高速公路隧道PLC控制系统优化技术研究

发布时间：2019-08-24 15:53所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次

摘要：分析了宝天高速原PLC控制系统的环网组网方式及构成，结合多年实际运行过程中存在的问题，分析了原组网方式存在的一些弊端和缺点，提出了对各个隧道进行独立组网的优化改进技术方案。目前已经在宝天高速隧道中实施，整个PLC控制系统运行稳定。 关键词：

　　摘要：分析了宝天高速原PLC控制系统的环网组网方式及构成，结合多年实际运行过程中存在的问题，分析了原组网方式存在的一些弊端和缺点，提出了对各个隧道进行独立组网的优化改进技术方案。目前已经在宝天高速隧道中实施，整个PLC控制系统运行稳定。

　　关键词：光纤环网;PLC控制系统;工业以太网交换机;上位机

　　0引言

　　依据国家高速公路隧道和城市地下隧道的有关设计规范，长度大于100m的隧道应设置照明设施。特别是在进入隧道入口时，驾驶人员视野内光线的明暗发生急剧变化，人的视力骤然下降，极大地影响了隧道的行车安全[1]。

　　宝天高速公路(陕西段)包含15座隧道(7座短隧道，8座中长隧道)，设置宝鸡西和坪头2处隧道监控分中心。其中，宝鸡西隧道监控分中心负责王家梁隧道、姚家山隧道、槐树岭隧道、黑岭隧道、罗家山隧道、霍湾山隧道共6座隧道机电设施的运营和管理工作，坪头隧道监控分中心负责韩家山隧道、北滩隧道、石门隧道、南岭隧道、魏家山隧道、小节隧道、那下湾隧道、老柴窝隧道、马宗山隧道共9座隧道机电设施的运营和管理工作。

　　1现状及分析

　　宝天高速公路(陕西段)15座隧道左右洞共有66套本地控制器(PLC，ProgrammableLogicController)，各隧道利用光纤将隧道内的所有PLC通过工业以太网交换机连接成环形控制网络。采用这种传统光纤PLC控制系统组网方式进行组网，此种组网方式在PLC控制系统正常工作状态下，系统中每个节点的设备都是可靠连接的。

　　此种组网方式是将隧道内PLC通过2芯光缆(另留2芯备用)和工业以太网交换机互联起来，从而组成一个基于光纤传输的环网。虽然这种传统组网方式具有施工成本较低、施工周期较短等特点，但是采用这种组网方式，PLC控制系统在实际运行过程中，经常会出现以下故障：(1)某点断纤;(2)某节点的工业以太网交换机出现故障中断。

　　如果上下行同时出现某点断纤或者某个工业以太网交换机设备故障，往往会出现后面多个PLC通讯中断的情况，从而导致多个PLC设备与监控中心主机通讯中断(此种现象频繁发生)，因此会影响照明、风机、车道指示器、消防水泵等设备的远程控制，从而影响整个系统运行的稳定性[2-4]。鉴于以上实际情况，急需对原系统组网方式进行研究改进，以保证PLC控制系统的正常稳定运行。

　　2优化技术研究

　　通过对原PLC控制系统存在的缺陷和不足之处进行分析，我们主要从组网方式、可靠性、稳定性等方面来研究技术改进方案，从而提出一个稳定性、可靠性较高的技术改进方案，以保证后期整个系统的稳定运行[5]。

　　由于原PLC控制系统环网结构采用的将隧道内所有PLC通过工业以太网交换机连成一个环网，这种组网方式的最大缺点是：由于PLC采用环形或者链形，一旦上下行同时出现某点断纤或者某个工业以太网交换机设备故障，往往会出现后面多个PLC与监控中心主机通讯中断，从而导致后面多个PLC都不能正常工作。

