隧道機(jī)電設(shè)備控制系統(tǒng)升級(jí)改造技術(shù)研究

楊肖寧

（深圳市粵通建設(shè)工程有限公司，廣東深圳518019）

1 國(guó)內(nèi)隧道監(jiān)控系統(tǒng)存在的問(wèn)題

目前，國(guó)內(nèi)隧道監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)還存在以下這些問(wèn)題：

（1）設(shè)計(jì)與具體情況結(jié)合不緊密，與運(yùn)營(yíng)需求相脫節(jié)，沒(méi)有對(duì)整個(gè)隧道機(jī)電系統(tǒng)從整體上來(lái)考慮，割裂地應(yīng)用每個(gè)子系統(tǒng)，難以發(fā)揮整體優(yōu)勢(shì)，直接導(dǎo)致系統(tǒng)功能不足，利用率較低。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)智能化水平低，有些隧道控制系統(tǒng)的自動(dòng)控制功能喪失，系統(tǒng)經(jīng)常處于遠(yuǎn)程手動(dòng)狀態(tài)。

（3）很多高速公路由農(nóng)電網(wǎng)供電，由于這種電網(wǎng)供電的質(zhì)量不高，導(dǎo)致時(shí)常發(fā)生供電中斷的現(xiàn)象，可能會(huì)影響正常通車，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)交通事故。

（4）隧道照明高亮度低耗能技術(shù)應(yīng)用不受重視，通風(fēng)控制不科學(xué)，造成能源的浪費(fèi)。

（5）區(qū)域控制器過(guò)分依賴可編程邏輯控制器（PLC，下同），雖然簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，但也會(huì)造成資源的浪費(fèi)，導(dǎo)致系統(tǒng)的建設(shè)費(fèi)用較高。

2 隧道機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)概述

快速公路隧道機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是保證隧道內(nèi)車輛通行安全和通暢的關(guān)鍵，一套完善的隧道控制系統(tǒng)可使隧道中各種機(jī)電設(shè)備最大限度地發(fā)揮作用。下面結(jié)合南坪快速路隧道機(jī)電控制系統(tǒng)的升級(jí)改造技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究。

2.1 南坪快速路隧道機(jī)電控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

如圖1所示，南坪快速路隧道內(nèi)機(jī)電控制系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)情報(bào)板、車道指示器、交通信號(hào)燈、環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備、通風(fēng)風(fēng)機(jī)等現(xiàn)場(chǎng)機(jī)電設(shè)備連接至PLC控制系統(tǒng)各模塊（由底板、CPU模塊、數(shù)字及模擬輸入/輸出模塊、通信模塊及各繼電器、連接線等組成），經(jīng)雙環(huán)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（采用百兆工業(yè)交換機(jī)）一路通過(guò)監(jiān)控室的千兆工業(yè)交換機(jī)連接到監(jiān)控室交通控制集成軟件后臺(tái)，通過(guò)交通控制軟件客戶端實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，另一路連接到變電所觸摸屏PLC，實(shí)現(xiàn)界面可視化的手動(dòng)遠(yuǎn)程控制，作為集成軟件故障時(shí)的備用控制系統(tǒng)。

2.2 系統(tǒng)軟硬件升級(jí)改造過(guò)程中出現(xiàn)的技術(shù)難題

由于南坪快速路車流量較大，隧道內(nèi)環(huán)境較為惡劣，經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，現(xiàn)場(chǎng)機(jī)電設(shè)備普遍老化，設(shè)施局部損壞嚴(yán)重，影響了項(xiàng)目運(yùn)行安全。業(yè)主委托我公司對(duì)機(jī)電控制系統(tǒng)的軟硬件按原設(shè)計(jì)進(jìn)行了升級(jí)改造。在南坪快速路隧道機(jī)電自動(dòng)控制系統(tǒng)軟硬件升級(jí)改造過(guò)程中先后出現(xiàn)了以下問(wèn)題：

（1）安裝工作完成后，監(jiān)控室服務(wù)器無(wú)法連接各PLC；

圖1 南坪快速路機(jī)電控制系統(tǒng)連接簡(jiǎn)圖（隧道內(nèi)）

（2）通信問(wèn)題解決后，變電所觸摸屏出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸干擾、主機(jī)傳輸錯(cuò)誤等報(bào)錯(cuò)；

（3）監(jiān)控室交通控制集成軟件無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，且現(xiàn)場(chǎng)車流量、環(huán)境參數(shù)等檢測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)法顯示。

由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備較多且包含知識(shí)較為復(fù)雜、全面，為了解決上述難題，確保升級(jí)改造工作順利按照進(jìn)度完成，我公司及時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行了排查，并與原系統(tǒng)進(jìn)行反復(fù)對(duì)比，從硬件安裝和軟件設(shè)置兩方面對(duì)設(shè)備逐個(gè)進(jìn)行檢查，最終找出了故障原因，并提出方案，成功解決了問(wèn)題。詳細(xì)情況如下：

