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(dòng)化中的應(yīng)用,采用隧道可編程序控制器PCT+中央控制計(jì)算機(jī)的集成方案,對隧道機(jī)電設(shè)備進(jìn)行分散控制、集中管理,同時(shí)對洞內(nèi)、外環(huán)境和機(jī)電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測,既滿足高速公路隧道對洞內(nèi)交通、照明和通風(fēng)的控制要求,又達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和節(jié)能目的。 　　關(guān)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(dòng)化是一個(gè)整體的概念,包括消防管理系統(tǒng)、交通控制系統(tǒng)、照明控制系統(tǒng)、通風(fēng)控制系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、攝像監(jiān)控系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)、電源及配電控制系統(tǒng)和交通自動(dòng)化等。而以中央計(jì)算機(jī)+隧道可編程序控制器（現(xiàn)場總線+PLC+手操屏），構(gòu)成的隧道自動(dòng)化系統(tǒng)既能完成隧道機(jī)電設(shè)備、隧道環(huán)境狀況監(jiān)控的功能,又可完成隧道信息管理的功能,其中的監(jiān)控部分采用了具有高可靠性的PLC組成的，基于現(xiàn)場總線的集散控制結(jié)構(gòu)的隧道可編程序控制器。使得整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性得到保證。同時(shí),PLC可以獨(dú)立工作,完成基本控制任務(wù);現(xiàn)場總線的采用將使各個(gè)區(qū)域的監(jiān)控任務(wù)變成相應(yīng)PLC的分散監(jiān)控任務(wù),使得隧道布線更加簡單、合理。PLC的靈活配置使得隧道監(jiān)控系統(tǒng)形成模塊結(jié)構(gòu),PLC系統(tǒng)可大可小,可根據(jù)現(xiàn)場要求進(jìn)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(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)為例介紹隧道可編程序控制器在實(shí)際中的開發(fā)和應(yīng)用。 　　2 系統(tǒng)要求　　 　　漳龍高速公路共有6個(gè)隧道，分別是萬松關(guān)隧道、風(fēng)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(gè)雙洞、長約2.6km的高速公路隧道,在雙洞單向行駛時(shí),設(shè)計(jì)車速為80km/h,當(dāng)單洞雙向行駛時(shí),設(shè)計(jì)車速為60km/h。為了達(dá)到上述要求,洞內(nèi)交通、照明和通風(fēng)均有相應(yīng)的要求,分別由所對應(yīng)機(jī)電設(shè)備的數(shù)量、功率、安裝位置來保證。由相應(yīng)的控制系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)對洞內(nèi)照明和通風(fēng)進(jìn)行優(yōu)化控制,以達(dá)到節(jié)能和安全行駛。如,由照明監(jiān)控系統(tǒng)保證洞內(nèi)照明,在白天,由洞口到洞內(nèi)的照度能夠較平緩地過渡等措施避免玄光和黑洞現(xiàn)象;由通風(fēng)控制系統(tǒng)保證洞內(nèi)CO濃度、能見度和洞內(nèi)風(fēng)速達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 　　 　　3 系統(tǒng)構(gòu)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(yè)標(biāo)準(zhǔn)JT/T 608-2004，此標(biāo)準(zhǔn)2005年1月1日實(shí)施，北京云星宇交通工程公司依此行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)了相應(yīng)的產(chǎn)品YXY-RTU。隧道可編程控制器PCT是現(xiàn)場總線+PLC+手操屏的集成產(chǎn)品，此產(chǎn)品充分利用了PLC的高穩(wěn)定性，現(xiàn)場總線的高效率，以及手操屏的現(xiàn)場靈活控制，實(shí)現(xiàn)了公路隧道的安全穩(wěn)定控制。 　　按照GB/T18567-2001的規(guī)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(jiān)控站內(nèi)和隧道洞內(nèi)的區(qū)域可編程控制器。 　　3.1.1隧道監(jiān)控站內(nèi)的可編成控制器是指： 　　a) 隧道監(jiān)控系統(tǒng)的中央節(jié)點(diǎn)，公路交通監(jiān)控子系統(tǒng)（隧道監(jiān)控）的節(jié)點(diǎn)端機(jī)。 　　b) 與公路監(jiān)控（分）中心遠(yuǎn)程通訊，執(zhí)行（分）中心上位機(jī)的動(dòng)作指令和本機(jī)的控制程序。 　　下圖是福建漳龍路隧道群的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，可以詮釋隧道區(qū)域控制器和監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)通信連接。數(shù)據(jù)上傳由主控本地控制器的以太網(wǎng)模塊通過數(shù)字光端機(jī)直接與監(jiān)控分中心連接，采用TCP/IP傳輸協(xié)議，使信息層數(shù)據(jù)共享。 