摘 要：福寧高速公路隧道眾多，在國(guó)內(nèi)較為少見(jiàn)，隧道監(jiān)控采用PLC作為本地控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和信息發(fā)布,整個(gè)PLC系統(tǒng)組網(wǎng)方便，運(yùn)行可靠,達(dá)到并滿足設(shè)計(jì)的目的和要求。 關(guān)鍵詞：隧道; 監(jiān)控系統(tǒng); 本地控制器 Abstract: There‘re many tunnels on FuNing freeway， which rarely happen in China。 The tunnel monitored system utilizes PLC as the local controller to collect data and issue information，the entire PLC network system can be pretty easily built up，operate reliable, and well meet the design objective and requirement。 Keywords: tunnel;monitored control system;local controller 1 引言 　　福鼎分水關(guān)至寧德城關(guān)段高速公路是國(guó)家規(guī)劃的“兩縱兩橫”國(guó)道主干線之一同江至三亞公路在福建的一段，起點(diǎn)接浙江省甬臺(tái)溫高速公路，終點(diǎn)接羅源至寧德高速公路。本路采用山嶺重丘區(qū)高速公路標(biāo)準(zhǔn)修建，雙向四車(chē)道，設(shè)計(jì)車(chē)速80Km/h，全長(zhǎng)141公里，沿線設(shè)有互通立交十座，超過(guò)一公里的長(zhǎng)隧道八條，一公里以下短隧道六條，全線隧道單洞長(zhǎng)度達(dá)二十公里，隧道監(jiān)控是全線監(jiān)控的關(guān)鍵。八條長(zhǎng)隧道設(shè)置了完整的監(jiān)控系統(tǒng)，包括交通監(jiān)控、通風(fēng)、照明、變電站供配電、火災(zāi)報(bào)警、CCTV監(jiān)視、隧道廣播等子系統(tǒng)，其中交通監(jiān)控、通風(fēng)照明、變電站供配電等隧道信息的采集和發(fā)布采用本地控制器（PLC）完成。 2 PLC概述 　　本地控制器采用OMRON 公司的大中型機(jī)CS1系列，八條長(zhǎng)隧道十六個(gè)單洞共用78套PLC，其中坑門(mén)里隧道11套，吉坑隧道11套，蔡家山隧道9套，洋坪隧道9套，赤嶺隧道13套，楊梅嶺隧道8套，灣塢隧道9套，吳樓隧道8套PLC，分別組成16個(gè)ControllerLink冗余令牌環(huán)網(wǎng)的控制系統(tǒng)。ControllerLink 是OMRON的主要的FA級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)，它支持在PLC之間及PLC和上位機(jī)之間的自動(dòng)數(shù)據(jù)鏈接，也可使用信息服務(wù)進(jìn)行可編程的數(shù)據(jù)傳送，可得到高容量，柔性數(shù)據(jù)鏈接及高容量的數(shù)據(jù)傳送，對(duì)低成本的通信系統(tǒng)，可使用雙絞線電纜。78套本地控制器的PLC通過(guò)光纖通信模塊CS1W-CLK52分別組成16個(gè)光纖ContollerLink冗余令牌環(huán)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。 3 PLC系統(tǒng)組成 　　每個(gè)隧道的PLC系統(tǒng)分別在隧道左洞和隧道右洞組成光纖ContorllerLink冗余令牌環(huán)網(wǎng)，兩個(gè)光纖ContorllerLink冗余令牌環(huán)網(wǎng)都是獨(dú)立的控制系統(tǒng)，互不干涉和影響。安裝在監(jiān)控設(shè)備室內(nèi)的PLC通過(guò)HostLink與主控PLC相連，并與隧道監(jiān)控分中心的服務(wù)器通過(guò)以太網(wǎng)模塊CS1W-ETN01、HUB、光纖收發(fā)器組成以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。主控PLC在監(jiān)控室內(nèi)連接一個(gè)本地觸摸屏，并通過(guò)MODEM與監(jiān)控分中心的一個(gè)遠(yuǎn)程觸摸屏相連。 　　隧道PLC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成圖： 4 PLC程序主要功能 　　1、收集本區(qū)段檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)的信息，包括CO檢測(cè)器、能見(jiàn)度檢測(cè)器、透過(guò)率檢測(cè)儀、車(chē)輛檢測(cè)器等。 　　2、對(duì)收集信息進(jìn)行預(yù)處理。如：隧道內(nèi)的CO正常運(yùn)營(yíng)時(shí)允許的濃度一般在150—250ppm,，交通阻滯（隧道內(nèi)各車(chē)道均以怠速行駛，平均車(chē)速為10km/h時(shí)可為300ppm,經(jīng)歷時(shí)間不超過(guò)20分鐘;隧道內(nèi)煙霧允許濃度為7.0＊0.001 1/m;隧道內(nèi)風(fēng)速正常運(yùn)營(yíng)時(shí)推薦為10m/s），并儲(chǔ)存在本地的存儲(chǔ)單元內(nèi)。 　　3、 隧道內(nèi)的本地控制器的存儲(chǔ)單元中處理好的信息（CO濃度、能見(jiàn)度、煙霧濃度、透過(guò)率、車(chē)輛檢測(cè)、交通信號(hào)標(biāo)志等）上傳給隧道監(jiān)控分中心的服務(wù)器。 　　4、 接收隧道管理站計(jì)算機(jī)的各種控制命令（如控制風(fēng)機(jī)的啟、停、照明開(kāi)關(guān)等），將控制命令和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)比較后，發(fā)出對(duì)下端執(zhí)行設(shè)備的控制指令（如發(fā)給風(fēng)機(jī)、照明柜、車(chē)道控制標(biāo)志、交通信號(hào)燈、橫洞指示等的指令）。 　　