（1）在排查完通信網(wǎng)絡(luò)正常后在服務(wù)器上ping每個(gè)設(shè)備的IP，發(fā)現(xiàn)所有PLC均無(wú)法連接，并且現(xiàn)場(chǎng)PLC通信模塊ETN21通信指示燈顯示故障；且經(jīng)調(diào)查，在升級(jí)改造中現(xiàn)場(chǎng)PLC均有斷電，測(cè)量未更換的PLC中CPU模塊的干電池電壓均不達(dá)標(biāo)，斷電后CPU記憶數(shù)據(jù)丟失；通過(guò)歐姆龍CX-Programmer編程軟件連接現(xiàn)場(chǎng)通信故障PLC，發(fā)現(xiàn)PLC的IP地址未正確設(shè)置（含NODE碼IP與網(wǎng)絡(luò)IP）。對(duì)全部PLC的ETN21通信模塊的IP地址正確設(shè)置后（隨后對(duì)CPU的干電池進(jìn)行了更換），服務(wù)器與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接正常。

（2）在PLC通信正常后，變電所觸摸屏PLC頻頻報(bào)錯(cuò)，內(nèi)容如下：

現(xiàn)場(chǎng)工作人員以及歐姆龍售后技術(shù)人員經(jīng)過(guò)翻查觸摸屏PLC（NS10）使用說(shuō)明書(shū)，核對(duì)報(bào)錯(cuò)信息，發(fā)現(xiàn)故障原因?yàn)橛袛?shù)據(jù)干擾或主機(jī)通信命令無(wú)效，推薦解決方案如下：檢查線纜并進(jìn)行連續(xù)性測(cè)試，若有必要，重新布置線纜?，F(xiàn)場(chǎng)人員準(zhǔn)備申購(gòu)連接線纜并更換時(shí)（專用線纜500～800元/m），筆者對(duì)現(xiàn)場(chǎng)故障PLC連接線纜與外場(chǎng)PLC系統(tǒng)（與隧道內(nèi)PLC系統(tǒng)對(duì)應(yīng)，PLC各模塊型號(hào)以及連接和通信等工作模式相同）的線纜進(jìn)行替代試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)線纜正常，及時(shí)否決了更換線纜的解決方案。

通過(guò)對(duì)外場(chǎng)PLC系統(tǒng)和歐姆龍PLC通信相關(guān)資料的翻譯等研究工作，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)PLC（CS等系列）在觸摸屏（NS系列）中集成生成可視化操作界面，需要通過(guò)歐姆龍CX-Integrator軟件對(duì)每個(gè)PLC（包括現(xiàn)場(chǎng)PLC與觸摸屏PLC）設(shè)置統(tǒng)一的FINS靜態(tài)路由表并導(dǎo)入，包括由路由表中本地網(wǎng)絡(luò)中數(shù)字確定的IP段和SIOU確定的PLC以太網(wǎng)模塊（ENT21）所在底板單元號(hào)等信息。按照上述方法對(duì)每個(gè)PLC操作后，NS10觸摸屏PLC不再報(bào)錯(cuò)，遠(yuǎn)程控制正常。

（3）在對(duì)PLC設(shè)置靜態(tài)路由表后，監(jiān)控室的交通控制軟件遠(yuǎn)程控制功能仍未恢復(fù)正常，且現(xiàn)場(chǎng)車流量、環(huán)境參數(shù)等檢測(cè)數(shù)據(jù)在交通控制軟件上無(wú)法顯示。參考交通控制軟件使用維護(hù)說(shuō)明書(shū)，結(jié)合對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)以及PLC程序的研究，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)PLC各模塊的安裝進(jìn)行逐一比對(duì)，最終發(fā)現(xiàn)原因有以下三點(diǎn)：

1）在后臺(tái)運(yùn)行中轉(zhuǎn)程序中，部分參數(shù)選擇不正確；

2）現(xiàn)場(chǎng)模塊的安裝單元號(hào)與PLC程序中單元號(hào)不符，尤其是CPU模塊與輸入/輸出模塊的安裝單元號(hào)的差錯(cuò)，直接導(dǎo)致了不能遠(yuǎn)程控制以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)法顯示；

3）部分PLC程序?qū)胗姓`。針對(duì)以上三個(gè)原因，及時(shí)調(diào)整，交通控制軟件的遠(yuǎn)程控制及各檢測(cè)數(shù)據(jù)的顯示恢復(fù)正常。

3 結(jié)語(yǔ)

為了消除隧道環(huán)境給交通帶來(lái)的種種不利因素，建立行之有效的隧道機(jī)電設(shè)備控制系統(tǒng)顯得非常重要。本文依托南坪快速路機(jī)電控制系統(tǒng)軟硬件升級(jí)改造的項(xiàng)目工程，對(duì)改造技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了分析研究，并對(duì)改造系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)性的運(yùn)行和調(diào)試，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，實(shí)現(xiàn)了隧道機(jī)電設(shè)備的管理和控制功能，證明了該系統(tǒng)解決方案的先進(jìn)性與合理性。本文所做的工作對(duì)隧道監(jiān)控系統(tǒng)的研究和應(yīng)用具有一定的理論和實(shí)踐意義。