趙學(xué)武，吳學(xué)文，郭愛濤，王中平

中建八局第二建設(shè)有限公司，山東 濟(jì)南 250100

1 PLC 概述

PLC 泛指適用于工業(yè)等特殊環(huán)境下的一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)配置有具備編程功能的存儲(chǔ)器設(shè)備。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，PLC 系統(tǒng)可根據(jù)所處環(huán)境實(shí)時(shí)情況，基于程序運(yùn)行準(zhǔn)則自動(dòng)下達(dá)各項(xiàng)控制指令，替代人工完成各項(xiàng)操作。同時(shí)，PLC 技術(shù)具有安全可靠、功能模塊齊全、編程難度低、組態(tài)靈活、運(yùn)行速度快、抗干擾性能優(yōu)異、通信能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

在高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)中，應(yīng)用PLC 技術(shù)可以對(duì)高速公道隧道內(nèi)部現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，將數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)額定值進(jìn)行對(duì)照分析，若數(shù)據(jù)測量值與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不一致，PLC將開展自診斷式監(jiān)控作業(yè)，檢查系統(tǒng)運(yùn)行故障、記錄所采集數(shù)據(jù)信息，并發(fā)送報(bào)警信號(hào)，以此提高高速公路隧道現(xiàn)場控制力度。

2 PLC 在隧道監(jiān)控系統(tǒng)中的主要功能

（1）交通控制。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，PLC 將持續(xù)接收過往車輛中所配置的微波檢測器發(fā)送的數(shù)字信號(hào)，同時(shí)還將對(duì)隧道內(nèi)所放置的各類交通安全設(shè)施、電氣設(shè)備的運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)測，如車道指示標(biāo)志、交通信號(hào)燈等。隨后，采取掃描方式快速讀取所接收的各類信息數(shù)據(jù)，將信息分類存儲(chǔ)至相對(duì)應(yīng)的單元中，并順序掃描所構(gòu)建的梯形圖，獲取邏輯運(yùn)算結(jié)果，準(zhǔn)確評(píng)估高速公路隧道內(nèi)的實(shí)時(shí)交通狀況。基于程序運(yùn)行準(zhǔn)則，自動(dòng)判斷是否需要下達(dá)特定的控制指令。在特殊情況下，PLC 將進(jìn)入輸出環(huán)節(jié)，通過電路驅(qū)動(dòng)向特指定設(shè)備輸出控制指令。最后，PLC 系統(tǒng)可對(duì)運(yùn)行過程與所采集數(shù)據(jù)、分析結(jié)果進(jìn)行記錄備份，提交至高速公路隧道監(jiān)管中心。

（2）照明系統(tǒng)控制。在隧道監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行過程中，可編程邏輯控制器可根據(jù)隧道內(nèi)部采光情況，適當(dāng)調(diào)整照明系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷、照明燈具光源亮度，其控制原理是提前在高速公路隧道出入口處放置光強(qiáng)探測器。當(dāng)PLC 監(jiān)測到隧道洞口處自然光強(qiáng)度有所提高、采光條件良好時(shí)，向照明系統(tǒng)下達(dá)特定控制指令，適當(dāng)下調(diào)照明系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷。反之，則適當(dāng)上調(diào)照明系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷。如此，可以在切實(shí)滿足高速公路隧道環(huán)境光照需求、保障交通安全的同時(shí)，降低照明系統(tǒng)的運(yùn)行能耗，節(jié)約電能。

（3）消防控制。在隧道監(jiān)控系統(tǒng)中，應(yīng)用PLC 技術(shù)可以通過串口協(xié)議，實(shí)現(xiàn)火警控制器等設(shè)備與PLC 系統(tǒng)的有效連接。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，當(dāng)可編程邏輯控制器掃描到異常監(jiān)測數(shù)據(jù)時(shí)，如隧道環(huán)境溫度異常提升、產(chǎn)生明火以及出現(xiàn)各類交通安全事故時(shí)，PLC 系統(tǒng)將自動(dòng)下達(dá)特定控制指令，如啟動(dòng)滅火系統(tǒng)或是各類消防設(shè)備。同時(shí)，在PLC系統(tǒng)監(jiān)測到火災(zāi)報(bào)警器處于手動(dòng)報(bào)警狀態(tài)時(shí)，也將快速評(píng)估隧道現(xiàn)場環(huán)境情況，并在確定出現(xiàn)安全事故后，向隧道監(jiān)管中心發(fā)送報(bào)警信號(hào)。

