PLC在高速公路隧道监控系统中的实践分析

武文天

摘   要：随着我国社会经济的快速发展，交通运输行业得到了进步，高速公路的数量在不断增多，隧道建设的数量也有所提高。我国虽然国土面积较大，但是实际的地理环境十分复杂。因此对于隧道来讲，监控系统发挥着非常大的作用。在高速公路隧道中安装PLC监控系统，能够有效地获取隧道中的相关信息数据，保障隧道内车辆运行的安全。文章通过对PLC在高速公路隧道监控系统中的应用进行分析，并且提出一些意见，为高速公路隧道建设的发展提供一点参考。

关键词：可编程逻辑控制器;高速公路;隧道监控系统

监控系统在高速公路隧道中发挥了非常大的作用。目前的高速公路隧道安装的监控系统主要是可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）系统。这是由于PLC系统本身具有非常强的抗干扰能力，并且可靠性和灵活性也能够满足高速公路隧道的需求。这种智能化的系统能够对高速公路进行有效的管理，保障高速公路的运行安全，促进高速公路安全、可靠地发展。文章通过对PLC在高速公路隧道监控系统中的应用进行分析研究，对高速公路隧道监控系统的发展具有非常重要的意义。

1    PLC的概念以及主要的程序

在高速公路隧道监控系统当中，PLC程序能够对所覆盖的区域内的设备进行信息的检测和收集[1]。在这一过程当中主要会涉及CO/VI检测器和车辆检测器，同时通过该程序还能够对已收集到的信息进行初步处理，例如对高速公路隧道而言，在正常的运行情况下隧道内一氧化碳质量浓度在150～250×10-6。如果隧道内车辆行驶平均在10 km/h，隧道内的一氧化碳会达到300×10-6。此时，由于隧道内的浓度过高，PLC程序就能够自动开启通风设备来进行气体疏散，保证高速隧道内的正常浓度。另外，对于高速隧道来讲，隧道内正常的风速是10 m/s，一旦风速发生变化，PLC程序也会对风速进行测量和数据的记录。对于PLC程序来讲，隧道内部的控制器会对所储存的数据进行处理和分析，例如隧道内能见度和烟雾浓度等内容都需要进行及时的处理，处理后会将处理结果上传到中心服务器当中，通过这样的方式就能够保证高速隧道运输的安全和稳定[2]。另外，PLC程序除了能够进行数据的收集和处理之外，还能够接收管理工作站内所发出的控制命令，通过将控制命令和设备运行状态进行分析和比较，能够对设备进行调整和控制，保证设备的正常运行[3]。

2    PLC高速公路隧道监控系统的设计

2.1  对PLC监控系统设备进行选型

高速公路隧道内部环境较为恶劣，不仅潮湿而且还具有腐蚀性的气体，这是由于在长时间的运输过程中，汽车尾气中的碳导电粉尘游离到了隧道当中，污染了隧道当中的空气而造成的。在实际的高速公路隧道监控系统中，为了保证外部信号源不影响监控系统的运行，就要对监控系统的控制模块和继电器等设备进行严格的筛选，这样才能够保证PLC程序能够发挥出应有的作用[4]。对于高速公路隧道监控系统PLC程序来讲，控制单元的可以选择ABB的控制模块，而执行终端可以选择放在防水性能好的定制机柜内。另外，在选择PLC模块时，可以选择欧姆龙或者是施耐德等产品，这类产品的性能较好，而且质量较高。可以利用模块化结构，这样不仅能够保证PLC程序的适应性，在实际的使用过程中也较为方便。

2.2  PLC监控设备的通信方式

对于高速公路隧道监控系统来讲，PLC程序的控制单元通常使用rs-232系列的接口。这种接口在实际的监控系统运行过程中，能够对通信频率进行控制，使通信的速率达到9 600 bps。在PLC程序当中，中断机柜和机箱的连接通信频率都是9 600 bps。同时在实际的运行过程中，通信电缆能够对双绞线进行屏蔽，而为了使上下隧道的可靠性得到提高，需要利用闭环通信。这种通信方式会使电缆的长度变长，最长的单条电缆就可达到1 800 m，随着光缆的普及，隧道中也越来越多地使用光缆作为通信的主要传输介质。对于整个系统来讲，使用的通信方式主要是自由协议，在每个仪表和终端之间都利用标准通信协议的方式进行数据的传输，并且在PLC程序的终端和控制单元中也利用这种方式[5]。

2.3  PLC监控设备的系统软件配置

高速公路隧道监控系统的软件配置主要是利用Windows7操作系统作为编程环境。该系统包括了数据库的编程，主要利用主控和备用PLC控制单元来进行操作[6]。在系统当中，菜单结构采用下拉的结构来进行画面的排布，要想显示菜单内的图形，可以进行下拉操作，再根据系统提示进行下一步的操作。在PLC程序中，终端机软件一般会利用语句表和梯形图进行编程。

