【摘 要】安川高速公路隧道群多，在國(guó)內(nèi)較為少見，整個(gè)隧道監(jiān)控采用PLC作為區(qū)域控制器進(jìn)行隧道環(huán)境數(shù)據(jù)的采集和各子系統(tǒng)控制命令的發(fā)布，整個(gè)PLC系統(tǒng)依托隧道冗余環(huán)網(wǎng)，運(yùn)行可靠，達(dá)到并滿足聯(lián)合設(shè)計(jì)的目的和要求。

【關(guān)鍵詞】隧道；PLC；監(jiān)控；控制

1. 項(xiàng)目概況

（1）安康至陜川界高速公路是國(guó)家高速公路網(wǎng)包（頭）茂（名）線的重要組成部分，是西安市至重慶市的主要交通要道，也是陜西省“2367”公路網(wǎng)的重要組成部分，被省政府列為“十一五”發(fā)展規(guī)劃的重點(diǎn)項(xiàng)目。其中，安康至毛壩高速公路長(zhǎng)85.614公里，采用四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度80公里/小時(shí)。設(shè)計(jì)隧道17座，其中有兩條長(zhǎng)隧道。毛壩至陜川界高速公路全長(zhǎng)18.968公里，全線采用四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度80公里/小時(shí)。設(shè)計(jì)隧道6座，其中有四條長(zhǎng)隧道。

（2）安川高速公路隧道監(jiān)控是全線監(jiān)控的關(guān)鍵。六條長(zhǎng)隧道設(shè)置了完整的監(jiān)控統(tǒng)，包括交通監(jiān)控子系統(tǒng)、通風(fēng)監(jiān)控子系統(tǒng)、照明監(jiān)控系統(tǒng)、變電站供配電子系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警子系統(tǒng)、CCTV監(jiān)控子系統(tǒng)、隧道廣播、以及隧道消防等子系統(tǒng)，其中交通監(jiān)控、通風(fēng)照明、隧道消防子系統(tǒng)的信息的采集和命令發(fā)布采用區(qū)域控制器（PLC）完成。

2. PLC系統(tǒng)組成

本項(xiàng)目的本地控制器采用美國(guó)霍尼韋爾公司生產(chǎn)的ML200系列，六條長(zhǎng)隧道共設(shè)置53套PLC，其中芭蕉隧道10套，天生橋隧道5套，毛壩1號(hào)隧道14套，毛壩2號(hào)隧道8套，麻柳隧道8套，牛角坪隧道8套。每個(gè)隧道的PLC系統(tǒng)分別在隧道左洞和右洞組成光纖冗余環(huán)網(wǎng)，冗余環(huán)網(wǎng)之間是兩條獨(dú)立的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，互不干涉和相互影響。安裝在主配電室內(nèi)的交換機(jī)是隧道數(shù)據(jù)上傳的樞紐，通過它可以將隧道PLC的相關(guān)數(shù)據(jù)與隧道監(jiān)控分中心的服務(wù)器進(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，實(shí)現(xiàn)PLC的現(xiàn)場(chǎng)控制功能。

3. PLC的主要功能

3.1 收集本區(qū)段檢測(cè)設(shè)備采集的信息，包括CO（一氧化碳）檢測(cè)器、VI（能見度檢測(cè)器）、洞外光強(qiáng)檢測(cè)器等；

3.2 對(duì)收集信息進(jìn)行預(yù)處理，并存儲(chǔ)在本地的存儲(chǔ)單元內(nèi)。例如對(duì)CO檢測(cè)器采集的值如果大于300PPM，就應(yīng)該丟棄，因?yàn)镃O檢測(cè)器的最大量程只有300PPM；

3.3 實(shí)時(shí)將隧道內(nèi)的本地控制器的存儲(chǔ)單元中處理好的信息上傳給監(jiān)控管理所計(jì)算機(jī)；

3.4 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、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、車道控制標(biāo)志、交通信號(hào)燈、水泵、防火卷簾門等的指令）；

