隧道可編程序控制器PCT在高速公路隧道群上的應用

摘　要　本文介紹隧道可編程序控制器（Programmable controller of tunnel）在福建漳州至龍巖高速公路隧道群自動化中的應用,采用隧道可編程序控制器PCT+中央控制計算機的集成方案,對隧道機電設備進行分散控制、集中管理,同時對洞內、外環境和機電設備進行監測,既滿足高速公路隧道對洞內交通、照明和通風的控制要求,又達到整個系統的協調和節能目的。 關鍵詞 隧道可編程序控制器，PCT，隧道群 The application of PCT to tunnel troop of a express way ZHANG Li-bing, ZHAO Yong-zhong, YAO Jin-xiang (Beijing YunXingYun Traffic Engineering Co.Ltd Beijing 100054) Abstract: This paper describes the application of PCT to a tunnel troop of Fu jian Zhang Long express way. The control system consists of a PCT system, central computer so that the traffic , lighting and ventilation can be put under distributed control and concentrated management . Such an integrated scheme not only satisfies various control requirements, but also achieves the aim of good coordination and energy saving. Keyword: Programmable controller of tunnel; PCT; tunnel troop 1 引言　　 隧道自動化是一個整體的概念,包括消防管理系統、交通控制系統、照明控制系統、通風控制系統、報警系統、攝像監控系統、信息管理系統、電源及配電控制系統和交通自動化等。而以中央計算機+隧道可編程序控制器（現場總線+PLC+手操屏），構成的隧道自動化系統既能完成隧道機電設備、隧道環境狀況監控的功能,又可完成隧道信息管理的功能,其中的監控部分采用了具有高可靠性的PLC組成的，基于現場總線的集散控制結構的隧道可編程序控制器。使得整個自動化系統的可靠性得到保證。同時,PLC可以獨立工作,完成基本控制任務;現場總線的采用將使各個區域的監控任務變成相應PLC的分散監控任務,使得隧道布線更加簡單、合理。PLC的靈活配置使得隧道監控系統形成模塊結構,PLC系統可大可小,可根據現場要求進行合理分布。下面就福建漳州至龍巖高速公路大龍頭為主的隧道群交通、照明及通風監控系統為例介紹隧道可編程序控制器在實際中的開發和應用。 2 系統要求　　 漳龍高速公路共有6個隧道，分別是萬松關隧道、風霜嶺隧道、大龍頭隧道、后眷隧道、南靖隧道，石崆門隧道（不屬于本次施工范圍），大龍頭隧道是一個雙洞、長約2.6km的高速公路隧道,在雙洞單向行駛時,設計車速為80km/h,當單洞雙向行駛時,設計車速為60km/h。為了達到上述要求,洞內交通、照明和通風均有相應的要求,分別由所對應機電設備的數量、功率、安裝位置來保證。由相應的控制系統、監測系統對洞內照明和通風進行優化控制,以達到節能和安全行駛。如,由照明監控系統保證洞內照明,在白天,由洞口到洞內的照度能夠較平緩地過渡等措施避免玄光和黑洞現象;由通風控制系統保證洞內CO濃度、能見度和洞內風速達到設計要求。 3 系統構成　 3.1道可編程控制器介紹 隧道可編程控制器遵循中華人民共和國交通行業標準JT/T 608-2004，此標準2005年1月1日實施，北京云星宇交通工程公司依此行業標準研發了相應的產品YXY-RTU。隧道可編程控制器PCT是現場總線+PLC+手操屏的集成產品，此產品充分利用了PLC的高穩定性，現場總線的高效率，以及手操屏的現場靈活控制，實現了公路隧道的安全穩定控制。 按照GB/T18567-2001的規定，隧道可編程控制器按照其安裝位置的不同可分為隧道監控站內和隧道洞內的區域可編程控制器。 3.1.1隧道監控站內的可編成控制器是指： a) 隧道監控系統的中央節點，公路交通監控子系統（隧道監控）的節點端機。 b) 與公路監控（分）中心遠程通訊，執行（分）中心上位機的動作指令和本機的控制程序。 下圖是福建漳龍路隧道群的數據傳輸網絡，可以詮釋隧道區域控制器和監控中心的網絡通信連接。數據上傳由主控本地控制器的以太網模塊通過數字光端機直接與監控分中心連接，采用TCP/IP傳輸協議，使信息層數據共享。 圖3-1 隧道群數據傳輸網絡 3.1.2隧道洞內的區域可編程控制器是指： a) 環網（或總線）拓撲結構的隧道監控子系統（區與監控）的節點端機； b) 通過光、電傳輸介質的連接，執行隧道站上位機的動作指令和本機的控制程序。 