基于PLC高速公路隧道控制系统研究与设计.doc

基于PLC高速公路隧道控制系统研究与设计 　　摘要：本文根据具体工程详细阐述了PLC的高速公路隧道控制系统，利用可编程序控制器，通过数据链接、协议宏等编程手段实现了对隧道内机电设备的自动控制与检测，取得了令人满意的效果。 　　关键词：可编程逻辑控制器；光纤环网；隧道监控；协议宏 　　中图分类号： U45 文献标识码： A 文章编号： 　　引言 　　隧道监控是全线监控的关键。各隧道设置了完整的监控系统，包括变电站供配电、交通、通风、照明、火灾报警、CCTV监视、隧道广播等子系统。其中交通监控、通风监控、照明监控等隧道信息的采集和发布采用本地控制器（PLC）完成。 　　临汾至吉县（壶口）高速公路是国家高速公路网青岛至兰州公路和山西省“三纵十一横十一环”高速公路网第九横（黎城至吉县壶口段）的重要组成部分，也是山西省“十一五”规划重点建设项目之一。该项目起自临汾市南辛店，东接拟建的长治至临汾高速公路，经临汾市襄汾、乡宁、吉县，止于晋陕界的苇子湾黄河特大桥西岸（含陕西岸宜川县境内接线约200米），西连拟建的青岛至兰州高速公路陕西段，全长99.27公里，全线采用双向四车道高速公路标准建设，设计行车速度80公里/时。全线PLC控制的隧道有佛儿崖、松卜岭、瓦窑岭、梁家凹等十几座之多。 　　1、隧道监控系统的主要内容和控制要求 　　为了保证隧道内良好的行车环境，以及必要时能够对通行的车辆做出合理的诱导，通常在隧道内设置一定保护行车环境和便于交通诱导的机电设备。按照功能可以划分为交通检测与诱导设施、通风检测与控制设施，相应为控制这些设施，分别设置了交通检测控制系统和通风检测控制系统。 　　1.1交通检测控制系统 　　交通检测控制系统中包含车道指示标志、交通信号灯、可变信息情报板等用于控制交通的诱导设施。车道指示标志、交通信号灯显示信息通过PLC程序控制输出继电器来控制，可变信息情报板的显示值通过PLC的串行通讯接口输出来控制改变。此外，对于隧道出入口设置的微波车辆检测仪（可以检测车速、车流量、车道占有率等参数）检测的隧道车辆相关数据，同样通过PLC的扩展串行??讯接口编程获取，存于PLC存储器中。 　　21.2通风检测控制系统 　　通风检测控制系统中包含风速检测仪、一氧化碳和能见度检测仪。该控制系统作用在于在实时检测环境参数的基础上，控制隧道内风机的开启、以使各项空气指标符合安全行车标准，达到保障安全行车和节约能源的目的。各空气指标数据由PLC模拟量输入模块采集，风机的启停通过PLC的开关量输出模块程序控制中间继电器实现控制。2.3照明检测控制系统照明检测控制系统中包含洞内光强检测仪和洞外光强检测仪。目的在于不断检测洞内外光强度的差别，调节隧道进出口加强段等照明回路，达到合适的隧道内光照度。避免车辆驾驶员白天进入隧道和夜间离开隧道产生“黑洞效应”；避免车辆驾驶员白天离开隧道和夜间进入隧道产生“眩光效应”，让驾驶员轻松适应进出隧道的光照度变化，避免交通事故的发生，同时达到节能效果。光照度等参数的采集由PLC模拟量输入模块采集，照明回路控制由PLC程序控制输出继电器实现控制。 　　2、系统构成 　　以临吉高速隧道群其中的松卜岭隧道作为典型案例详细说明PLC控制系统的构成及控制方式。本着安全可靠、简单实用、技术先进的原则，依照国际自动控制领域的发展趋势，松卜岭隧道控制系统由欧姆龙CS系列的PLC作为监控系统现场区域控制机的核心部件。网络拓扑图如图1所示。 　　 　　 　　2.1系统网络配置 　　系统采用工业以太网组网形成三级网络控制系统，分别是现场设备控制层、隧道变电所分中心控制层、隧道管理站监控室控制层。现场设备控制层由OMRONCS1G-42H可编程控制器组成，称为区域控制器，区域控制器之间通过工业以太网组成冗余光纤环网。隧道变电所分中心控制层由OMRONCS1D-65H可编程控制器组成，结合NS10-TV00B-V2触摸屏可进行本地控制。隧道管理站监控室控制层由隧道监控计算机、交换机和监控中心数据库服务器组成。 　　2.2PLC系统配置 　　隧道变电所PLC系统采用CS1D系列双CPU（65H）、双电源（PA207R）控制系统子站，区域控制器PLC系统采用CS1G系列单CPU(42H)双电源（S8TS）控制系统子站，并配以必威体育精装版的工业以太网模块（CS1W-EIP21）和交换机实现光纤冗余环网通讯。其中区域控制器除上述电源和CPU模块以外，根据现场实际设备需要配有开关量输入模块(CS1W-ID211)、开关量输出模块(CS1W-OC211)、模拟量输入模块(AD041-V1)，串口通讯模块(SCB41-V1)。监控中心计算机通过开关量输出模块控制车道指示标志和交通信号灯的变化，设备将反馈信号传到开关量输入模块