5、 本地控制器設(shè)有手動(dòng)控制，手動(dòng)操作界面采用觸摸屏NT31C，當(dāng)通信中斷或其它原因和上端失去聯(lián)系時(shí)，可進(jìn)行手動(dòng)操作，且手動(dòng)優(yōu)先。 　　6、可存儲(chǔ)幾個(gè)常用和特殊的程序，如交通事故處理程序、火災(zāi)緊急處理程序等（即當(dāng)遇到交通事故時(shí)的緊急處理措施,如：改變交通信號(hào)標(biāo)志，發(fā)出報(bào)警信息，通知巡警等;當(dāng)遇到火災(zāi)時(shí)的緊急處理措施，如：當(dāng)隧道內(nèi)遇到火災(zāi)時(shí)，風(fēng)機(jī)的控制等）。 5 PLC編程 　　1、交通控制程序 　　交通控制程序負(fù)責(zé)讀取車(chē)輛檢測(cè)器、車(chē)道指示標(biāo)志、情報(bào)板的狀態(tài)及信息，并將數(shù)據(jù)傳遞給上位機(jī)。根據(jù)上位機(jī)上設(shè)定的交通模式，控制車(chē)道指示標(biāo)志和交通信號(hào)燈的狀態(tài)。并根據(jù)上位機(jī)設(shè)置的狀態(tài)及信息。實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛檢測(cè)器、車(chē)道指示標(biāo)志、情報(bào)板、交通信號(hào)燈的控制。在發(fā)生通信故障時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。定時(shí)給車(chē)輛檢測(cè)器校時(shí)，以保證車(chē)輛檢測(cè)器時(shí)間的一致性。 　　車(chē)道指示標(biāo)志和交通信號(hào)燈的狀態(tài)的控制方式有以下三級(jí)控制： 　　——監(jiān)控分中心：自動(dòng)控制（上位機(jī)）、人工遠(yuǎn)程控制（上位機(jī)、觸摸屏） 　　——隧道監(jiān)控室：人工控制（觸摸屏） 　　——現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備： 人工手動(dòng)控制 　　正常情況下，車(chē)道指示標(biāo)志和交通信號(hào)燈的狀態(tài)由監(jiān)控分中心的上位機(jī)控制，在上位機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可通過(guò)監(jiān)控分中心的觸摸屏進(jìn)行控制。若監(jiān)控分中心至隧道設(shè)備室的通信出現(xiàn)故障，則改由隧道設(shè)備室的觸摸屏進(jìn)行控制。 　　交通控制流程圖 　　2、通風(fēng)控制程序 　　通風(fēng)控制程序根據(jù)檢測(cè)到的透過(guò)率、CO濃度數(shù)據(jù)、交通量數(shù)據(jù)，控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)、風(fēng)向和運(yùn)行時(shí)間，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行和保持風(fēng)機(jī)較佳壽命的控制運(yùn)行;并在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，根據(jù)不同地點(diǎn)，進(jìn)行相應(yīng)的火災(zāi)排煙處理，以保證隧道的安全及運(yùn)行環(huán)境的舒適性。 　　通風(fēng)控制程序?qū)崿F(xiàn)風(fēng)機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停機(jī)控制，并將每臺(tái)風(fēng)機(jī)的狀態(tài)（正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停機(jī)）、自動(dòng)手動(dòng)狀態(tài)顯示、總故障信號(hào)傳給上位機(jī)。自動(dòng)統(tǒng)計(jì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間最短的風(fēng)機(jī)優(yōu)先啟動(dòng)，以便平衡各臺(tái)風(fēng)機(jī)的勞逸程度，延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)的使用壽命。 　　自動(dòng)根據(jù)CO濃度、透過(guò)率值、交通量狀況、火災(zāi)報(bào)警等綜合情況控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。每臺(tái)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)需短暫延時(shí)，才允許其它風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，以減少對(duì)變電站供電的沖擊。 　　通風(fēng)控制子系統(tǒng)控制方式可以有如下四級(jí)： 　　——監(jiān)控分中心：自動(dòng)控制、人工遠(yuǎn)程控制 　　——隧道監(jiān)控室：自動(dòng)控制、人工控制 　　——隧道變電所：人工手動(dòng)控制 　　——通風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)箱：人工手動(dòng)控制 　　正常情況下將隧道變電所的風(fēng)機(jī)控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于“自動(dòng)”位，由監(jiān)控分中心實(shí)現(xiàn)通風(fēng)控制子系統(tǒng)的監(jiān)控，自動(dòng)完成子系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。