1、引言
當(dāng)今交通道路已進(jìn)入迅猛發(fā)展時(shí)期，作為公路修建中一個(gè)重要環(huán)節(jié)的隧道，其數(shù)量也在不斷增加。由于我國(guó)復(fù)雜的地理?xiàng)l件以及隧道本身的特點(diǎn)，隧道監(jiān)控系統(tǒng)在隧道的運(yùn)營(yíng)和管理以及事故處理中發(fā)揮著極其重要的作用。因此，建設(shè)可靠、穩(wěn)定、先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)以及可擴(kuò)展的合理的隧道監(jiān)控系統(tǒng)成為工程界和公路營(yíng)運(yùn)管理部門共同關(guān)心的問(wèn)題。微電子、通信、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展大大提高了公路交通的信息化和智能化程度。plc以其的可靠性、抗干擾性以及靈活的控制方式成為隧道監(jiān)控系統(tǒng)的核心控制器。plc與開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)一起，共同推動(dòng)著隧道監(jiān)控系統(tǒng)的智能化程度的發(fā)展。因?yàn)榫哂锌煽啃愿摺⑻幚硭俣瓤?、邏輯修改方便、?力強(qiáng)、能適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜環(huán)境等特點(diǎn)，基于和利時(shí)lk系列plc的隧道監(jiān)控系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。
基于和利時(shí)lk系列plc的隧道監(jiān)控系統(tǒng)主要功能是監(jiān)測(cè)隧道環(huán)境質(zhì)量、通風(fēng)系統(tǒng)、給排水消防系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、交通引導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)備工作狀態(tài)，確保各系統(tǒng)設(shè)備工作正常，并根據(jù)隧道正常運(yùn)行的需要，對(duì)各分系統(tǒng)設(shè)備實(shí)施遠(yuǎn)程人工控制或自動(dòng)控制，異常工況下聯(lián)動(dòng)各系統(tǒng)設(shè)備協(xié)同運(yùn)作，以達(dá)到設(shè)備運(yùn)行智能化和自動(dòng)化的需求，實(shí)現(xiàn)改變環(huán)境狀況和營(yíng)造隧道內(nèi)安全環(huán)境的目的。
2、隧道監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
隧道安全是公路安全中的咽喉，所以對(duì)隧道監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性要求特別高。在任何可能發(fā)生的緊急情況下，都能保證隧道的通風(fēng)、照明、消防、交通引導(dǎo)等正常工作。本隧道監(jiān)控系統(tǒng)采用和利時(shí)公司高性價(jià)比的lk系列plc為核心控制器，每套plc包括電源模塊、cpu模塊、di模塊和do模塊等，中央控制室、plc控制站之間的數(shù)據(jù)通訊采用高速實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為環(huán)形，通訊速率為100mbps。
隧道按照其長(zhǎng)度分類，分別為短隧道（l<250m）、中隧道（250m
3000m）。隧道的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，需要考慮的監(jiān)控設(shè)施就越多。從目前上對(duì)隧道的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，長(zhǎng)隧道和特長(zhǎng)隧道需要監(jiān)控系統(tǒng)以保證隧道內(nèi)行車的安全和通暢。隧道監(jiān)控系統(tǒng)按照各個(gè)子系統(tǒng)分可分為照明系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、交通誘導(dǎo)系統(tǒng)、cctv系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、消防控制系統(tǒng)、緊急系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)等。按照設(shè)備的類型分可分為檢測(cè)設(shè)備、控制設(shè)備、顯示設(shè)備和通訊設(shè)備。檢測(cè)設(shè)備包括火災(zāi)報(bào)警探頭、車輛檢測(cè)器、covi、能見(jiàn)度檢測(cè)儀、風(fēng)速風(fēng)向儀等?？刂圃O(shè)備包括交通區(qū)域控制器、照明區(qū)域控制器、通風(fēng)區(qū)域控制器等。顯示設(shè)備包括計(jì)算機(jī)工作站、大屏幕監(jiān)視器、聲光報(bào)警器等。通訊設(shè)備包括交換機(jī)、集線器、串口信號(hào)傳輸設(shè)備、光端機(jī)等。
從隧道監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成來(lái)看，一般分計(jì)算機(jī)集中控制層、區(qū)域控制器分布控制層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層等3個(gè)層次。計(jì)算機(jī)集中控制層主要實(shí)現(xiàn)設(shè)備監(jiān)控預(yù)案制定、預(yù)案發(fā)布、多系統(tǒng)協(xié)同控制等復(fù)雜功能，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)記錄、報(bào)表生成、設(shè)備管理等信息管理功能也在本層實(shí)現(xiàn)，本層設(shè)備和軟件集中在監(jiān)控中心進(jìn)行實(shí)施。區(qū)域控制器分布控制層是設(shè)備控制系統(tǒng)主體，主要用于實(shí)現(xiàn)預(yù)案執(zhí)行、設(shè)備閉環(huán)自動(dòng)控制、設(shè)備運(yùn)行信息采集等現(xiàn)場(chǎng)流程控制功能?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層由隧道內(nèi)各分系統(tǒng)設(shè)備控制柜、智能儀表、硬件執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，主要用于執(zhí)行控制系統(tǒng)發(fā)出的指令，實(shí)現(xiàn)硬件級(jí)自動(dòng)控制、硬件自保護(hù)、以及人工現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作功能
