摘要：文章阐述了高速公路隧道监控系统的主要程序、架构以及PLC系统的构成及功能，从而就PLC监控系统在高速公路隧道中的应用进行了深入探讨，分别从电视监控、交通监控、照明监控以及通风监控等几个方面进行了论述。
关键词：高速公路；隧道；PLC监控系统
监控系统在高速公路建设施工过程中得到了广泛应用。它通过利用计算机技术、信息技术，为高速公路隧道施工提供良好的指导。监控系统在高速公路施工中的应用过程中，应从隧道施工的具体情况出发，全面有效的收集各项施工信息，以满足高速公路隧道安全管理，提高高速公路隧道管理质量。本文结合笔者的工作实践，就PLC监控系统在高速公路隧道中的应用进行探讨。
1 PLC主要程序
PLC程序通过对高速公路隧道一段区域内设备的检测信息进行收集，其检测部件有CO/VI检测器和车辆检测器。这项程序能够对收集到的信息进行预处理，如隧道内部的CO正常运营的浓度一般情况下处于150-250ppm，若隧道内部的车辆行驶速度都处于怠速，平均车速在10km/h时，浓度能够达到300ppm，隧道内对烟雾的允许浓度为7.0*0.0011/m，这时就会自动启动通风设施进行气体疏散。隧道对正常的风速要求为10m/s，风速需要储蓄到本地单元里边。隧道内部的本地控制器需要将存储单元中的各项信息进行处理，像一些能见度和烟雾浓度等都需要处理，处理之后将其上传给服务器。PLC程序还能够接收隧道管理站内部计算机发出的控制命令，可以将设备运行状态和控制命令进行比较，通过比较后对下端设备发出控制指令。
2 监控系统的架构
隧道现场控制系统由控制器（PLC）、以太网交换机、以太网冗余环网和单模光缆等构成。PLC采用工业以太网交换机进行连接，形成冗余环网。主控制器通过工业以太网交换机和光纤连通至计算机，对整个隧道的运营进行控制。控制单元的配置通常使用的接口是RS-232系列，运用这种口可以对通信波特率进行设置，通信电缆能够对双芯和双绞线进行屏蔽，PLC终端在和控制单元通信时两者之间也存在对应的通信协议，在编程语言上也可以对电压电流相互进行变通器通信。
3 PLC系统的构成及功能
PLC也称可编程逻辑控制器，在工业生产领域得到广泛应用。由于PLC具有适应范围广、组合灵活、可用于恶劣环境等特点。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、底板等构成。
隧道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1所示。
图1 隧道PLC系统构成图
由于隧道机电设备众多，因此PLC设备的数量较多，根据其附近设备的性能配置各种相应功能模块，光强检测用模拟量输入模块，车辆照明、信号灯、风机用开关量输入输出模块，车辆检测器等。PLC主要功能如下：
（1）收集本区段设备检测的信息，包括风速检测器、车辆检测器和光强检测仪等。
（2）对收集信息进行预处理，同时在隧道监控所的服务器进行上传。例如：隧道内的CO正常运营时，其允许浓度控制150-250ppm范围内，交通阻滞时，应以怠速行驶；隧道内烟雾允许浓度为7.0*0.0011/m；隧道内风速正常运营时推荐为l0m/s），并储存在本地的存储单元内。
（3）对隧道管理站各种控制命令（如控制风机的启、停、照明开关）进行接收，将设备运行状态和控制命令进行比较以后，将发出对下端执行设备（如照明柜、车道控制标志、交通信号灯、横洞指示等）的控制指令。
（4）可以存储一些常用程序，如当遇到交通事故紧急处理措施，如改变交通信号标志，发出报警信息等；当遇到火灾紧急处理措施，如当隧道内遇到火灾时，风机的控制等）。
4 PLC监控系统在高速公路隧道中的应用
4.1应用原理
隧道的监控设备包括车辆检测器、风速检测器、摄像机、视频检测、火灾报警等。它们将采集隧道内车辆信息、风速、能见度信息、隧道风机状态信息、火灾情况、车辆事故情况等，并通过信息发布系统发出相应信息，以引导车辆行驶。
4.2 交通监控
隧道交通控制设备包括车道指示标志、车辆检测器、交通信号灯。其中，隧道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RS485接口汇接到PLC设备串口通讯板中，经过隧道多模光纤冗余环网接至计算机，经过对信息进行确认、加工处理，并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。
4.3 照明监控
隧道照明控制系统一般由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。并通过现场总线将照明系统的现场检测结果返回到中央控制计算机进行信息汇总、协调，并在隧道监控所大屏幕上显示。
隧道照明控制程序可以对洞外的光强进行检测，然后根据检测的具体状况对隧道的照明系统进行控制，对隧道的出入口进行调节，让车辆能够行驶的更加安全，不但可以满足照明，而且还可以起到节能运行的目的。同时，还能够对洞内照明进行监视，照明控制程序还能够在洞内照明灯具故障的时候进行提示，可以根据洞内具体的光度进行采集，然后会发出报警，提示维修部门及时更换灯具。
4.4 通风监控
隧道通风控制系统由检测器、PLC 模拟量输入模块、通风控制计算机地图板等构成，检测器检测隧道内环境信息，以串行码输出到就近的PLC，通过光缆和以太网送到监控所，监控所根据这些参数和其他交通信息判定所开启的风机是否合适。若不合适，将会对风机的启/停及转速进行调整，增加或减少风机的开启数量，并对风机控制规则表进行修正。此外，还可以将风机控制指令发送到PLC数字量输出模块，通过PLC技术，加强对风机进行控制，并在大屏幕上显示出洞内环境信息。
5 结语
综上所述，本文探讨了PLC监控系统在高速公路隧道中的应用。实践证明，PLC构成的隧道信息发布系统方案，使整个系统的信息得到共享和利用。PLC具有可编程、组网灵活、适应范围广等特点，配合冗余光纤环网的可靠性，大大增加系统的抗干扰能力，因此在恶劣环境下的隧道监控中得到广泛应用。
参考文献：
[1]彭立.试论PLC技术在高速公路隧道监控中的应用[J].四川建材，2018（11）.
论文作者:兰永强
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/23
标签：隧道论文; 检测器论文; 高速公路论文; 信息论文; 监控系统论文; 风机论文; 模块论文; 《基层建设》2019年第13期论文;