龙永高速砂子坡隧道PLC自动控制应用分析

2018-01-08

福建质量管理 2017年24期

关键词：砂子通风高速公路

(湖南省交通规划勘察设计院)

李谟珍

(湖南省交通规划勘察设计院)

本文主要介绍了我国目前隧道监控系统的主要内容和控制要求，同时以单隧道为例，具体说明了隧道监控系统的应用。

工业以太网;可编程序控制器;现场总线

一、概述

隧道监控系统是对隧道交通和隧道内环境、通风设备、照明设备以及供配电设备进行监视、检测和控制的系统。一般来讲，隧道监控系统包括中央计算机管理系统、环境监测系统、通风控制系统、照明控制系统、交通诱导及控制系统、火灾检测及报警系统、闭路电视系统、紧急电话与广播系统、供配电监控系统等等，肩负着监视与控制、平滑交通流量、保障安全和节能环保的功能。

二、隧道监控系统的主要内容和控制要求

为了保证隧道内良好的行车环境, 以及必要时能够对通行的车辆做出合理的诱导，通常在隧道内设置一定保护行车环境和便于交通诱导的机电设备。按照功能可以划分为交通检测与诱导设备、通风检测与控制设备，相应为控制这些设施分别设置了交通检测控制系统和通风检测控制系统。

交通检测控制系统

交通检测控制系统中包含车道指示灯、交通信号灯、可变信息情报板等用于控制交通的诱导设备。车道指示标志、交通信号灯显示信息通过PLC程序控制输出继电器来控制，可变信号情报板的显示值通过PLC的串行通讯接口输出来控制改变。

通风检测控制系统

通风检测控制系统中包含风速检测仪、一氧化碳和能见度检测仪。该控制系统作用在于在实时检测环境参数的基础上, 控制隧道内风机的开启、以使各项空气指标符合安全行车标准,达到保障安全行车和节约能源的目的。各空气指标数据由PLC模拟量输入模块采集, 风机的启停通过 PLC的开关量输出模块程序控制中间继电器实現控制。

照明检测控制系统

照明检测控制系统中包含洞内光强检测仪和洞外光强检测仪。目的在于不断检测洞内外光强度的差别,调节隧道进出口加强段等照明回路, 达到合适的隧道内光照度。光照度等参数的采集由PLC模拟量输入模块采集,照明回路控制由 PLC程序控制输出继电器实现控制。

三、应用案例

下面以湖南省龙山至永顺高速公路隧道为例，具体说明隧道监控系统的实际应用。

案例：砂子坡隧道监控

湖南省龙山至永顺高速公路，路线全长91.086公里，设计速度80km/h，路基宽24.5m，为双向四车道高速公路。项目起于恩施至来凤公路终点，终于张家界至花垣高速公路海洛互通。本路全线有隧道16座，包括砂子坡隧道(3450m、3418m)，茅坪隧道(3087m、3092m), 庙岭界隧道(714m、730m), 撮箕坡1号隧道(717m、835m), 撮箕坡2号隧道(97m、156m), 水畲村隧道(511m、524m),红岩溪隧道(1699m、1680m)，观音岩隧道(335m、350m)，永龙界隧道(1311m、1315m)，大干溪1号隧道(465m、485 m)，大干溪1号隧道(465m、485 m)，大干溪2号隧道(552m、498 m)，大干溪3号隧道(885m、878 m)，大干溪4号隧道(412m、413 m)，响米坳隧道(654m、684 m)，利布坳隧道(537m、460m)，大坝隧道(2238m、2264 m)。本监控方案主要就砂子坡隧道机电监控系统的进行说明。

整个隧道机电监控网络由设在远端的监控通信中心和隧道内(包括砂子坡隧道变电所)的本地控制器以及相关的通信线路组成.监控中心内设有交通状况模拟显示大屏幕,工作站,监控计算机群,打印机,服务器,CCTV视频墙等设备, 供操作人员监视和指挥隧道内和道路的运营情况。

砂子坡隧道监控系统中，包括16套本地控制器，其中一套主控本地控制器置于砂子坡隧道1#房建变电所内，其余的本地控制器分散布置在砂子坡隧道上下行的各个位置，所有本地控制器通过100Mbps速率的工业以太网交换机形成光纤冗余环网。光纤环网使得环路上任意两个区域控制器间通信有两条物理链路，这样即使某处光纤出现断裂故障,系统仍可以自动寻找到反方向的通信链路继续维持通信，既增加了通信可靠性，又提供了在线不停机检修通信的功能。砂子坡隧道变电所内的主控本地控制器也通过100Mbps速率的光纤以太网与监控通信中心相连，保证了监控数据和指令的实时海量数据传输。

图1 西门子 1500系列

图2 西门子400系列

各PLC对照明、通风、本地控制系统信息进行采集，同时按所设定的程序以及上位机的指令进行相应的动作。采集的信息经光纤以太环网传至控制室中央计算机上，实现联网。另外，在主控制器上还配有液晶触摸屏，用来对给设备操作和显示其反馈信息及检查所辖各设备的状态，同时它可以取代手持式编程器对PLC进行编程；而且，在隧道监控中心的服务器上汇集了隧道各个设备实时信息，所以本地控制器不仅要能快速交换实时数据，进行数据采集，并能接受和执行上位机的指令，通过服务器可对现场任一设备(照明、通风、本地控制器)发布操作命令。在砂子坡隧道变电所选用了西门子的400系列(见图1)PLC作为本地控制器400系列PLC具有双CPU模块，双电源模块，支持热插拔，极大的提高了主控制器的可靠性，使得整个系统可以实现不停机检修功能。在隧道内的8台本地控制器我们选用西门子的1500系列(见图2)PLC，它具有高速信息交换能力和良好控制功能，1500系列PLC作为隧道内的区域控制器。在每台PLC上安装有IP/TCP、RS-485/RS422或RS-232通讯端口，以便与多参数智能变送器、限速控制器、可变情报板显示控制器等仪表控制设备相连，串行通信的数据协议是随着制造商和设备而变的。在本控制系统中用于控制照明、通风、电力、交通等设备的各个区域控制器均采用独立的控制程序。控制室两台中央计算机则通过Ethernet与上级控制中心联系。