談PLC技術(shù)在高速公路隧道監(jiān)控中的應(yīng)用

張亮兵

（廣東新粵交通投資有限公司，廣東廣州 510000）

目前，隨著智能技術(shù)的不斷發(fā)展與更新，從而促使隧道工程的監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了高效智能化發(fā)展，也讓我國的高速公路隧道通行提高了安全性和穩(wěn)定性。其中PLC技術(shù)就是具有自動化控制技術(shù)的智能設(shè)備，將PLC技術(shù)使用在高速公路隧道監(jiān)控中能夠提高隧道監(jiān)控系統(tǒng)的功能價值，還可以加強高速公路隧道監(jiān)控的安全性與有效性，由此可見，PLC技術(shù)對于我國高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)十分重要，而應(yīng)用PLC技術(shù)也是使我國高速公路隧道工程充分實現(xiàn)智能化控制技術(shù)的重要先提條件[1]。

1.PLC技術(shù)及其發(fā)展趨勢概述

PLC技術(shù)的全稱是可編程邏輯控制器，該技術(shù)的核心是微處理器，屬于數(shù)字化操作的電子系統(tǒng)設(shè)備。

現(xiàn)如今，高速公路隧道監(jiān)督與控制技術(shù)核心就是PLC技術(shù)，它充分降低了交通事故出現(xiàn)的頻率，而且也有效確保了行駛于隧道中的車輛安全，這也有效提升了高速公路的經(jīng)濟效益，確保社會效益得到保障。

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的使用，能夠在一定程度上幫助監(jiān)控管理人員實時監(jiān)控隧道內(nèi)車輛的行駛情況，利用監(jiān)控能夠準(zhǔn)確的掌握事故的具體信息，這有助于管理人員和救援隊制定應(yīng)急救援措施。

另外，PLC技術(shù)不僅不會受到外界環(huán)境與條件的影響，而且其功能性也十分的廣泛。在應(yīng)用中，充分借助其功能就能夠確保交通疏導(dǎo)得到高質(zhì)量的監(jiān)控，這也有利于高速公路事故頻率的降低。所以，PLC技術(shù)的應(yīng)用可以有效地幫助高速公路將安全隱患實現(xiàn)充分把控，強化了管理人員對于隧道交通安全的管理能力。

隨著信息技術(shù)在PLC控制系統(tǒng)中的進一步應(yīng)用與發(fā)展，PLC控制系統(tǒng)將跨越原有技術(shù)門檻，邁向一體化、多功能、人機互動的發(fā)展方向，從而進一步推進PLC技術(shù)的智能化與信息化發(fā)展進程，使其更適應(yīng)當(dāng)前大數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展背景，進一步提升其監(jiān)督控制成效。

2.PLC技術(shù)的主要內(nèi)容及其基本要求

2.1 交通檢測控制

交通控制程序主要是對隧道內(nèi)行駛車輛的各項數(shù)據(jù)信息進行采集，主要采集的信息有檢測環(huán)境的數(shù)據(jù)信息以及對車輛的檢測，通過程序模塊把所獲得的數(shù)據(jù)傳輸給上位機。通常上位機會有指定的交通模式，該模式的開啟能夠控制相應(yīng)路段的交通信號燈，把控車道誘導(dǎo)標(biāo)志。依照上位機的設(shè)置信息與路況實情，進而完成對車輛檢測器的有效把控，如果通信發(fā)生了故障問題還能夠及時發(fā)出報警信號[2]。在控制隧道內(nèi)的交通信號燈與誘導(dǎo)標(biāo)志的時候，會將其劃分為3個等級，具體有隧道監(jiān)控室、監(jiān)控分中心和現(xiàn)場設(shè)備。針對監(jiān)控室的控制主要借助的就是人工觸屏的形式實施控制，而在控制監(jiān)控分中心的時候，主要借助的就是上位機。也就是說監(jiān)控分中心主要采用的是自動控制模式。通常情況下上位機是可以控制車道各處的指示燈及標(biāo)志，但是如果上位機發(fā)生了故障問題，那么就要借助監(jiān)控室的觸屏完成控制，倘若監(jiān)控室與現(xiàn)場設(shè)備的連接通信發(fā)生了故障問題，就要將現(xiàn)場設(shè)備切換成手動模式，從而完成對其的控制。

