基于高速公路隧道PLC控制系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)

楊恪

摘要：近些年隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的提升，高速公路里程不斷增加，高速公路隧道也越來越多。隧道工程中包括很多子系統(tǒng)， PLC控制系統(tǒng)是其最為重要的內(nèi)容之一，能夠有效確保各個系統(tǒng)之間的協(xié)同工作以及整個隧道的正常運行。但是高速公路隧道的環(huán)境相對復(fù)雜，連接設(shè)備的類型較多，引發(fā)PLC控制系統(tǒng)故障的因素較多，例如信號干擾、開關(guān)電源損壞、雷電影響等等，嚴(yán)重影響到隧道運行的安全性和穩(wěn)定性。本文主要分析高速公路隧道PLC控制系統(tǒng)中存在的問題，在此基礎(chǔ)上對其進行優(yōu)化升級，對于確保高速公路隧道的正常運行具有重要作用。

關(guān)鍵詞：高速公路隧道;PLC控制系統(tǒng);優(yōu)化技術(shù)

中圖分類號：U45

0 引言

對于現(xiàn)代高速公路來說，隧道是提升公路等級、提升運輸便捷性和安全性的重要工程之一，隧道使用的安全性以及運營管理的可靠性是最為重要的內(nèi)容。從現(xiàn)階段來看，高速公路隧道更多是通過PLC作為區(qū)域性控制器，通過PLC對隧道內(nèi)部相應(yīng)設(shè)備實施信息采集以及控制，一旦PLC控制系統(tǒng)發(fā)生某些問題就會對整個隧道控制系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響，從而影響到隧道的正常運營。因此對于高速公路隧道PLC控制存在的問題進行分析、對其進行優(yōu)化升級，對于確保隧道安全、可靠運行具有非常重要的意義。

1 高速公路隧道PLC控制系統(tǒng)概述

PLC系統(tǒng)具有比較強的抗干擾能力，具有較高的可靠性，同時編程較為簡單，因此可以應(yīng)用在高速公路隧道控制中。實際應(yīng)用時主要是在隧道洞口變電所內(nèi)部設(shè)置主PLC，并且在隧道內(nèi)部間隔一定距離就設(shè)置1整套PLC系統(tǒng)[1]。變電所內(nèi)部的主PLC可以利用網(wǎng)絡(luò)從隧道內(nèi)部各個PLC獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)，同時將數(shù)據(jù)集中傳輸?shù)剿淼辣O(jiān)控中心進行分析處理。監(jiān)控中心對數(shù)據(jù)進行分析后將控制指令傳輸?shù)剿淼纼?nèi)部PLC，控制各子系統(tǒng)的運行[2]。PLC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

高速公路隧道PLC包括很多的系統(tǒng)模塊，主要有CPU模塊、電源模塊、數(shù)字量以及模擬量I/O模塊、通信模塊、擴展模塊等等。另外，PLC控制柜是整個系統(tǒng)最重要的部分，主要包括電源、空氣開關(guān)、工業(yè)以太網(wǎng)交換機、觸摸屏以及接線端子等等部分。

2 高速公路隧道PLC存在的問題分析

隨著技術(shù)水平的快速提升，PLC控制系統(tǒng)也有了較大發(fā)展。但是以往PLC控制系統(tǒng)在高速公路隧道中的應(yīng)用更加關(guān)注的是技術(shù)指標(biāo)以及功能方面，對于PLC控制系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性重視程度不足。高速公路隧道PLC控制系統(tǒng)面臨著較為惡劣的運行環(huán)境，同時PLC控制系統(tǒng)連接著多種類型設(shè)備，所以容易引發(fā)各種問題，影響著高速公路隧道的正常運行。

（1）開關(guān)電源損壞方面的問題分析

開關(guān)電源主要應(yīng)用在監(jiān)控觸摸屏、工業(yè)以太網(wǎng)交換機、中間繼電器等設(shè)備的供電方面，但是開關(guān)電源模塊內(nèi)灰塵過多、開關(guān)電源內(nèi)部模塊經(jīng)常處于滿載運行狀態(tài)、沒有定期清洗開關(guān)電源模塊濾網(wǎng)（濾網(wǎng)過臟容易造成堆積溫度不能及時散出）、受到外部電源浪涌沖擊等等都會造成開關(guān)電源的損壞。一旦開關(guān)電源損壞就會引發(fā)工業(yè)以太網(wǎng)交換機以及觸摸屏的損壞，從而造成中心監(jiān)控系統(tǒng)無法有效控制隧道內(nèi)部設(shè)備的正常運行。

