PLC在高速公路隧道监控系统中运用

PLC在高速公路隧道监控系统中运用

摘要:在社会经济发展的背景下,国内高速公路数量不断增加,为确保交通运输安全,PLC逐渐被应用于高速公路隧道监控系统之中,并取得了良好的效果。本文以PLC在高速公路隧道监控系统中的应用为研究内容,首先介绍PLC在高速公路隧道监控系统中的应用实例,然后分析PLC系统的组成和实现的功能,最后研究PLC系统的编程,希望为相关行业提供借鉴。

关键词:PLC;高速公路;监控系统

在道路交通中,高速公路隧道属于管理重难点,在高速公路数量增加的同时,隧道数量也持续增加,我国虽然拥有广阔的疆域,但地域环境却极为复杂,在交通管理方面十分依赖监控系统。在这一背景下,高速公路隧道监控系统是否具备经济稳定性、可开发拓展性和先进性成为了有关部门关注的重点。而PLC的应用,则有助于上述目标的实现。因此对此项课题进行研究,其意义十分重大。

1PLC在高速公路隧道监控系统中的应用实例

南方某地区的高速公路是国家规划的重点线路,连接众多省市地区,本工程的修建标准为山岭重丘区高速公路标准,拥有四个车道,设计时速为每小时80km,总长度为141km,公路沿线的立交桥数量为10座,同时还有8条长度超过1km的隧道以及5条长度小于1km的隧道,隧道总长度为20km,因此,在该条高速公路中,隧道监控系统在全线监控中具有举足轻重的地位。在查阅资料后得知,8条长隧道均设置了完整的监控系统,该系统由诸多子系统组成,如通风照明、隧道广播、供配电等。其中,PLC在其中负责采集和隧道内的各类信息,包括交通监控信息、供配电信息和通风照明信息。

2PLC系统概述

案例高速公路所采用的PLC数量多达78套,这些PLC组成了冗余令牌环网的控制系统。该系统能够为PLC和上位机之间的自动数据连接提供支持,同时,还能传送可编程数据,其应用有助于提高数据传输效率和质量。

2.1PLC系统的组成

每个隧道中设置的PLC会组成光纤冗余令牌环网,这里所说的PLC分别位于隧道的左右两端,每个令牌环网均属于独立的控制系统,并不会互相影响。主控PLC与监控设备内的PLC,会通过Hostlink相连接,同时,还能基于以太网达成数据交换的目的。位于监控室内的主控PLC,会连接一块触摸屏,并以MODEM为媒介连接监控分部的触摸屏,最终构成一个监控网络。

2.2PLC系统应用实现的功能

PLC应用实现的功能如下所述:(1)对所在区域的检测设备所获取的信息进行采集,目前,在高速公路隧道监控系统中应用的检测设备主要以能见度、CO、车辆和透过率检测器为主。(2)预处理采集信息。以CO检测信息为例,在正常状况下,高速公路隧道中CO浓度普遍为150~250ppm,这个浓度属于允许浓度。但在交通堵塞的情况下,平均车速可能会下降到每小时10km,假设堵塞时间为小于20min,隧道内的CO浓度允许值会上升到300ppm,此时,PLC控制系统就会自动开启通风装置,通过这种方式,使隧道内CO浓度值下降。隧道内对正常风速的要求为每秒10m,本地单元需要对这个数值进行储存。简言之,就是隧道监控系统内的PLC会处理存储单元内的各项信息,并向服务器上传处理后的信息。(3)PLC程序可以响应工业计算机所下发的控制命令,包括照明开关控制、通风设备启动和停止等,与此同时,还能对比命令与设备运行状态,并在此基础上,针对下端设备发出控制指令,从而实现对这些设备的有效控制。(4)本地控制器具有两种控制模式,分别是手动控制和自动控制,手动控制主要是指工作人员利用触摸屏替代自动控制。这种控制方式需要在通信中断的情况下使用。(5)具有程序存储功能,多个常用和特殊程序的存储,有助于应对安全事故。如在发生交通事故时,PLC程序会通过下达控制指令的方式,对交通信号灯进行调整,并发出报警信息。

3PLC系统的编程

3.1交通控制

在PLC系统编程中,交通控制程序的重要性不言而喻,该程序的主要功能是信息读取、数据上传和控制功能。具体表现为,对车辆检测装置、车道指示标志和情报板状态信息进行读取,然后向上位机传递这些数据,同时将上位机设定好的交通模式作为依据,对上述装置进行控制。如果高速公路隧道中发生交通事故,交通控制程序还会发出报警信号。此外,还具有定期校时功能,确保监控系统内全部车辆检测器的时间保持一致。以交通信号灯和车道指示标志状态控制为例,其控制可以分为三级,如下所述:第一,监控分中心控制:控制方式为两种,分别是自动和手动控制,其中自动控制是指由上位机发出控制指令,而手动控制由人工借助上位机和触摸屏实现对上述装置的远程控制。第二,隧道监控室控制:主要控制方式为手动控制。第三,现场设备:控制方式与隧道监控室相同。