圖3-2是漳龍路大龍頭隧道的光線環網拓撲圖 隧道的現場控制網絡選用OMRON公司的controller link工業級控制網絡，具有高可靠性和穩定性。采用4芯多模光纜，每個現場控制器通過Controller link光纖接口模塊連接構成多模光纖冗余環結構，其中2芯為備用，即環網上任何一點被截斷，通信傳輸依然可以保持，保證了現場總線避免外界干擾，傳輸通暢，并提高了數據傳輸的可靠性。 特點： 1）網絡為對等網，任意節點故障不會影響干網運行。 2）光纖自愈環網的通訊速度2Mbps。 3）光纖ST頭直接進模塊，減少了中間環節，工作更可靠。 4）網絡節點之間無須編程可以傳輸數據，便于今后檢修與維護。 3.1.3隧道可編程序控制器PCT的功能 隧道可編程序控制器PCT的監控任務分成以下幾個部分: (1) 自動時通過檢測交通、氣象等參數，根據運算可得出交通狀況，采用相應的控制方案。手動時中央控制計算機或手操屏根據實際情況確定交通模式。 (2) 通過現場總線,將車流量信息、CO/VI/TW信息送到CS1,在中央控制計算機中,生成通風工作狀態和照明工作狀態。 (3) 通風PLC從現場總線讀取風機組啟/停控制要求,進行風機組的現場控制。 (4) 照明PLC,根據照度進行洞內照明的控制或控制中央控制室的定時控制指令來控制照明。 3.2漳龍路隧道群的系統構成 本隧道群自動化方案采用中央控制計算機+隧道可編程序控制器YXY-RTU,中央控制計算機由多臺互連的工業PC組成,構成隧道信息中心，負責隧道各種信息的匯集和處理、控制指令的產生和發布、隧道模擬大屏幕的控制、各種報表的生成及緊急事故的處理等任務,并進行整個系統的協調。隧道可編程序控制器采用北京云星宇交通工程公司的YXY-RTU,隧道可編程序控制器中，現場總線采用OMRON Controller Link,總控PLC為OMRON CS1-G-42H,現場PLC采用OMRON CS1-G-42H。數據傳輸網絡由數據上傳和現場控制網絡組成。 4系統工作過程概述 光強檢測儀測得反映光照度的4～20mA形式電信號,送到相應的隧道可編程序控制器PCT。由該控制器控制相應的照明開關(交流接觸器),使洞內照度與洞外照度得到比較平緩的過渡。照明控制也可以采用按季節定時控制方式。每個控制點具有回檢信號和報警信號,PLC通過現場總線將照明系統的現場檢測結果返回到中央控制計算機,進行信息匯總、協調,并顯示在隧道大屏幕上。 VI/CO/TW檢測儀以4～20mA形式電信號,送到就近的隧道可編程序控制器,由現場總線返回到中央控制計算機,由中央控制計算機根據這些參數斷定所開啟的風機是否合適,進行合適的增加、減少或不變,修正風機控制規則表,同時將風機控制指令發送到風機控制器,在大屏幕中顯示洞內環境信息。 車流量檢測線圈以串行碼信息的形式送入相應的隧道可編程序控制器,由現場總線返回到中央控制計算機,根據車流量決定風機開啟組數,經現場總線下載到風機控制器,對風機組的啟/停進行控制。風機控制器同時檢測各個風機的回檢信號和告警信號,將它們返回到中央控制計算機斷定風機的運行是否正常,并在大屏幕中進行顯示和整個通風系統的協調。 5控制軟件的二次開發 PLC采用OMRON公司的CS1-G-42H系列產品，現場總線采用OMRON Controller Link現場總線,其軟件是對CX-PROGRAMMER控制組態軟件及通訊軟件的二次開發,定義各個控制器的通訊地址,進行有關信息的交換。各個控制器的直接控制和檢測軟件根據系統的硬件來實現,可以用CX-PROGRAMMER的梯形圖或語句表等語言來設計和實現。成功的OMRON CONTROLLER LINK現場總線，使所有編程工作變得比較簡單，大大縮短了開發和施工周期。 6小結　　 本系統由于采用了中央控制計算機+隧道可編程序控制器構成的隧道自動化控制方案,充分發揮了現場總線的靈活組態方式,使得整個系統的有用信息得到完全共享,便于系統集成和相關設備日常檢修。同時Controller Link的高速度數據通訊和光纖自愈環網所帶來的高可靠性,使得整個監控系統十分適合隧道自動化系統;增加整個系統的抗干擾能力,縮短外部信號的引線長度和控制信號電纜長度,減少接線端子。這種監控方式較好地發揮了工業PC和PLC的各自優勢,充分利用了工業PC在信息管理和處理上的強大能力及PLC在現場控制中的靈活性。 [參考文獻] [1]　張利兵.中國交通信息產業,2004.12,PP110～111 [2]　胡劍波. PLC在隧道自動化中的應用. 工業儀表與自動化裝置,2002.2,PP35～38 作者資料 張利兵，北京云星宇交通工程有限公司產品開發部，工作電話：010-60246342-29，電子郵件：zhlbing@sohu.com 趙永忠，北京云星宇交通工程有限公司產品開發部，工作電話：010-60246342-28 幺進祥，北京云星宇交通工程有限公司產品開發部