（2）信號干擾方面的問題

高速公路隧道PLC控制系統(tǒng)連接著很多設(shè)備，包括中心監(jiān)控系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等等。這些設(shè)備都需要通過相應(yīng)信號進行控制，這就造成了控制信號類型較多。某些設(shè)備和PLC的距離相對較遠，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計不科學(xué)就會造成信號電纜承載多種信號傳輸（220V AC以及24V DC），這就容易造成不同信號之間的干擾，從而造成采樣數(shù)據(jù)的錯誤，最終造成PLC模塊發(fā)生故障[3]。

（3）信號防雷方面的問題

從相應(yīng)參考文獻中能夠得知高速公路所損壞的PLC模塊中最多的就是隧道洞口外部安裝設(shè)備所對應(yīng)的PLC接入模塊。高速公路隧道往往都處在山區(qū)，這些區(qū)域相對偏遠空曠，所以安裝的立桿設(shè)備容易受到雷電等災(zāi)害影響，雷電會通過信號電纜造成PLC接入模塊的損壞。

（4）PLC控制柜維護方面的問題

高速公路隧道建設(shè)過程中為了有效控制施工成本，整個空間相對緊湊，所以隧道內(nèi)部的PLC控制柜空間相對狹小，但是整個控制柜內(nèi)部線路相對較多，維護相對困難?？刂乒駜?nèi)部要布置多種設(shè)備，例如空氣開關(guān)、開關(guān)電源、工業(yè)以太網(wǎng)交換機、觸摸屏、PLC，同時也要設(shè)置大量的電纜用于設(shè)備連接以及設(shè)備控制。對于PLC控制柜進行維護時，受到空間的限制很難進行信號的檢測以及設(shè)備的更換，不利于保證隧道PLC控制系統(tǒng)的正常運行。

3 基于高速公路隧道PLC控制系統(tǒng)優(yōu)化方案

高速公路隧道PLC控制系統(tǒng)對于確保隧道各種設(shè)備正常運行具有非常重要的作用，所以需要針對上述PLC存在的問題進行相應(yīng)的優(yōu)化升級，提升PLC系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、可靠性。

（1）開關(guān)電源損壞方面的優(yōu)化

開關(guān)電源主電路部分電流大、溫升高，應(yīng)重點檢查有無元件引腳因發(fā)熱造成的脫焊，電阻器件有無阻值變大等異常。對于一些半導(dǎo)體元件因溫度變化而發(fā)生的軟故障，可以采用對可疑元件加溫（如用電烙鐵頭靠近）使故障再現(xiàn)，或在故障出現(xiàn)時對可疑元件降溫（如涂抹無水酒精等）使故障消失等方法，以確定故障點。開關(guān)電源正常工作時應(yīng)發(fā)出均勻輕微的吱吱響聲。如果加電后聽不到任何反應(yīng)，通常開關(guān)電源沒有起振;如果響聲斷續(xù)不穩(wěn)則說明開關(guān)電源工作不穩(wěn)定或負(fù)載變化較大;如果響聲較低沉，說明負(fù)載過重或短路。

（2）PLC系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

從圖1可知，高速公路隧道PLC控制系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)最為核心的部分就是變電所中的主PLC，其能夠連接中心監(jiān)控軟件和隧道內(nèi)部各個分PLC。一旦主PLC出現(xiàn)某些問題，整個控制系統(tǒng)就無法有效運行。所以為了避免出現(xiàn)通信方面的問題，可以對整個通信結(jié)構(gòu)實施優(yōu)化，通過星型結(jié)構(gòu)進行組網(wǎng)，如圖2所示。

采用此種結(jié)構(gòu)方式，隧道內(nèi)部各個PLC以及變電所的主PLC都可以將采集到的的數(shù)據(jù)直接傳遞給中心監(jiān)控系統(tǒng)，同時也可以直接接收主監(jiān)控系統(tǒng)下達的指令進行工作。監(jiān)控系統(tǒng)可以和不同的PLC直接進行通信，并不需要經(jīng)過主PLC的中轉(zhuǎn)，這就解決了變電所主PLC故障而造成整個隧道無法進行有效控制的問題[4]。