圖1隧道監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖
3、隧道監(jiān)控系統(tǒng)的plc控制柜設(shè)計(jì)
本隧道監(jiān)控系統(tǒng)的由以和利時(shí)lk系列plc為核心的控制機(jī)柜、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、聲光報(bào)警、一次和二次外圍元件組成，系統(tǒng)裝置示意圖如圖2所示。隧道監(jiān)控系統(tǒng)控制柜里配置有plc、冗余電源、斷路器、溫度濕度傳感器、報(bào)警繼電器等。每一路輸入、輸出通道都有與之相對(duì)應(yīng)的指示燈，可以檢查某一通道的動(dòng)作情況，且系統(tǒng)具有在線試驗(yàn)功能。以其中一個(gè)核心控制柜的plc配置為例，配置清單如表1所示。
隧道監(jiān)控系統(tǒng)的plc控制柜示意圖
表1控制柜plc配置清單
序號(hào)
模塊類型
說(shuō)明
1
lk207
cpu模塊；位指令 0.013ms/k，程序16m
2
lk231
profibus-dp通信接口模塊
3
lk910
電源模塊，輸入120/230vac，輸出24vdc，
4
lk610
16通道數(shù)字量輸入模塊，12/24v dc，漏型
5
lk710
16通道數(shù)字量輸出模塊，24v dc，晶體管輸出
6
lk411
8通道模擬量輸入模塊，16位，電流信號(hào)
7
lk511
4通道模擬量輸出模塊，12位，電流信號(hào)，通道間隔離
8
lk101
本地背板，單cpu插槽，10槽
9
lkc131
占空模塊
10
lkc170
lk plc i/o端子線纜蓋
4、隧道監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)
基于和利時(shí)lk系列plc的隧道監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：
準(zhǔn)確性及可靠性
穩(wěn)定性性、可靠性是隧道監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵。本系統(tǒng)采用了和利時(shí)lk系列plc，其中配置了高性能的工業(yè)級(jí)處理器，具有納秒級(jí)的處理速度以及大容量的內(nèi)存，可使隧道內(nèi)傳感器數(shù)據(jù)、報(bào)警等程序準(zhǔn)確、快速地執(zhí)行，大大保證了系統(tǒng)的高穩(wěn)定性和高可靠性。
系統(tǒng)功能強(qiáng)
由于和利時(shí)lk系列plc具有體積小、集成化程度高、運(yùn)算速度快、邏輯控制容量大等特點(diǎn)，所以整套程序中除了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)傳感器、風(fēng)機(jī)控制、照明控制等常規(guī)功能外，還可進(jìn)行在線試驗(yàn)功能。該功能的作用在于系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，檢查執(zhí)行開(kāi)關(guān)、電磁閥等外圍元器件的健康狀態(tài)，提高整套裝置的自身安全系數(shù)。
通訊能力強(qiáng)大
和利時(shí)lk系列plc自身集成有以太網(wǎng)接口。在此系統(tǒng)中，通過(guò)plc自身集成的以太網(wǎng)口接入工業(yè)交換機(jī)組成的環(huán)形以太網(wǎng)，保證了現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)能快速的傳輸給中控中心。同時(shí)，中控中心的計(jì)算機(jī)指令也能快速得到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的響應(yīng)，而且光纖傳輸不受電磁干擾的影響，可靠性更高。
5、展望
我國(guó)隧道監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施現(xiàn)還正處于成長(zhǎng)的時(shí)期，系統(tǒng)的需求、設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)的控制仍然存在不完善的地方，同時(shí)也給技術(shù)的發(fā)展、改進(jìn)創(chuàng)造了條件和基礎(chǔ)。隧道監(jiān)控系統(tǒng)一方面要兼顧系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠與可控，也要反映系統(tǒng)的先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)與可擴(kuò)展，同時(shí)也要使操作便捷與維護(hù)方便。另一方面，針對(duì)不同的交通條件和功能要求，確定系統(tǒng)的規(guī)模和冗余度的大小。確定系統(tǒng)合理的集成方式，以力求系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、先進(jìn)性與經(jīng)濟(jì)性的有機(jī)結(jié)合。今后我國(guó)的隧道監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向是，在原有的基礎(chǔ)上，按照監(jiān)測(cè)與控制適當(dāng)分離、zui大限度的集中監(jiān)測(cè)、靈活機(jī)動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)控制等總體思想，逐步改進(jìn)，使得隧道監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)更趨合理。