2.2 通風(fēng)檢測控制

通風(fēng)控制程序是可以檢測隧道中空氣CO濃度以及隧道的交通量。在根據(jù)所獲得的數(shù)據(jù)信息實時風(fēng)向調(diào)整，隧道交通通過量的把控，從而實現(xiàn)高效節(jié)能管理的目的，能夠促使投入使用的風(fēng)機延長壽命。如果出現(xiàn)了火災(zāi)等消防事故，還能夠依照隧道內(nèi)的地形與環(huán)境對隧道中的火災(zāi)實施有效的排煙處理，從而使隧道盡快恢復(fù)到正常運行狀態(tài)，為后續(xù)駛?cè)胨淼赖鸟{駛員提供舒適的隧道空氣環(huán)境。有效地使用通風(fēng)控制程序能夠完成不同狀態(tài)下的風(fēng)機控制，使得風(fēng)機的功能得到充分的發(fā)揮，可以讓風(fēng)機及時地將路況故障信息傳輸給上位機。另外，該程序也能夠自動統(tǒng)計風(fēng)機工作的時間，在運行的時候會根據(jù)風(fēng)機的運行時間做調(diào)整。一般運行時間最短會首先啟動，這可以促使隧道中的風(fēng)機設(shè)備彼此平衡，實現(xiàn)風(fēng)機設(shè)備勞逸結(jié)合的運行，延長使用壽命。由于在風(fēng)機啟動過程中會產(chǎn)生很大的電流，且瞬時功率也達到了最大值，所以在啟動風(fēng)機時可以使用軟啟動器，讓風(fēng)機啟動能夠有所延時，確保所有的風(fēng)機最終都能夠順利完成啟動，并使得供電壓力降低。通風(fēng)控制通常會分成4級，同交通控制程序相同也有隧道監(jiān)控室和監(jiān)控分中心，不同的是該控制中增加了風(fēng)機配電箱與隧道配電室。通常情況下配電室中采用的是自動化風(fēng)機控制系統(tǒng)，由監(jiān)控分中心的操作人員把控。如果系統(tǒng)發(fā)生了故障就可以讓其他控制級來實施操作，從而確保系統(tǒng)能夠有效運行。但對通風(fēng)設(shè)備的檢修，一般要以人工控制為主。

2.3 照明檢測控制

隧道照明控制程序主要是檢測隧道外的光線強度，結(jié)合檢測到的數(shù)據(jù)對隧道內(nèi)的照明系統(tǒng)光照強度做調(diào)試。重點位置是在隧道出入口處實施光照強度的調(diào)節(jié)，從而使車輛得以安全的駛?cè)牒婉偝?。該控制程序不僅滿足了隧道內(nèi)對光亮的需求，還實現(xiàn)了節(jié)能運行，而且此程序也可以提高隧道內(nèi)的監(jiān)控質(zhì)量。照明控制程序具備自動化功能，它能夠在檢查出照明設(shè)備故障后及時的發(fā)出指示信號，還可以自動采集光度發(fā)出警報，進而督促維修部門盡快維修，使隧道內(nèi)的光照早日恢復(fù)[3]。另外，在自動化的控制程序中，應(yīng)急照明回路燈一直保持接通狀態(tài)，如果隧道中出現(xiàn)了火災(zāi)，所有回路就會立刻亮起來。隧道內(nèi)存在自動控制、人工控制和遠程控制3種方式，其中照明系統(tǒng)主要采用的就是自動控制，照明系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)則共同構(gòu)成了遠程控制。

3.PLC技術(shù)的運用

本文以連霍國道主干線蘭州南繞城高速公路隧道的綜合控制系統(tǒng)方案為例，深入分析PLC技術(shù)的實際應(yīng)用策略，并進一步分析其獨特的技術(shù)優(yōu)勢，以期推進PLC技術(shù)的普及與智能化發(fā)展。蘭州南繞城高速公路有定遠1#、定遠2#、和平、兵草嶺等隧道，隧道所采用最新的PLC技術(shù)，以實現(xiàn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的自動化與智能化運行。

具體而言，管理部門可以采用隧道分布式智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)強調(diào)對隧道內(nèi)部PLC系統(tǒng)進行分布式管理，根據(jù)系統(tǒng)硬件設(shè)備的分布情況就近接入信號，通過光纖環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)將硬件設(shè)備與總控制系統(tǒng)相連接，提高總控制系統(tǒng)的監(jiān)控效率，技術(shù)人員可以通過總控臺實時監(jiān)控各硬件設(shè)備的工作狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障問題并加以解決，以提高設(shè)備運維管理效率，保證PLC控制系統(tǒng)的高效運行。隧道分布式智能控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 隧道控制系統(tǒng)連接圖

另外，技術(shù)人員還應(yīng)根據(jù)事先劃分好的分布式管理區(qū)域設(shè)置觸控一體式智能區(qū)域控制器，以確保在無需借助外部設(shè)備的情況下，技術(shù)人員也可以對隧道內(nèi)的監(jiān)控設(shè)備進行運維管理，保證本地設(shè)備具備實時監(jiān)測與控制功能，從而進一步提高控制效率，使隧道內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)變得更智能、更易維護。隧道一體式智能區(qū)域控制器（DMC）如圖2所示。