（4）通風(fēng)控制。多數(shù)高速公路隧道較長，自然通風(fēng)條件較差。因此，為保證隧道內(nèi)部空氣有效流通，普遍選擇在隧道內(nèi)部安裝一定數(shù)量的風(fēng)機(jī)等設(shè)備。但是，受到環(huán)境因素影響，偶爾出現(xiàn)風(fēng)機(jī)運(yùn)行故障問題，如轉(zhuǎn)動(dòng)頻率下降等，導(dǎo)致隧道內(nèi)部空氣中的氧氣含量降低，存在一定的安全隱患。應(yīng)用PLC 技術(shù)可以持續(xù)對(duì)風(fēng)機(jī)等通風(fēng)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析，評(píng)估設(shè)備運(yùn)行工況，以及隧道內(nèi)部環(huán)境的通風(fēng)質(zhì)量。當(dāng)監(jiān)測到通風(fēng)質(zhì)量低下或是通風(fēng)設(shè)備出現(xiàn)運(yùn)行故障時(shí)，快速采取有效控制措施，將問題上傳。同時(shí)，在必要情況下，會(huì)降低通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷，在保障隧道內(nèi)部空氣質(zhì)量與通風(fēng)效果的同時(shí)，降低電能消耗量。

3 基于PLC 的隧道監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）PLC 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備選型。目前，多數(shù)高速公路隧道內(nèi)部環(huán)境較為復(fù)雜惡劣，空氣濕度較高，隧道通風(fēng)質(zhì)量不佳，過往車輛所排放的廢氣難以得到有效、快速排出。同時(shí)，受到諸多干擾源影響，在高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行過程中，時(shí)常出現(xiàn)信號(hào)傳輸不穩(wěn)、監(jiān)測信號(hào)與實(shí)際環(huán)境情況不符等問題，難以達(dá)到預(yù)期隧道監(jiān)控目的。因此，在應(yīng)用PLC 技術(shù)時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)結(jié)合高速公路隧道現(xiàn)場環(huán)境情況，做好設(shè)備選型工作，確保所配置傳感器、控制器等設(shè)備可以在復(fù)雜環(huán)境下保持穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)與較高的監(jiān)測精度。具體來講，在設(shè)備選型環(huán)節(jié)，應(yīng)注重配置具有良好防水防塵性能的機(jī)箱，降低環(huán)境因素對(duì)設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量造成的負(fù)面影響；配置組態(tài)較為靈活、具有良好適應(yīng)性能的ABB控制模塊；PLC 模塊可采用歐姆龍或菲尼克斯產(chǎn)品；對(duì)所采購設(shè)備開展各項(xiàng)試驗(yàn)，檢測設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性、抗干擾性能等。在確定設(shè)備性能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后，方可將設(shè)備投入使用。

（2）PLC 監(jiān)控設(shè)備通信方式。在監(jiān)控設(shè)備通信方式選擇環(huán)節(jié)，在條件允許前提下，技術(shù)人員應(yīng)采用RS-485 接口。在高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)后續(xù)運(yùn)行期間內(nèi)，可以根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況及通信需求，對(duì)通信頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，確保通信速率穩(wěn)定保持在9600bps。同時(shí)，當(dāng)PLC 系統(tǒng)機(jī)箱和中斷機(jī)柜之間的通信頻率穩(wěn)定保持在9600bps 時(shí)，通信電纜將充分發(fā)揮線路屏蔽功能，營造閉環(huán)通信空間，確保信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性與安全穩(wěn)定性。此外，技術(shù)人員還應(yīng)采取自由通信協(xié)議，確保各處儀表設(shè)備以及系統(tǒng)終端設(shè)備間均存在標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，可以在兩者之間進(jìn)行信息數(shù)據(jù)傳輸。

（3）PLC 監(jiān)控設(shè)備系統(tǒng)軟件配置?，F(xiàn)階段，隧道監(jiān)控系統(tǒng)普遍以Windows 系統(tǒng)為操作平臺(tái)與編程環(huán)境，由主、備用控制單元組成。在系統(tǒng)界面中，采取下拉式畫面排布方式，操作人員對(duì)系統(tǒng)界面中的菜單結(jié)構(gòu)進(jìn)行下拉處理，即可切換至菜單界面。隨后，管理人員根據(jù)工作需求，從菜單功能欄中選擇特定項(xiàng)目或功能圖形開展下拉操作，即可使用該功能模塊，如獲取系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行信息、下達(dá)控制指令、調(diào)整關(guān)聯(lián)系統(tǒng)與設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

4 高速公路PLC 編程

（1）交通控制程序。在應(yīng)用PLC 技術(shù)時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)先在隧道監(jiān)控系統(tǒng)中編寫交通控制程序，即可在后續(xù)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，自動(dòng)對(duì)過往車輛的車牌信息進(jìn)行監(jiān)測，上傳至可編程邏輯控制器進(jìn)行掃描分析，準(zhǔn)確評(píng)估隧道內(nèi)部交通情況。同時(shí)，上位機(jī)將隧道交通狀況評(píng)估結(jié)果與程序運(yùn)行準(zhǔn)則中的各類交通模式進(jìn)行對(duì)照分析。隨后，系統(tǒng)對(duì)隧道內(nèi)所分布交通安全設(shè)施與交通裝置的運(yùn)行狀態(tài)與顯示信息進(jìn)行調(diào)整，如交通燈、內(nèi)車道標(biāo)志設(shè)施等。同時(shí)，上位機(jī)將接收過往車輛檢測器發(fā)出的數(shù)字信號(hào)，如若檢測到異?，F(xiàn)象，程序?qū)⒆詣?dòng)向監(jiān)控中心發(fā)送報(bào)警信號(hào)，這也是交通控制程序的主要使用功能。

