PLC在奧布項(xiàng)目公格爾隧道集中控制系統(tǒng)中的作用

吳忠永

【摘要】公格爾隧道環(huán)境復(fù)雜，實(shí)行單洞雙向，安全行車，如何采用實(shí)時快速、穩(wěn)定可靠的監(jiān)控模式是運(yùn)營單位首要考慮的問題，可編程控制器（簡稱“PLC”）因其組網(wǎng)方便、可靠性高、易于維護(hù)、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)在公格爾隧道隧道監(jiān)控中發(fā)揮出了非常顯著的作用。

【關(guān)鍵詞】隧道；可編程控制器；PLC；公格爾隧道

【Abstract】How to use real-time fast， stable and reliable monitoring mode is the primary consideration of the operating unit， programmable controller （referred to as "PLC"） because of its network convenient and reliable High， easy to maintain， adaptability and other characteristics in the public grid tunnel monitoring to play a very significant role.

【Key words】Tunnel；Programmable controller；PLC； public grid tunnel

1. PLC的優(yōu)點(diǎn)

公格爾隧道是G314線奧依塔克━布倫口段公路建設(shè)項(xiàng)目中的一條公路隧道，全長2635米。根據(jù)交公路發(fā)【2005】495號文的定義，該公路屬于長隧道，應(yīng)設(shè)隧道控制系統(tǒng)和隧道管理站，在該隧道按照有關(guān)要求布設(shè)有交通誘導(dǎo)、交通檢測、環(huán)境檢測、通風(fēng)照明、火災(zāi)報警等設(shè)備，設(shè)備品種多、控制方式復(fù)雜，如何進(jìn)行有效控制來提高設(shè)備的管理使其達(dá)到最好的經(jīng)濟(jì)效益是公路運(yùn)營管理部門最關(guān)注的問題。在本項(xiàng)目實(shí)施過程中采用了遠(yuǎn)程控制與本地區(qū)域控制器相結(jié)合的PLC技術(shù)，充分發(fā)揮其具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、通用性強(qiáng)、編程簡單、控制程序可變、容易掌握、維護(hù)方便等特點(diǎn)。

2. PLC的構(gòu)成

（1）PLC主要由CPU（中央處理器“Central Processing Unit”的縮寫）模塊、輸入/輸出（I/O）模塊、電源模塊、通信模塊等組成。

（2）CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，相當(dāng)于人的大腦，它接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，通過掃描的方式采集由外場機(jī)電設(shè)施送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)并存儲，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)以及編程過程中的語法錯誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中讀取指令，通過分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去控制相關(guān)設(shè)備。

（3）輸入/輸出（I/O）模塊，用于接收和采集外場機(jī)電設(shè)施的信號，然后通過CPU進(jìn)行處理，最后由輸出模塊給外場機(jī)電設(shè)施發(fā)出控制指令。輸入/輸出（I/O）模塊主要有開關(guān)量輸入/開關(guān)量輸出（DI/DO）模塊、模擬量輸入/開關(guān)量輸出（AI/AO）模塊等組成。

（4）開關(guān)量是指只有開和關(guān)（1或0）兩種狀態(tài)的信號，如隧道洞口的交通信號燈紅、綠、黃的三種顯示狀態(tài)，隧道內(nèi)的車道控制標(biāo)志直行（“↑”）、左轉(zhuǎn)（“←”）、禁止通行（“×”）的顯示狀態(tài)，照明系統(tǒng)的基本照明、加強(qiáng)照明、應(yīng)急照明等；風(fēng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止等。

（5）模擬量是指連續(xù)變化的量。如隧道光強(qiáng)度檢測器、一氧化碳/能見度（CO/VI）檢測儀、風(fēng)速風(fēng)向檢測儀等實(shí)時檢測的數(shù)據(jù)信息。

（6）電源模塊主要是為PLC各模塊提供工作電源，它是PLC能否正常工作的關(guān)鍵，工作電源一般有交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（24VAC）。PLC除了以上模塊之外，還有通信模塊，大部分都帶有RS232/RS485低速率接口，方便隧道內(nèi)的電光誘導(dǎo)標(biāo)、火災(zāi)報警控制器、可變信息標(biāo)志等設(shè)備與PLC進(jìn)行通信，發(fā)送實(shí)時工作狀態(tài)信息，并接收PLC及上一級的控制指令。

3. PLC的應(yīng)用

（1）隧道監(jiān)控模式主要分為兩種，一種是集散式控制模式，適用于短隧道；一種是現(xiàn)場總線控制模式，適用于長隧道。公格爾隧道采用就是現(xiàn)場總線控制模式，施工方便，且可靠性較高。