（3）信號傳輸方面的優(yōu)化方案

隧道建設(shè)過程中，受到各種因素的影響會造成PLC控制柜和設(shè)備的距離較遠，例如交通信號系統(tǒng)要設(shè)置到隧道外部回轉(zhuǎn)車道的位置。正是由于設(shè)備和控制部分相距較遠，信號傳輸過程中容易受到外部因素影響，造成數(shù)據(jù)采集以及設(shè)備控制準(zhǔn)確性不足。針對此問題可以在通過增設(shè)數(shù)據(jù)光端機的方式來解決信號傳輸問題。通過數(shù)據(jù)光端機可以將電信號轉(zhuǎn)變成為光信號進行遠距離傳輸，這樣能夠降低信號的干擾，之后在PLC控制柜中進行信號的逆變，然后將其傳入到PLC模塊。另外，在整個控制系統(tǒng)設(shè)計過程中要盡可能將不同的信號電纜分開，施工過程中也要將強弱電電纜分開鋪設(shè)，避免信號的干擾[5]。

（4）PLC控制柜配置方面的優(yōu)化方案

第一，為了防止PLC模塊受到浪涌沖擊等外部因素的影響，可以在PLC控制柜總電源進線位置增設(shè)微型的隔離變壓器。若是受到嚴(yán)重浪涌沖擊等影響也只會造成隔離變壓器的損壞，能夠有效防止對PLC電源模塊和開關(guān)電源等設(shè)備的影響。

第二，對于隧道PLC控制網(wǎng)絡(luò)來說，一旦交換機以及觸摸屏等損壞，不但需要較長時間的修復(fù)，同時也會造成整個控制系統(tǒng)無法運行，所以要在控制柜中單獨設(shè)置電源進行供電。

第三，為了避免受到雷擊影響，要在PLC控制柜中增設(shè)信號防雷器。另外，也要在I/O模塊和接線端子中設(shè)置中間繼電器，其能夠有效隔離某些故障（例如短路等）所造成的電流影響，防止PLC模塊損壞。

第四，要逐漸縮小設(shè)備的體積。PLC控制柜中占用空間最多的就是中間繼電器，隨著I/O模塊的增加，中間繼電器數(shù)量也在增加，所以要盡可能采用纖薄型繼電器，能夠有效節(jié)省空間[6]。

4 結(jié)束語

高速公路隧道PLC控制系統(tǒng)控制著其他各個系統(tǒng)的正常工作，所以一定要確保PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，否則容易造成整個隧道系統(tǒng)的癱瘓。但是受到隧道環(huán)境的影響，PLC控制系統(tǒng)也容易出現(xiàn)故障，需要對其進行必要的優(yōu)化，保證其穩(wěn)定運行。本文主要分析了高速公路隧道PLC控制系統(tǒng)存在的問題，在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的優(yōu)化對策。通過本文的介紹能夠?qū)μ嵘淼繮LC控制系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性提供一定參考和幫助，對于推動高速公路發(fā)展具有現(xiàn)實意義。

參考文獻

[1]趙曉輝. 高速公路隧道PLC控制系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)研究[J]. 機電工程技術(shù)， 2019（08）：15-17

[2]陳柏君. 淺析隧道機電設(shè)備控制系統(tǒng)升級改造[J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品， 2019（06）：18-19

[3]藺鳳琴;周杰;趙海山;顧仲熙;石俊龍;李立剛. CSP隧道爐過程控制系統(tǒng)升級改造[J]. 工業(yè)加熱， 2019（02）：88-91

[4]張慶. 基于聲發(fā)射技術(shù)的隧道安全控制系統(tǒng)設(shè)計[J]. 建筑技術(shù)， 2018（12）：18-19

[5]宋永超. 水噴霧系統(tǒng)對隧道火災(zāi)煙氣控制影響分析[J]. 鐵道建筑技術(shù)， 2018（11）：15-17

[6]楊肖寧. 隧道機電設(shè)備控制系統(tǒng)升級改造技術(shù)研究[J]. 機電信息， 2018（08）：18-19