浅谈过江隧道的PLC监控系统措施

黄伟强

摘 要：文章主要阐述某隧道完善的计算机监控系统架构，针对PLC系统监控进行了详细地分析与研究，旨在有效地提高隧道工程的监控实用性、可靠性，减少交通事故，保障隧道营运安全。

关键词：PLC系统隧道中央监控

中图分类号：U45文献标识码：A 文章编号：

1工程概况

某隧道是大型跨江隧道工程，全长2.5km，其中左段隧道长1.1Km，右线隧道长1.4Km。采用两段沉管法施工，中间连接到小岛岸上，单向净宽度9.45米，双孔四车道单向行车。洞内设计车速50㎞/h。

本隧道监控系统包括:监控管理中心主控制系统、视频图像监视系统、交通监控系统、通风监控系统、排水监控系统、照明监控系统、双回路供电监控系统、火灾检测报警系统、有线广播系统、紧急电话系统等等。

2监控系统整体架构

2.1 监控系统架构

本隧道现场控制系统及信息传输系统由本地控制器(PLC)、以太网交换机、光纤工业以太网冗余环网、单模光缆等构成。隧道内每隔200m 左右放置1套PLC，在隧道出入口设置4套带有触摸屏的主控制器，共有22套PLC。所有PLC 用多模光缆和工业以太网交换机连接起来，主控制器通过工业以太网交换机和光纤连通至监控所控制管理计算机，对整个隧道运营控制进行管理。其系统配置如图1所示。

图1隧道控系统配置图

2.2 PLC系统构成

PLC 可编程控制器多应用于工业生产控制领域，在大量采集离散数据和产生逻辑动作的工程中取代大量顺序控制的开关。由于 PLC 具有可编程、组合灵活、适应范围广、可用于恶劣环境等特点，它逐渐发展成为自动化领域不可代替的一部分。PLC主要有CPU 模块、 I/ O 模块、开关量输入输出模块、模拟量输入模块、串口通信模块、电源模块、底板或机架等构成。本系统采用欧姆龙（OMRON）CS1D系列PLC。本地控制器主要由数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、串口通信模块和以太网模块构成。如图2 所示。

图2 隧道监控系统结构图

2.3 PLC点数功能分配

隧道基于安全考虑需要设置监控设备众多， PLC 设备数量也较大，共22套，根据其附近设备的性能配置各种相应功能模块，其中VI/ CO/TW，光强检测用模拟量输入模块，车辆指示器、照明、信号灯、风机、水位、供配电等用开关量输入输出模块，车流检测、可变情报显示板用串口通信模块等。

2.4 PLC 主要功能

（1）收集隧道制定区域检测设备现场信息，包括CO/VI检测器、风速检测器、光强检测仪、 车辆检测器等。

（2）对收集信息进行预处理并上传给隧道监控中心的系统服务器。如：隧道内的CO正常运营时允许浓度一般在250ppm，交通阻滞时(隧道内各车均以怠速行驶，平均车速为 l0km/h时可为300ppm；隧道内烟雾允许浓度为7.0*0.0011/m；风速正常运营时推荐为l0m/s)。

（3）接收隧道管理站计算机的各种控制命令(如控制风机的启、停、照明开关等) ,将控制命令和设备运行状态比较后, 发出对下端执行设备的控制指令(如发给风机、水泵、照明柜、 车道控制标志、信号灯等的指令) 。

（4）监视系统各部分运行状态和进程，对系统中出现异常情况进行报警和记录，甚至自动终止运行。

（5）可存储预置常用和特殊的程序，如交通事故处理程序、火灾紧急处理程序等（即当遇到交通事故时的紧急处理措施，如：改变交通信号标志，风机的控制，发出报警信息等等)。

3 PLC监控系统

3.1控制原理

本隧道监控设备主要包括：车辆检测器、风速/风向检测器、CO/VI 检测器、光强检测器、摄像机、视频检测、火灾报警、隧道广播等等。它将采集隧道内行车信息、风速、一氧化碳、能见度、光强度、风机状态、火灾情况、车辆事故情况等等，并通过信息发布系统发出相应信息，引导车辆行驶。