圖2 觸控一體式智能區(qū)域控制器

智能化PLC技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢主要包括以下2個方面：第一，造價成本低，智能化PLC技術(shù)極大地簡化了控制系統(tǒng)，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提高信息輸送效率的同時，有效減少控制電纜與控制柜的數(shù)量，從而降低控制系統(tǒng)造價成本與運維管理成本。第二，利于維護，智能化控制系統(tǒng)可以實時收集監(jiān)控設(shè)備運行參數(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)異常參數(shù)，可以迅速確定故障設(shè)備位置，并通過數(shù)據(jù)對比明確故障類型與故障成因，從而降低故障維修難度與維修成本，提高設(shè)備運行效率。

4.PLC技術(shù)的設(shè)計

4.1 系統(tǒng)硬件配置

系統(tǒng)硬件配置是影響PLC技術(shù)應(yīng)用成效的關(guān)鍵，更是PLC系統(tǒng)設(shè)計工作的重要組成部分，為保證PLC技術(shù)在高速公路隧道監(jiān)控中的有效應(yīng)用，必須做好硬件配置工作。首先，應(yīng)確定設(shè)備配置數(shù)量，而影響硬件設(shè)備配置數(shù)量的主要因素是目標(biāo)隧道的長度，例如，在長度1000m的隧道中，施工單位就應(yīng)每隔250m配置一套硬件設(shè)備，并在隧道兩段進出口設(shè)置顯示面板以及信號燈，同時還應(yīng)設(shè)置常用與備用兩套供電源，以滿足檢測設(shè)備的能源供應(yīng)需求。其次，為保證硬件設(shè)備的健康運行，還應(yīng)深入考察隧道實際環(huán)境，在隧道內(nèi)部設(shè)置一氧化碳濃度檢測儀、光照強度檢測儀、風(fēng)速儀等檢測設(shè)備，對隧道內(nèi)部環(huán)境進行實時動態(tài)監(jiān)控，以根據(jù)所收集到的數(shù)據(jù)參數(shù)選擇合適的PLC設(shè)備，并做好相應(yīng)的設(shè)備保護工作，進而保證PLC系統(tǒng)的運行成效。最后，PLC系統(tǒng)硬件設(shè)備配置必須遵循整體性原則，各設(shè)備間要具備一定的協(xié)調(diào)性，并根據(jù)整體性原則裁撤冗余設(shè)備，盡可能提升PLC系統(tǒng)運營效率。PLC控制系統(tǒng)的硬件配置如表1～表3所示。

表1 RTU1/RTU4硬件系統(tǒng)構(gòu)成

表2 RTU2/RTU5硬件系統(tǒng)構(gòu)成

表3 RTU3/RTU6硬件系統(tǒng)構(gòu)成

4.2 系統(tǒng)軟件配置

在系統(tǒng)Wingdow10軟件中主要包括了數(shù)據(jù)庫編程，該系統(tǒng)的操作平臺構(gòu)成有主用PLC控制單元與備用PLC控制單元。系統(tǒng)菜單使用的是下拉式的結(jié)構(gòu)畫面，在畫面顯示區(qū)域中，同樣也是使用了下拉式的菜單形式。依照不同的項目制定了對應(yīng)的動畫語音功能，管理人員可以對照著位圖提示完成后續(xù)的操作，PLC的終端機軟件使用的編程方式基本都是梯形表與語句表。

4.3 程序設(shè)計分析

PLC系統(tǒng)的程序設(shè)計主要采用模塊化編程設(shè)計方法，即將整個系統(tǒng)程序設(shè)計項目劃分為若干功能模塊，針對各功能模塊的任務(wù)需求進行程序編輯工作，根據(jù)PLC系統(tǒng)工作需求對各編程模塊進行整合。該設(shè)計方法不僅可以加快程序設(shè)計進程，還可以提高PLC系統(tǒng)程序的適應(yīng)能力，設(shè)計單位可以根據(jù)目標(biāo)隧道的實際需求為PLC系統(tǒng)加裝不同應(yīng)用模塊，進而增強PLC系統(tǒng)的適用性與適用性。PLC系統(tǒng)程序設(shè)計總體思路如圖3所示。

圖3 程序框架圖

5.結(jié)語

自從高速公路項目的逐步完善，隧道監(jiān)控系統(tǒng)也實現(xiàn)了智能化、自動化發(fā)展，有效提高了隧道監(jiān)控的安全穩(wěn)定性。由于隧道內(nèi)部環(huán)境不同于外部，應(yīng)用PLC技術(shù)于隧道監(jiān)控系統(tǒng)中是最佳的選擇。在自動化技術(shù)的飛速更新下，高效的控制技術(shù)實現(xiàn)了應(yīng)用普及，促使PLC技術(shù)有了更大的發(fā)展空間，尤其是在交通通信等領(lǐng)域。為此，對于PLC技術(shù)應(yīng)用于高速公路隧道監(jiān)控的研究還有待深入和完善。