模块化PLC技术在港珠澳大桥交通工程中的应用

于伟

摘 要：在具有较强腐蚀性的潮湿空气环境中，可编程逻辑控制器（PLC）以其可靠性高、抗干扰能力强的优点在隧道运营管理中得到了广泛应用。在港珠澳大桥交通工程的运营管理中，人们采用易于分割、组织和打包软件的模块化程序，有效解决了庞大复杂系统的模块化管理问题，既满足了正常运营管理功能的需要，又为未来港珠澳大桥交通管理系统的功能升级、系统功能扩展提供了接口资源。

关键词：PLC;隧道;模块化;管理

中图分类号：U442.5;P75 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）06-0116-03

Application of Modular PLC Technology in Traffic Engineering of

Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge

YU Wei

（The 1st Engineering Co.， Ltd. of China Railway Construction Electrification Bureau Group，Luoyang Henan 471013）

Abstract： In the humid air environment with strong corrosiveness， programmable logic controller （PLC） has been widely used in tunnel operation and management due to its high reliability and strong anti-interference ability. In the operation and management of the Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge traffic project， people adopt modular programs that are easy to divide， organize， and package software， which effectively solves the problem of modular management of huge and complex systems， it not only meets the needs of normal operation and management functions， but also provides interface resources for the functional upgrade and system function expansion of the future Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge traffic management system.

Keywords： PLC;tunnel;modularization;management

海底隧道环境特殊，隧道交通机电子系统种类繁多。随着自动化控制系统的发展，近些年，人们开发出许多功能模块。PLC技术不仅具有智能化、模块化的优势，还拥有良好的联网通信能力，可以提升隧道交通机电子系统控制的可靠性和实时性，并能适应未来技术发展的需求[1]，这对保障道路运行安全、提高运营效率和长远经济效益具有十分重要的意义。

1 项目概述

港珠澳大桥交通工程系统复杂，包含十余个子系统，设备数量庞大，弱电系统种类繁多，尤其对海底隧道控制系统的可靠性要求高，环网规模大，设备控制实时性要求高，系统集控难度大。

基于上述原则，本项目的PLC控制系统采用模块化程序，便于分割、组织和打包软件。在系统结构中，模块可以组合、可以分解、可以更换单元，模块化可以将复杂的系统分解为简易的可管理模块，复杂控制问题迎刃而解;它可以把一个问题分解成多个小的独立、互相作用的模块，每个模块在不同设备中设定不同的功能来处理复杂的大型控制问题，各个模块可独立工作，即便单组模块出现故障，也不影响整个系统工作[2-4]。

2 系统结构说明

PLC控制系统是基于物联网的体系架构和技术进行集成的，旨在建立层次化的、模块化的、可扩展的集成平台体系。系统可划分为四层体系结构，即感知层、通信层、管理层和应用层，分别完成状态参数与信息采集、信息数据传输、数据整合与管理、系统各项应用与管理功能[5]。

PLC控制部分主要涉及感知层上的监控设施、通风设施、給排水设施和消防设施;通信层构建于工业以太环网内，PLC通过通信层将感知层上的数据信息传输到管理层;管理层对接收的PLC信息数据进行集中、合并、提取、整合和处理;最终，应用层与管理人员完成交通工程设施的运营管理业务操作。

3 系统联动功能的实现

预案联动模块分为日常运营控制管理模块和应急预案控制管理模块。

日常运营控制管理模块可存储预先制定好的各类管理控制方案。根据接收的告警信息，管理模块可自动向管理员提出调用方案，并按照方案内容和执行程序对管理员的操作逐步做出提示，供管理员确认或修改。管理员也可根据实际情况，从方案库中选择启动方案。系统将根据方案内容对相关的设施设备进行联动控制，并与相关系统交换信息。日常运营控制管理模块应具有方案编辑功能，系统管理员可以对已有的方案进行修改，也可制作新方案，将其添加到系统中。

应急预案控制管理模块主要针对各种突发的紧急事件做出迅速响应，进行有效处置。紧急事件的处置要求多部门、多系统的协调配合，人们应当通过全面的研究，提前建立各种突发事件的应急处置预案。同时，采用信息化手段，使得各系统、各部门做到协调联动，高效合作，提高系统响应速度。

为提高各个系统的联动预案执行效率与简化系统集成平台的命令下达过程，每套PLC存有联动预案模块。系统集成平台只需要向对应的PLC发送一个联动预案执行命令，PLC就会立即调用内部对应的联动预案，按相应顺序或条件控制相应的设备，提高紧急情况下系统集成平台控制命令传达的效率和可靠性。联动预案系统模块构成如图1所示。

3.1 日常运营控制模式

3.1.1 交通控制方案。交通控制方案主要根据系统采集的交通信息、环境信息等进行综合分析，判断当前道路交通状况，经确认，提出相关交通工程设施的控制方案，控制和引导交通流，尽量减少交通拥堵，及时恢复交通正常运行，避免二次事故，在确保安全的前提下，最大限度地提高道路通行能力和服务水平。