3    高速公路PLC编程

3.1  交通控制程序的编程

对于PLC程序来讲，通过进行交通控制程序的编程，能够对高速公路隧道内通过的车辆信息进行读取。所读取的信息除车辆检测出的数据之外，还包括车辆在隧道内时隧道内环境的监测数据，对数据进行收集处理后上传到上位机。上位机中有设定好的交通模式，能够对所传输的数据进行处理和分析，从而对高速公路隧道内车道的标志和信号灯进行控制。另外，上位机还能根据所设置的状态和信息对车辆的检测器进行控制，一旦出现故障问题会发出报警信号，这时应当对车辆的检测器进行校对。这样才能够保证检测器和上位机保持一致，才能够保证上位机控制准确性。上位机在对车道引導标志和交通信号进行控制的过程当中，主要分为3个级别：监控分中心、隧道监控室以及现场前端设备。在控制的过程当中，监控分中心的控制可以利用PLC程序进行自动控制，也可以利用人工远程进行控制。而对于隧道监控室的控制来讲，主要是通过电脑和触摸屏来进行控制;现场前端设备的控制一般是人工进行手动控制。在一般情况下，上位机能够对车道内的标志和指示灯进行自动的控制，如果上位机出现了故障问题，就可以利用控制屏来对车道的指示标志和信号灯进行控制。另外，一旦现场的通信设备出现故障，也可以利用手动的方式对其进行控制，这种冗余的控制方式也保证了运输的安全和稳定。

3.2  通风控制程序的编程

在高速公路隧道监控系统的PLC程序中，进行通风控制程序的编程能够对隧道的交通量和空气的一氧化碳浓度数据进行准确的检测。通过对检测结果进行分析也能够控制风机的运行台数和运行时间。这样不仅能够控制隧道内的气体浓度和车辆通过率，也能够实现节能运行的目标，延长风机的使用寿命。在隧道内，一旦发生火灾，PLC程序中的通风控制程序能够及时进行地排烟处理，并且将火情上报给监控人员，保证隧道的安全通行，提高隧道通行的舒适性。通风控制程序能够在各种状况下对风机采取有针对性的控制措施，将风机的运行状态实时显示出来，并且对于存在故障的风机及时上报到上位机。同时，通风控制程序还能够对每个风机的运行时长进行统计，在实际的运行过程中让运行时长较少的风机先进行工作，使各个风机之间达到平衡，能够有效地延长风机的使用寿命。

3.3  照明控制程序的编程

对于高速公路隧道监控系统的PLC程序来讲，通过进行照明控制程序的编程，能够对洞外的强光进行有效地检测，通过对检测结果进行具体的分析后，能够控制隧道内的照明系统，从而提高车辆行驶的安全性，不仅满足了照明的需求，还实现了节能的目标[7]。同时该程序还能够对隧道内的照明情况进行监督和管理，一旦照明灯具出现了故障或者是损坏，会及时发出提示。也会根据隧道内的照明光度进行数据的分析，若照明光度的数据存在问题，会发出报警提示维修人员及时进行故障的处理和维修。在该程序的自动控制程序中，无论何时应，急照明灯都会一直保持安全供电，若发生火灾，隧道内的照明灯会瞬间全亮，保证隧道内的照明，能够有效地保证车辆运行的安全。隧道内的照明控制一般由人工、自动或者是人工远程控制3种方式来进行。通过照明控制系统能够实现隧道内的自动照明，远程控制由照明控制系统和监控系统共同组成。

4    结语

对于高速公路来讲，通过在隧道当中安装监控系统，能够保障高速公路运输的安全和稳定。并且，对于隧道这种恶劣的通行环境，PLC监控系统本身的抗干扰能力、可靠性和灵活性都为高速公路隧道的运行和安全提供了有力的保障。同时也能够利用该系统获取高速公路隧道的相关数据信息，为高速公路隧道的建设发展提供更准确的数据。另外，在目前科学技术快速发展的形势下，现场总线技术已经得到了进一步的提升，PLC技术也得到了创新和发展，在未来，该技术将会为高速公路隧道建设提供更有力的技术支持。

[参考文献]

[1]丁勇.基于GEPLC的高速公路隧道监控系统的设计与研究[J].山西电子技术，2017（1）：9-11.

[2]张燕.基于局域网的高速公路隧道监控系统设计[J].中国交通信息化，2016（10）：116，123.

[3]周宏福.和榆高速公路隧道监控系统的设计与实现[D].长春：吉林大学，2014.

[4]李智.简化BIM模型构建高速公路隧道机电设施运维综合管理平台的研究[D].福州：福州大学，2017.

[5]郭雷雷.高速公路隧道群监控系统设计與实现[D].太原：太原科技大学，2013.

[6]吴涛.特长公路隧道监控系统的冗余控制设计与实现[D].西安：长安大学，2013.

[7]张建军，陈光景，张金萍.基于霍尼韦尔PLC和力控组态软件的高速公路隧道监控系统设计与实现[J].电子测试，2013（Z1）：91-96.