系統(tǒng)在故障或需要時(shí)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換應(yīng)在前三級(jí)的任一級(jí)上維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在對(duì)通風(fēng)設(shè)備和通風(fēng)控制子系統(tǒng)需要進(jìn)行維修和測(cè)試時(shí)則可以采取隧道監(jiān)控室人工、變電所人工、通風(fēng)機(jī)就地開(kāi)關(guān)箱處人工控制的方式。 　　控制方式的優(yōu)先權(quán)為：人工高于自動(dòng)，人工方式時(shí)是按四級(jí)順序優(yōu)先級(jí)由低到高，自動(dòng)方式時(shí)是隧道監(jiān)控室控制優(yōu)先于監(jiān)控分中心控制。 　　風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制模式有兩種：一種是在一些特定情況下選用某種預(yù)先編制的控制程序通過(guò)人工確認(rèn)后進(jìn)行風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制，另一種是根據(jù)CO和透過(guò)率檢測(cè)器檢測(cè)到的實(shí)際數(shù)據(jù)與環(huán)境指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值比較，來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。 　　通風(fēng)控制流程圖 　　3、照明控制程序 　　隧道照明控制程序根據(jù)檢測(cè)到的洞內(nèi)外光強(qiáng)數(shù)據(jù)、交通量變化以及白天、黑夜等情況，控制隧道的照明系統(tǒng)，調(diào)節(jié)出入口以及洞內(nèi)的照明，保證行車(chē)的安全，以及在滿足照明要求的情況下達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的目的，同時(shí)對(duì)洞內(nèi)照明以及照明控制設(shè)備的狀況進(jìn)行監(jiān)視。 　　照明系統(tǒng)隧道照明控制程序具有洞內(nèi)燈泡亮度不足的報(bào)警功能，即能夠通過(guò)洞內(nèi)光強(qiáng)儀采集數(shù)據(jù)與設(shè)定值比較后提示維護(hù)部門(mén)更換燈具。在自動(dòng)（控制方式中，發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)，洞內(nèi)所有照明自動(dòng)全亮。在自動(dòng)（本地）、遠(yuǎn)控（人工/自動(dòng)）控制方式中，任何時(shí)候確保有一路基本照明燈亮。 　　此隧道照明有人工、自動(dòng)（本地）、遠(yuǎn)控（手動(dòng)/光強(qiáng)）三種方式，其中人工/自動(dòng)（本地）方式由照明系統(tǒng)自行完成，遠(yuǎn)控方式由監(jiān)控與照明系統(tǒng)配合完成。照明系統(tǒng)將遠(yuǎn)程控制或本地控制（人工/自動(dòng)）的狀態(tài)信號(hào)傳給監(jiān)控系統(tǒng)。 　　遠(yuǎn)控制方式時(shí)由監(jiān)控系統(tǒng)提供繼電器接點(diǎn)和連接電纜至照明系統(tǒng)協(xié)調(diào)完成遠(yuǎn)控制。各個(gè)照明回路的執(zhí)行控制由照明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。 　　照明系統(tǒng)將照明回路開(kāi)關(guān)分合狀態(tài)信號(hào)傳給監(jiān)控系統(tǒng)，照明系統(tǒng)提供繼電器干接點(diǎn)。對(duì)照明燈可用觸摸屏NT31C達(dá)到手動(dòng)控制目的。 　　照明控制流程圖 　　4、變電站監(jiān)視控制程序 　　PLC對(duì)隧道變電站的電源狀態(tài)、質(zhì)量以及故障等狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。主要是對(duì)高壓電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)狀態(tài)、低壓總開(kāi)關(guān)狀態(tài)、每段低壓母線的電壓、變電站故障總信號(hào)，柴油發(fā)電機(jī)的起、停、總故障信號(hào)等進(jìn)行監(jiān)視，根據(jù)被監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)的變化及故障告警信號(hào)進(jìn)行告警記錄，存貯相應(yīng)的監(jiān)視信息，并且把采集的信號(hào)傳送至監(jiān)控分中心。另外，根據(jù)變電站的電源狀況控制風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的工作。對(duì)無(wú)電源的變電站不會(huì)使該站供電風(fēng)機(jī)運(yùn)行，并在低電壓狀況下調(diào)控風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)。 6 結(jié)束語(yǔ) 　　高速公路開(kāi)通運(yùn)行后，隧道監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行相當(dāng)穩(wěn)定，在隧道比較惡劣的環(huán)境下，采用PLC是較為合適的?，F(xiàn)在自動(dòng)化技術(shù)日新月異，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在控制領(lǐng)域已在大力推廣，但PLC技術(shù)也在不斷加強(qiáng)發(fā)展，特別在通信、組網(wǎng)、冗余技術(shù)方面日趨完善強(qiáng)大，在控制領(lǐng)域仍然占據(jù)不可動(dòng)搖的位置。 參考文獻(xiàn)： 　　[1]Andrew S. 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