3.5 可存儲(chǔ)幾個(gè)常用的預(yù)案和特殊的程序，如照明、通風(fēng)控制預(yù)案；交通事故處理程序、火災(zāi)緊急處理程序等；

3.6 具有自檢功能，可對(duì)自身的溫度、電壓以及通訊狀態(tài)記錄下來，供上端軟件調(diào)用和提??；

3.7 具有時(shí)鐘、存儲(chǔ)器，能接受監(jiān)控管理所的對(duì)時(shí)命令，自動(dòng)和監(jiān)控管理所保持時(shí)鐘同步；

4. PLC編程

4.1 交通子系統(tǒng)程序。

4.1.1 交通子系統(tǒng)維護(hù)程序。

交通子系統(tǒng)維護(hù)程序負(fù)責(zé)對(duì)隧道內(nèi)的車道指示燈、橫洞門以及隧道外的遠(yuǎn)程信號(hào)燈進(jìn)行控制，并收集它們反饋回的信息。由于本項(xiàng)目設(shè)計(jì)隧道設(shè)備實(shí)現(xiàn)三級(jí)控制，所以交通子系統(tǒng)維護(hù)程序分為三種權(quán)限的控制：中心控制、管理所控制和現(xiàn)場(chǎng)控制。中心控制是隧道設(shè)備的最遠(yuǎn)端控制，它通過安裝在監(jiān)控中心的組態(tài)軟件，通過監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)對(duì)PLC進(jìn)行的控制，它的權(quán)限最高；管理所控制是通過安裝在隧道管理所的組態(tài)軟件通過監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)對(duì)PLC進(jìn)行的控制，它相比中心控制來說層級(jí)相對(duì)較低、穩(wěn)定性相對(duì)較大；現(xiàn)場(chǎng)控制是通過安裝在隧道主配電室PLC柜上的觸摸屏實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC的控制，它是PLC最底層的控制，也是最穩(wěn)定的一級(jí)控制。正常情況下由分中心負(fù)責(zé)隧道交通子系統(tǒng)的控制，當(dāng)監(jiān)控中心的上位機(jī)出現(xiàn)故障或者監(jiān)控中心與隧道管理站的網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，可以改由隧道隧道管理站的組態(tài)軟件進(jìn)行控制；當(dāng)用戶在下端維修設(shè)備時(shí)，可以將控制權(quán)限轉(zhuǎn)由現(xiàn)場(chǎng)控制。

4.1.2 交通子系統(tǒng)預(yù)案程序。

交通子系統(tǒng)預(yù)案程序的目的是在隧道發(fā)生交通事故、火災(zāi)和其它特殊情況下需要在隧道進(jìn)行交通指揮時(shí)，為用戶能快捷的執(zhí)行諸多交通方案提供一個(gè)圖形界面。這些交通方案都是通過和用戶溝通而得到的，實(shí)用性強(qiáng)，用戶可以事故的類型和大小選擇合適的預(yù)案執(zhí)行。

4.2 通風(fēng)子系統(tǒng)程序。

4.2.1 通風(fēng)子系統(tǒng)維護(hù)程序。

通風(fēng)子系統(tǒng)維護(hù)程序負(fù)責(zé)對(duì)隧道內(nèi)的風(fēng)機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)、停止、反轉(zhuǎn)操作，并收集它們反饋回的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、故障信息。由于本項(xiàng)目設(shè)計(jì)隧道風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)三級(jí)控制，所以通風(fēng)子系統(tǒng)維護(hù)程序分為三種權(quán)限的控制：中心控制、管理所控制和現(xiàn)場(chǎng)控制。它的實(shí)現(xiàn)方式與交通子系統(tǒng)維護(hù)程序類似。用戶操作通風(fēng)子系統(tǒng)維護(hù)程序時(shí)需要注意：（1）風(fēng)機(jī)啟動(dòng)的瞬間電壓特別大（一般單臺(tái)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，瞬間電壓可以達(dá)到100A），用戶用啟動(dòng)風(fēng)機(jī)時(shí)，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)之間必須留有一定的時(shí)間間隔，建議在20S。（2）風(fēng)機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)是葉輪朝著不同的方向旋轉(zhuǎn)，用戶不能在風(fēng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，馬上執(zhí)行反轉(zhuǎn)操作，這樣對(duì)風(fēng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)來說是個(gè)致命的傷害。