3.2 视频监控系统

隧道电视监控系统由32路视频检测器、摄像机、数据光端机、交通监控计算机、监视器、DLP 大屏幕投影、硬盘录像机组成。隧道的左右洞共设置了40台防水护罩定焦摄像机，4台事故监测摄像机，在隧道出入口设置4台光16光倍数自动聚焦云台式摄像机。系统对隧道出、入口及隧道内的交通流量及道路使用状况进行监视，及时、直观地得到隧道现场情况的画面，帮助辨认交通、火灾事故的类型及其严重程度，还能够对视频图像进行录像、打印，以便分析及取证。

3.3交通控制系统

隧道入口的车辆检测器对出入隧道车辆的车速、车流量进行检测，把搜集到的信息通过PLC设备通讯板经过隧道多模光纤冗余环网接至隧道监控所管理计算机，经过对收集到信息进行确认、加工处理，监控所根据隧道运行情况来控制信号灯和车道指示器的状态，根据车辆、车速情况调整限速标志及情报板内容，同时指令通过通信系统传送到PLC，由PLC对隧道交通信号灯、可变情报板等诱导设备的状态进行控制。

3.4通风控制系统

通风控制系统由安装在隧道内的VI/CO和TW检测器、PLC 模拟量输入模块、 通风控制计算机地图板等构成，VI/CO和TW 检测器检测隧道内环境信息，监控中心根据这些参数判定所开启的风机是否合适。如不合适则对风机的启/停及转速进行调整，进行合适的增加、减少风机的开启数量，修正风机控制规则表，同时将风机控制指令发送到PLC数字量输出模块，PLC对风机进行直接控制。

3.5排水控制系统

隧道共有4个雨水泵房，2个江中清污泵房。共安装17台大功率的潜水泵，排水控制系统只受计算机控制系统监测，具体内容包括集水池的实时液位、水泵的运行状态、故障状态。每个泵房集水池分别安装静压液位探测器，PLC收集现场水位位置信号上传中央计算机，可以实时探测每个集水池的液位情况。

3.6照明控制系统

照明控制系统由安装在隧道口的4套光亮检测器、PLC 模拟量输入模块、照明控制计算机、地图板等构成。光亮检测器测得反映照度的4~20mA 形式电信号，通过模拟量输入模块送到就近的PLC，由该 PLC 控制相应的基本照明和加强照明开关，使洞内照度与洞外照度达到比较平缓的过渡。

3.7 供配电控制系统

隧道共设有两回路独立电源供电。当其中一回路事故或检修停电时，另外一路电源会自动合闸供电，本控制系统主要是通过PLC控制点对10KV高压独立电源及负荷开关运行分、合闸状态进行监控。

3.8火灾控制系统

火灾报警控制系统包括手动报警按钮，安装在消防箱内联动开关，以及重点部位（如配电房、水泵房等）烟雾和温度检测器等。一但发生火灾事故，司乘人员在最短时间内对事故进行控制和报警，火灾报警模块将报警信号送回计算机，计算机系统进入紧急火灾状况，隧道照明立刻转到晴朗最亮级别，并按照预先编制的通风方式启动相关风机，火灾报警附近的摄像机画面被切换到监视器画面，并实现自动录像，同时监控中心及时调动救援力量，避免事故扩大。

4 结束语

计算机控制系统是自动控制系统发展中的高级阶段，随着现代化工业过程复杂性与集成度的提高，计算机控制系统得到了迅速的发展。PLC 构成的隧道信息发布系统方案，使得整个系统的有用信息得到完全共享，信息利用率大大提高，控制质量更稳定，PLC具有可编程、组网灵活、适应范围广等特点，这种监控方式较好地发挥了计算机和PLC的各自优势，较好地适应了恶劣环境下的隧道监控系统。

参考文献

[1] CS1D-H(DPL01)PA(PD)CS1D 双机系统操作手册.2003 (9)

[2] 张良.PLC在高速公路隧道监控系统中的应用[J]. 微计算机信息.2004 (2)

[3] 黄绪东.隧道监控系统PLC的应用分析[J].可编程控制器与工厂自动化.2008（4）

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。