综合分析交通和环境指标状况后，系统集成平台根据内部已配备的控制方案，对全线交通进行自动控制;紧急情况下，系统集成平台既可以向值班人员发出报警信息，又可以马上中断正常程序，进入紧急处理程序，待值班人员确认报警信息后，执行相应的预案和指令。

在日常交通控制模式下，视频检测系统或微波检测系统检测到交通拥堵信息或者交通事故信息，会将其发送给系统集成平台。平台通过调用相关视频确认报警信息后，通过PLC控制交通灯及车道灯等交通设施，调用预案，控制情报板发布信息，并与上下行方向进行通信。

3.1.2 通风控制方案。通风控制方案的主要功能是根据系统采集的交通量及环境监测质量数据，启动不同工况下的通风方案，控制各类风机、风阀等设备的运转，维持隧道内驾车环境的安全性及舒适性，并满足安全通道检修环境要求。

视频检测系统、微波检测系统或者环境参数检测模块检测到交通拥堵或者环境质量不佳等信息后，会将其发送给系统集成平台。平台通过视频确认报警真实后，通过PLC预置通风智能控制程序，控制风机及电动排烟口等设备。

控制模式包含以下几种：正常运营工况、单洞双向交通及阻滞工况、单向交通火灾阻滞工况、单洞双向交通火灾工况以及单向交通火灾非阻滞工况。

3.1.3 照明控制方案。照明控制方案的主要功能是根据时间、交通流量和外部环境亮度等数据，合理控制照明光源的启动、停止及运行状态，为行驶车辆创造舒适、安全的行车环境，并尽量减少电能消耗，达到节能的目的。

隧道照明控制系统中，PLC只对隧道口进行光强监测反馈，通过系统集成平台进行隧道照明控制，不对照明设备进行直接控制。系统集成平台通过PLC采集隧道内的亮度仪、照明仪信息，通过控制照明软件来控制相关照明设备，实现照明与亮度仪/照度仪联锁，自动控制隧道路灯启停。

3.1.4 给排水控制方案。供水泵房、中央废水泵房、雨水泵房和越浪泵房的水泵控制柜可就地控制和显示水泵的状态（如启停、故障等），并将信号反馈至系统集成平台。另外，配置其他仪器仪表：水泵出水管上设置压力计，在末端设置流量计，集水池设置超声波液位计或投入式液位计，设置液位与潜污泵联锁，自动根据液位高度控制水泵启停，同时远传至平台，便于管理人员掌握现场情况。

PLC负责采集集水池的液位，实现液位与潜污泵联锁，自动控制水泵启停。集成监控系统软件实时采集液位、水泵信息，便于管理人员掌握现场情况。

3.2 应急预案控制模式

3.2.1 交通事故应急预案。当视频检测系统检测到事故情况时，其将交通事故信号发送至视频检测主机，视频检测主机通过信息共享方式将报警点信息发送给系统集成平台。当接收到报警点信息后，系统集成平台启动交通事故联动预案：给PLC发送控制命令，由PLC运行监控设施、联动可变情报板、广播系统、视频监控和大屏显示等设备。交通事故应急预案联动信息流如图2所示。

3.2.2 消防应急预案。当检测到隧道火灾情况时，系统将火灾报警信号发送至消防主机，消防主机通过信息共享方式将报警点信息发送给系统集成平台。当接收到报警点信息后，系统集成平台启动消防联动预案：给PLC发送启动模式信号，由PLC联动监控设施相关设备、通风设施相关设备、给排水设施相关设备和消防设施相关设备;由PLC联动可变情报板、广播系统、视频监控和大屏显示等设备。消防应急预案联动信息流如图3所示。

4 結语

港珠澳大桥交通工程的运营管理采用模块化程序，其易于分割、组织，集成方便，提高了运营控制效率。运营管理人员可以及时、全面了解隧道内的交通流量情况和隧道实时状况，及时做出决策，有效处理隧道内的异常情况。PLC模块的易于分割重组功能为港珠澳大桥交通管理系统的功能升级与扩展提供了接口资源，满足了管理功能与科技创新同步的需要，使得新技术有效地应用于庞大复杂的港珠澳大桥交通管理系统中，为港珠澳大桥交通安全提供有力的保障。

参考文献：

[1]张壮飞，邹洋.公路隧道PLC技术应用标准化研究[J].公路交通技术，2017（1）：111-114.

[2]梁彤.SIEMENS PLC标准功能块开发的实例应用[J].机械工程与自动化，2013（2）：161-162.

[3]张贤波，刘兴启，樊占东.SIEMENS PLC在公路隧道控制工程中的应用[J].本溪冶金高等专科学校学报，2004（3）：25-26.

[4]迟君平，王斌，李业友.模块化编程方法在PLC程序开发中的应用[J].微计算机信息，2005（6）：26-27.

[5]刘志强.物联网技术与LTE无线通信技术研究[J].科学技术创新，2019（32）：79.