（2）隧道機(jī)電監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)由設(shè)在遠(yuǎn)端的監(jiān)控中心和隧道內(nèi)（包括洞口變電所）的區(qū)域控制器（PLC）以及相關(guān)的通信線路組成。監(jiān)控中心操作人員可通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)視和指揮隧道內(nèi)和道路的運(yùn)營情況。通常在隧道變電所內(nèi)各設(shè)一臺區(qū)域控制器作為主控PLC，隧道每隔一定的距離設(shè)置一臺區(qū)域PLC。其中，主控PLC作為現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)主站，不但監(jiān)控相關(guān)機(jī)電設(shè)備，而且還傳遞其他區(qū)域控制器的數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)與現(xiàn)場監(jiān)控工作站交換數(shù)據(jù)；區(qū)域PLC用于與現(xiàn)場監(jiān)控機(jī)電設(shè)備進(jìn)行通信，以及與相鄰的PLC之間連接成環(huán)，進(jìn)行通信。

（3）整個隧道區(qū)段的PLC組成光纖自愈環(huán)網(wǎng)，在公格爾隧道監(jiān)控中，機(jī)電設(shè)備較多，PLC光纖環(huán)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)較多，往往會在隧道環(huán)網(wǎng)上設(shè)立兩臺主控PLC，這樣區(qū)域PLC環(huán)網(wǎng)通過變電所的兩臺主控PLC與監(jiān)控中心通信，兩臺主控PLC共有兩條以太網(wǎng)鏈路與監(jiān)控中心相連，互為備份，從而大大增加了監(jiān)控中心與PLC網(wǎng)絡(luò)間的通信可靠性。

（4）隧道交通誘導(dǎo)設(shè)備（如可變情報板、車道控制標(biāo)志等）、交通檢測設(shè)備（如車輛檢測器）、環(huán)境檢測設(shè)備（如CO/VI檢測儀、風(fēng)速風(fēng)向檢測儀、光強(qiáng)度檢測器等）、通風(fēng)設(shè)備、照明設(shè)備、火災(zāi)報警等設(shè)備統(tǒng)一由隧道PLC聯(lián)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)全程控制。各隧道PLC對現(xiàn)場各機(jī)電設(shè)施進(jìn)行實(shí)時信息采集，然后將采集的信息上傳至監(jiān)控中心，各設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)信息聯(lián)網(wǎng)，通過軟件編程按照邏輯條件進(jìn)行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖動作控制，同時PLC按所設(shè)定的程序以及監(jiān)控中心的指令對現(xiàn)場機(jī)電設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的動作。隧道交通控制有遠(yuǎn)程控制、現(xiàn)場本地控制兩種情況，遠(yuǎn)程控制還分自動控制、人工控制；正常情況下，監(jiān)控室計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過所設(shè)定的程序?qū)ΜF(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行自動控制，特殊情況下或緊急情況時采用人工遠(yuǎn)程控制。當(dāng)現(xiàn)場與監(jiān)控中心中斷時，PLC還可對隧道機(jī)電設(shè)施進(jìn)行現(xiàn)場本地控制，同時存儲實(shí)時采集的數(shù)據(jù)信息，隧道監(jiān)控系統(tǒng)因此不受通信中斷的影響而能繼續(xù)正常的運(yùn)行。endprint

（5）可以說隧道監(jiān)控的綜合控制器是整個隧道監(jiān)控的關(guān)鍵所在。綜合控制器品質(zhì)的好壞和是否可靠，將直接影響到隧道正常運(yùn)行和后期維護(hù)的要求。PLC設(shè)備的選型主要是由輸入/輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)的多少來確定，CPU的配置及處理能力與I/O點(diǎn)數(shù)息息相關(guān)，隧道監(jiān)控一般采用的是32位RISC的CPU，基本指令處理速度可達(dá)0.02us。隧道設(shè)備布設(shè)密集的地方主要在洞口600米的范圍內(nèi)，I/O點(diǎn)數(shù)一般在150點(diǎn)以內(nèi)，其他區(qū)域的PLC的I/O點(diǎn)數(shù)一般在60點(diǎn)左右。統(tǒng)計(jì)I/O點(diǎn)數(shù)后，計(jì)算PLC需要配置多少塊I/O模塊以滿足該區(qū)域的監(jiān)控需求。在隧道機(jī)電控制中，每套PLC一般情況下只配置一個CPU模塊和一個電源模塊，但對于公格爾隧道來說，隧道內(nèi)控制的點(diǎn)較多，PLC設(shè)置也較多，為了更好的傳輸和控制，主控PLC會配置2個CPU模塊和電源模塊，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外，在主控PLC上還配有液晶觸摸屏，用來設(shè)備操作和顯示其反饋信息及檢查所轄各設(shè)備的狀態(tài)。

4. 結(jié)束語

公格爾隧道監(jiān)控采用PLC可編程控制器進(jìn)行集中控制，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和自控程度，為隧道交通提供了更可靠的運(yùn)行保障?？删幊炭刂破鳎≒LC）其電路結(jié)構(gòu)簡單，監(jiān)控系統(tǒng)不僅自動化程度高，還具有在線修改功能，靈活性強(qiáng)，特別適用于公格爾隧道環(huán)境比較惡劣的監(jiān)控場合。

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[文章編號]1619-2737（2017）07-02-637endprint