　　因此，主要从PLC环网组网方式进行研究技术改进方案，拟采用在组网时对每个隧道PLC控制系统组成一个独立环网，这种组网方式的最大优点是各个隧道PLC环网设备相互独立运行、互不干扰和互不影响，即使某个隧道PLC工业以太网交换机故障或光纤通讯出现中断，但总体上来说不影响别的隧道PLC控制系统的正常运行，从而大大降低了设备故障率，保证了整个PLC控制系统的稳定、可靠运行。

　　3PLC控制系统主要功能

　　PLC控制系统主要完成对隧道交通信号灯、车道指示器、通风、照明、车行横洞防火卷帘门、消防水泵和潜水泵等设备的远程控制[6-7]，系统功能模块如图3所示。施耐德公司ModiconPremiumPLC根据设置的照明控制方式，通过数字量输出模块(TSXDSY16T2)对照明进行控制，通过数字量输入模块(TSXDEY16D2)对照明的反馈信号进行反馈。

　　同时，通过PLC模拟量输入模块(TSXAEY800)实时采集CO/VI检测器、风速风向检测器、洞外光强检测器和洞内照度检测器等环境监测的数据，并对采集到的数据进行综合分析，控制相应的照明回路开关，调整隧道内的光强度，使隧道洞内外照明强度达到比较平缓的过渡，避免车辆驶入或驶处隧道时亮度的突变使视觉产生“黑洞效应”或“炫光效应”，减少交通事故发生的同时达到节能的效果[8-9]。

　　(1)照明控制：通过PLC控制隧道箱变或者变电所内低压控制柜内的交流接触器，由交流接触器的闭合和断开来实现对隧道照明回路的控制;(2)通风控制：通过PLC控制变电所内的软启动器，从而实现对风机的正转、反转和停机进行控制;

　　(3)交通信号灯、车道指示器控制：当隧道出现交通事故或在隧道维修时，由值班人员根据隧道现场的不同情况，在隧道监控室的集中控制管理机上通过组态软件改变交通信号灯状态、控制相应车道指示器，向司乘人员显示车道或隧道的开关状态，满足事故或维修情况下的交通运行要求;(4)防火卷帘门控制：在每个车行横洞上下行均设有横洞控制箱，用以控制车行横洞防火卷帘门，车行横洞内照明灯与防火卷帘门应联动控制，同时打开或关闭。控制电路中，通过PLC输出继电器触点和手动按钮对照明灯与防火卷帘门进行自动、手动控制。

　　4结束语

　　由于传统PLC控制系统组网方式存在一些弊端和不足之处，通过对传统PLC控制系统的组网方式进行优化改进，采用各个隧道PLC控制系统独立组成环网的改进方案，各个隧道环网之间相互独立，极大地提高了整个PLC控制系统的稳定性和可靠性，保证了整个PLC控制系统的稳定、可靠运行。目前该套PLC控制系统改进方案已经成功应用于宝天高速公路隧道中，并且运行稳定可靠，达到了预期目的，为今后PLC控制系统的设计和施工提供了参考。

　　参考文献：

　　[1]王少飞，邓欣，吴小丽.公路隧道照明控制技术综述[J].公路交通技术，2010(02)：132-138.

　　[2]张卓森.基于PLC的高速公路隧道监控系统技术分析及其数据集成[J].装备制造，2010(04)：166-167.

　　[3]蒋锦泉，邱斌.基于PLC的隧道照明控制系统[J].西部交通科技，2014(01)：39-41.

　　[4]李祖文，胡红波.高速公路隧道照明PLC控制系统研究[J].西部交通科技，2013(07)：89-92.

　　[5]李晋文.PLC在平榆高速公路隧道群监控系统中的应用[J].山西交通科技，2011(12)：44-45.

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　　公路隧道洞口的施工是决定公路工程施工质量的重要因素，也直接关系着公路交通运输的安全性和稳定性，因此我国在公路隧道洞口工程的施工技术水平也不断提高，为此下面文章首先分析了影响公路隧道洞口工程质量的关键因素，然后就公路隧道洞口施工的技术进行探讨，希望能够对我国公路隧道洞口工程的施工质量提供些许参考。

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