算西系统整合信息再将各控制命令输送给各个PLC，再由PLC下传给各个现场设备。

上述的两种方式都要求在公路隧道监控系统中对PLC进行分布式设置，使每个PLC系统都能够对周围临近的信息进行数据控制和采集。因在隧道设置的PLC系统性能较高，能自动进行一定程度的数据处理和储存功能，所以在隧道群和特长的隧道里，不管采取哪一种方式都具有比较可靠的稳定性。但在实际运用公路隧道监控系统的过程中，设置的PLC系统处理和储存信息数据的功能被大大减弱，仅仅被看成I/O来运用，忽略了其处理和储存信息数据的能力。此外，由于设置的PLC系统数量较多，其价格也较昂贵，造成了资源及资金同时浪费的现象。因此为了可以在更好地运用发挥隧道监控系统的功能的基础上节约工程成本，提高资金效益和建设效益，提出了以远程IO技术为基础的PLC区域集中控制的方案。

2 基于远程IO技术的PLC区域集中控制方案

与一般的公路隧道监控系统实行的PLC的控制方案的不同之处在于该方案是通过使用主控PLC+远程I/O模块光纤组网，完成了公路隧道内不同的被控检测设备进行分布式接入的操作的同时实现对区域信息集中进行控制的功能，在充分发挥了公路隧道监控系统功能下，比以往建设的PLC区域控制系统减少了将近百分之四十的资金投入，极大地提高了工程效益。此外，隧道内的风机、照明设备、检测光亮度、火灾报警等设备分布都是采用线性方式，每一台区域控制器上一般仅仅包括几十个开关数量、几路用来模拟信号的数量，因此在公路隧道内的PLC可以使用不具备CPU的远程I/O。远程I/O可实现对远距离较少数量的节点进行采集处理数据信息，减少检测系统中控制设备的使用，节省建设的资金投入，适用于控制较分散的配置设备点。

基于远程I/O技术的PLC区域集中控制方案的设计方式是通过远程I/O模块代替分布式PLC控制系统中的CPU。对于处理和储存信息数据的功能全都由变电系统中的主控PLC来实现操作，其存在的数据处理问题可通过提高主控PLC的配置来解决。隧道检测系统中的主控PLC可采用PROFINET总线完成对远端I/O的控制，远距离末端的I/O设备可采用总线耦合器将光电转换为光缆进行数据传输，達到主控PLC控制远端I/O的目的，实现检测系统更加随时准确控制公路隧道中的检测设备，其具有以下的特点：

较快地实现数据的输送：由于远程I/O系统在接入以太网网络时没有受到任何阻碍，其通信的输送速率最低可达100M。

可完成较远距离的数据输送：由于远程I/O系统在接入以太网后可与光纤环网进行相连，借于光纤传输的优势，I/O系统对控制数据的程度效率一般已不受距离的限制。

成本较低，性价比较高：由于在采用了远程I/O系统减去了隧道现场的CPU配置设备，可在保证隧道监控系统正常的运行下，较大的减少了工程资金的投入，降低了建设成本。

软件开发简单方便：由于是直接通过主控PLC对远程设备进行控制，通讯工作被集中于一台PLC上，减少了各个从PLC之间交换数据的过程，使软件开发变的更加简单方便。

3 结束语

在公路监控系统中，PLC作为核心设备起着关键的不可替代的作用。合理正确地选择PLC的控制方案不仅可以实现对公路隧道监控系统的安全性、稳定性的基本保障，还能够降低资金投入，获得更大的工程效益。现阶段，在国内的公路隧道监控系统中仍主要采用分布式的PLC控制方案，选择远程I/O模式代替隧道内PLC从站的方案尚且不多，但都取得了良好的效果。为了可以充分发挥隧道监控系统的功能的同时减少建设资金投入，提高工程效益，国内应大力推行以基于远程I/O技术的PLC区域集中控制的方案。

参考文献

[1]王维娜，李刚.公路隧道监控系统PLC控制方案探讨[J].中国交通信息化，2014，5：116-117.

[2]陈忠良.浅谈隧道照明节能控制及安全监控方案[J].现代隧道技术，2009，3：105-111.