3.2通风控制

这个程序能够将各种检测装置所检测的数据作为依据,对风机的运行状态进行控制,在节能的基础上,延长风机的使用寿命。此外,在发生火灾事故后,通风控制程序还能将火灾发生地点作为依据,及时开启所在地的风机,降低火灾现场的烟雾浓度,保证出行人员和隧道的安全。以案例工程的通风控制程序为例,该程序控制风机的依据包括以下数据:第一,透光率;第二,交通量数据;第三,CO浓度数据,在接收到这些数据后,通风控制程序就会对风机的运行时间、风向和开启数量进行控制。与传统的通风控制程序相比,基于PLC的通风控制程序,对风机的控制效果较为显著,能够控制风机的转动方式和启停时间,在这一过程中,还能显示每台风机当前所处的状态,并向上位机传递。此外,还具有自动统计功能,根据统计结果,合理启停风机,简言之,就是在启动风机时,优先选择运行时间短的风机,实现平衡各台风机的工作时间,延长风机整体使用寿命的目的。通风控制子系统的控制方式可以分为四级,如表1所示。在一般情况下,位于隧道变电所内的风机控制转换开关的设置以自动为主,简言之,就是风机由监控分中心自动控制。若控制系统出现故障,需要将主系统控制切换为子系统控制,以保持控制效果。在维修和测试风机和子系统时,应该将控制模式切换为通风机开关箱手动控制方式。风机控制模式包括两种,第一种是在特殊情况下选用某种预先编制的控制程序,在由人工确认的基础上,自动控制风机的运行;第二种是对比CO和透光率检测器所获取的数据和标准值,依据对比结果,实现对风机运转的有效调节。

3.3变电站监视控制

在高速公路隧道监控系统中应用PLC,可以实现监视变电站当前运行状态的目的。其原理如下所述:PLC可以监视高压电源、低压总开关、各段低压母线、总信号、发电机信号和是否存在故障,然后向监控分中心上传这些数据信息,如果存在故障信号,监视分中心会自动告警。此外,PLC还能将变电站电源状况作为依据,对风机系统加以控制。

3.4照明控制

在高速公路隧道监控系统中,照明控制程序极为关键,与交通安全息息相关。而基于PLC的照明控制程序,能够依据各种信息数据,对照明系统进行有效控制。从而实现节能运行和保护行车安全的目的,与此同时,还可以监视隧道内照明设备当前的状态。这里所说的信息数据主要是指洞内光照强度、洞外光照强度、交通量和天气状况。基于PLC的照明控制程序,在发现隧道内存在不亮或亮度不足的灯具时会进行报警,简言之,就是利用光强检测仪对灯具光强数据进行检测,并对比设定值,如果灯具光强低于设定值,就会通知维护部门及时检修或更换。以本文所研究的监控系统为例,在自动控制模式下,如果发生火灾,PLC在接收监控系统所发出的指令后,会开启隧道内的全部灯具。在自动和远程控制模式下,任何时间内,都能保证至少有一路的照明灯具开启。这个隧道的照明控制方式主要包括三种,分别为自动控制、远程控制和人工控制。其中,照明系统可以自行完成自动控制和人工控制,监控系统在配合照明系统后可以完成远程控制。在控制完成后,照明系统会向监控系统传递控制状态信号。

4结语

综上所述,在高速公路隧道数量不断增加的背景下,如何管理隧道,保证行车安全成为了交管部门关注的重点。本文在研究后发现,高速公路隧道的环境较为恶劣,因此,应用PLC能取得良好的效果,这种监控方式,可以使工业计算机和PLC的优势充分发挥,具体表现为在工业计算机强度计算能力的支持下,PLC在现场控制中的灵活性会有效实现。但PLC技术的作用不仅于此,有关部门应加强研究力度,完善监控系统的功能。

参考文献:

[1]赵学武,吴学文,郭爱涛等.PLC在高速公路隧道监控系统中的应用[J].工程技术研究,2021,6(01):65-66.

[2]武文天.PLC在高速公路隧道监控系统中的实践分析[J].无线互联科技,2020,17(04):56-57.

作者:贺俊华 单位:中交四航局江门航通船业有限公司