4.2.2 通風(fēng)子系統(tǒng)預(yù)案程序。

通風(fēng)子系統(tǒng)預(yù)案程序負(fù)責(zé)對(duì)隧道內(nèi)的風(fēng)機(jī)進(jìn)行分類別操作，控制它們陸續(xù)運(yùn)行。一般情況下，通風(fēng)子系統(tǒng)預(yù)案有行車道正轉(zhuǎn)、超車道正轉(zhuǎn)、行車道停止、超車道停止、單洞正轉(zhuǎn)、單洞停止等。這些預(yù)案的設(shè)計(jì)思路都是建立在開啟單個(gè)風(fēng)機(jī)后延時(shí)一段時(shí)間的基礎(chǔ)上再開啟相應(yīng)風(fēng)機(jī)。運(yùn)行通風(fēng)子系統(tǒng)預(yù)案程序時(shí)一定要事先考慮隧道配電室內(nèi)的低壓斷路器的承載能力。

4.2.3 通風(fēng)子系統(tǒng)自動(dòng)控制程序。

通風(fēng)子系統(tǒng)自動(dòng)控制程序是根據(jù)PLC上的模擬量檢測(cè)到的CO（一氧化碳）值、VI（煙霧濃度）值等信息來控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)、運(yùn)行方向和運(yùn)行時(shí)間，以達(dá)到實(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)行的目的。

4.3 照明子系統(tǒng)程序。

4.3.1 照明子系統(tǒng)維護(hù)程序。

照明子系統(tǒng)維護(hù)程序負(fù)責(zé)對(duì)隧道內(nèi)的照明回路進(jìn)行開啟、關(guān)閉操作，并收集它們反饋回的回路開啟、照明控制柜手自動(dòng)信息。由于本項(xiàng)目設(shè)計(jì)隧道照明實(shí)現(xiàn)三級(jí)控制，所以照明子系統(tǒng)維護(hù)程序分為三種權(quán)限的控制：中心控制、管理所控制和現(xiàn)場(chǎng)控制。它們的實(shí)現(xiàn)方式與交通子系統(tǒng)維護(hù)程序類似。一般來說，照明子系統(tǒng)維護(hù)程序一般僅用于維護(hù)人員檢測(cè)隧道照明回路燈具的情況時(shí)使用。

4.3.2 照明子系統(tǒng)預(yù)案程序。

照明子系統(tǒng)預(yù)案程序是根據(jù)不同天氣需要不同亮度等級(jí)的原理編制而成的，本系統(tǒng)提供了5種天氣情況下的預(yù)案，它們分別是晴天模式、少云模式、多云模式、陰天模式和重陰模式。照明子系統(tǒng)預(yù)案在晴天模式下隧道亮度等級(jí)最高、重陰模式最低。用戶可以根據(jù)不同的天氣狀況，選擇相應(yīng)的照明子系統(tǒng)預(yù)案。

4.3.3 照明子系統(tǒng)時(shí)序控制程序。

隧道照明子系統(tǒng)時(shí)序控制程序是根據(jù)晝間、夜間對(duì)亮度需求的差別，在相應(yīng)時(shí)段開啟相應(yīng)的燈具，本系統(tǒng)利用PLC自身提供的時(shí)鐘功能，自動(dòng)辨識(shí)晝間、夜間。用戶只需設(shè)置一次設(shè)置，既可實(shí)現(xiàn)晝、夜間亮度的不同需求又可達(dá)到行車安全、節(jié)約能源的效果。

4.3.4 照明子系統(tǒng)自動(dòng)控制程序。

照明子系統(tǒng)自動(dòng)控制程序利用PLC上模擬量采集到的洞內(nèi)外光強(qiáng)數(shù)據(jù)來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。

5. 結(jié)束語

安川高速公路開通運(yùn)行近半年來，整個(gè)隧道隧道監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行相當(dāng)穩(wěn)定，盡管這邊隧道內(nèi)的自然條件特別惡劣，PLC依然能正常工作?？v觀目前隧道監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，以PLC為核心的隧道區(qū)域控制思想仍將長(zhǎng)期處于不可動(dòng)搖的設(shè)計(jì)理念。

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