此外，可將交通控制程序依次分為現(xiàn)場前端設(shè)備、隧道監(jiān)控室與監(jiān)控中心三個(gè)級(jí)別。在程序編程過程中，為保障程序運(yùn)行穩(wěn)定可靠，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)各類異常問題。因此，針對(duì)現(xiàn)場前端設(shè)備，技術(shù)人員應(yīng)采取人工手動(dòng)控制模式，對(duì)隧道監(jiān)控室采取人工控制方式、工作人員操縱觸摸屏開展各項(xiàng)操作，監(jiān)控中心則采取自動(dòng)控制方式，PLC 程序基于運(yùn)行準(zhǔn)則下達(dá)各項(xiàng)控制指令，或采取人工異地操作方式。對(duì)于這種冗余控制方式的采取，在交通控制程序出現(xiàn)各類運(yùn)行故障時(shí)，也可快速切換其他控制方式，確保不會(huì)對(duì)交通安全造成負(fù)面影響。例如，在上位機(jī)處于異常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，工作人員可以手動(dòng)操縱現(xiàn)場前端設(shè)備，或通過觸摸屏對(duì)交通安全設(shè)施與信號(hào)燈進(jìn)行控制。

（2）通風(fēng)控制程序。在隧道監(jiān)控系統(tǒng)中，通風(fēng)控制程序的主要職能是定期對(duì)高速公路隧道環(huán)境的一氧化碳濃度、車流量進(jìn)行監(jiān)測，并將監(jiān)測結(jié)果上傳至PLC 程序中，通過掃描分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，程序?qū)︼L(fēng)機(jī)等設(shè)備下達(dá)特定的控制指令，將隧道空氣質(zhì)量、一氧化碳濃度穩(wěn)定控制在合理范圍內(nèi)。同時(shí)，在出現(xiàn)火災(zāi)安全事故時(shí)，程序?qū)⒉倏v風(fēng)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行排煙處理。在通風(fēng)控制程序運(yùn)行過程中，持續(xù)將風(fēng)機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)、隧道空氣環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)。上位機(jī)綜合分析高速公路隧道的實(shí)時(shí)通風(fēng)要求，針對(duì)性調(diào)整不同風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)順序、運(yùn)行負(fù)荷及時(shí)間，并在風(fēng)機(jī)啟動(dòng)環(huán)節(jié)中提供軟啟動(dòng)保護(hù)?，F(xiàn)階段，可將通風(fēng)控制程序依次分為風(fēng)機(jī)配電箱、隧道配電室、隧道監(jiān)控室以及監(jiān)控中心。其中，在程序正常運(yùn)行過程中，各級(jí)均采取自動(dòng)控制方式基于程序運(yùn)行準(zhǔn)則自動(dòng)下達(dá)各項(xiàng)控制指令。在設(shè)備檢修或是程序出現(xiàn)運(yùn)行故障時(shí)，則切換至人工控制方式。

（3）照明控制程序。在照明控制程序編寫環(huán)節(jié)，技術(shù)人員重點(diǎn)開發(fā)以下使用功能：第一，強(qiáng)光檢測功能。隧道洞口處所配置光感探測器將持續(xù)對(duì)洞外強(qiáng)光的光度進(jìn)行監(jiān)測，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至控制程序中。隨后，上位機(jī)對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描分析，如若洞外強(qiáng)光的光度較大，則表明隧道采光條件良好，可以適當(dāng)下調(diào)照明系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷。反之，則上調(diào)照明系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷，將隧道環(huán)境平均照度控制在一定范圍內(nèi)。第二，故障自檢。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常運(yùn)行現(xiàn)象時(shí)，程序?qū)⒆詣?dòng)開展故障診斷工作、鎖定具體故障點(diǎn)，向監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送報(bào)警信號(hào)。第三，應(yīng)急照明功能。在隧道出現(xiàn)火災(zāi)等安全事故時(shí)，照明控制程序?qū)?dòng)應(yīng)急照明燈具，并在必要情況下切換備用電路，確?？梢员３职踩╇姟⑺淼谰哂辛己玫墓庹諚l件。第四，在照明控制程序中設(shè)置人工遠(yuǎn)程控制、人工現(xiàn)場控制以及自動(dòng)控制三種控制方式。

5 結(jié)束語

綜上所述，隨著自動(dòng)化技術(shù)體系的優(yōu)化完善，PLC 技術(shù)已逐漸在高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢。因此，技術(shù)人員必須加強(qiáng)對(duì)PLC 技術(shù)的研究，明確PLC 在隧道監(jiān)控系統(tǒng)中的主要功能，掌握系統(tǒng)各項(xiàng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以此保障高速公路的交通運(yùn)輸安全。