圖3-1 隧道群數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò) 　　3.1.2隧道洞內(nèi)的區(qū)域可編程控制器是指： 　　a) 環(huán)網(wǎng)（或總線）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的隧道監(jiān)控子系統(tǒng)（區(qū)與監(jiān)控）的節(jié)點(diǎn)端機(jī)； 　　b) 通過光、電傳輸介質(zhì)的連接，執(zhí)行隧道站上位機(jī)的動(dòng)作指令和本機(jī)的控制程序。 圖3-2是漳龍路大龍頭隧道的光線環(huán)網(wǎng)拓?fù)鋱D 　　隧道的現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)選用OMRON公司的controller link工業(yè)級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)，具有高可靠性和穩(wěn)定性。采用4芯多模光纜，每個(gè)現(xiàn)場控制器通過Controller link光纖接口模塊連接構(gòu)成多模光纖冗余環(huán)結(jié)構(gòu)，其中2芯為備用，即環(huán)網(wǎng)上任何一點(diǎn)被截?cái)啵ㄐ艂鬏斠廊豢梢员３?，保證了現(xiàn)場總線避免外界干擾，傳輸通暢，并提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴? 　　特點(diǎn)： 　　1）網(wǎng)絡(luò)為對等網(wǎng)，任意節(jié)點(diǎn)故障不會(huì)影響干網(wǎng)運(yùn)行。 　　2）光纖自愈環(huán)網(wǎng)的通訊速度2Mbps。 　　3）光纖ST頭直接進(jìn)模塊，減少了中間環(huán)節(jié)，工作更可靠。 　　4）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間無須編程可以傳輸數(shù)據(jù)，便于今后檢修與維護(hù)。 　　 　　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(jiān)控任務(wù)分成以下幾個(gè)部分: 　　(1) 自動(dòng)時(shí)通過檢測交通、氣象等參數(shù)，根據(jù)運(yùn)算可得出交通狀況，采用相應(yīng)的控制方案。手動(dòng)時(shí)中央控制計(jì)算機(jī)或手操屏根據(jù)實(shí)際情況確定交通模式。 　　(2) 通過現(xiàn)場總線,將車流量信息、CO/VI/TW信息送到CS1,在中央控制計(jì)算機(jī)中,生成通風(fēng)工作狀態(tài)和照明工作狀態(tài)。 　　(3) 通風(fēng)PLC從現(xiàn)場總線讀取風(fēng)機(jī)組啟/?？刂埔?進(jìn)行風(fēng)機(jī)組的現(xiàn)場控制。 　　(4) 照明PLC,根據(jù)照度進(jìn)行洞內(nèi)照明的控制或控制中央控制室的定時(shí)控制指令來控制照明。 　　3.2漳龍路隧道群的系統(tǒng)構(gòu)成 　　本隧道群自動(dòng)化方案采用中央控制計(jì)算機(jī)+隧道可編程序控制器YXY-RTU,中央控制計(jì)算機(jī)由多臺(tái)互連的工業(yè)PC組成,構(gòu)成隧道信息中心，負(fù)責(zé)隧道各種信息的匯集和處理、控制指令的產(chǎn)生和發(fā)布、隧道模擬大屏幕的控制、各種報(bào)表的生成及緊急事故的處理等任務(wù),并進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。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(xiàn)場總線采用OMRON Controller Link,總控PLC為OMRON CS1-G-42H,現(xiàn)場PLC采用OMRON CS1-G-42H。數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)由數(shù)據(jù)上傳和現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)組成。 　　 　　4系統(tǒng)工作過程概述 　　光強(qiáng)檢測儀測得反映光照度的4～20mA形式電信號(hào),送到相應(yīng)的隧道可編程序控制器PCT。由該控制器控制相應(yīng)的照明開關(guān)(交流接觸器),使洞內(nèi)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(jié)定時(shí)控制方式。每個(gè)控制點(diǎn)具有回檢信號(hào)和報(bào)警信號(hào),PLC通過現(xiàn)場總線將照明系統(tǒng)的現(xiàn)場檢測結(jié)果返回到中央控制計(jì)算機(jī),進(jìn)行信息匯總、協(xié)調(diào),并顯示在隧道大屏幕上。 　　VI/CO/TW檢測儀以4～20mA形式電信號(hào),送到就近的隧道可編程序控制器,由現(xiàn)場總線返回到中央控制計(jì)算機(jī),由中央控制計(jì)算機(jī)根據(jù)這些參數(shù)斷定所開啟的風(fēng)機(jī)是否合適,進(jìn)行合適的增加、減少或不變,修正風(fēng)機(jī)控制規(guī)則表,同時(shí)將風(fēng)機(jī)控制指令發(fā)送到風(fēng)機(jī)控制器,在大屏幕中顯示洞內(nèi)環(huán)境信息。 　　車流量檢測線圈以串行碼信息的形式送入相應(yīng)的隧道可編程序控制器,由現(xiàn)場總線返回到中央控制計(jì)算機(jī),根據(jù)車流量決定風(fēng)機(jī)開啟組數(shù),經(jīng)現(xiàn)場總線下載到風(fēng)機(jī)控制器,對風(fēng)機(jī)組的啟/停進(jìn)行控制。風(fēng)機(jī)控制器同時(shí)檢測各個(gè)風(fēng)機(jī)的回檢信號(hào)和告警信號(hào),將它們返回到中央控制計(jì)算機(jī)斷定風(fēng)機(jī)的運(yùn)行是否正常,并在大屏幕中進(jìn)行顯示和整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。 　　5控制軟件的二次開發(fā) 　　PLC采用OMRON公司的CS1-G-42H系列產(chǎn)品，現(xiàn)場總線采用OMRON Controller Link現(xiàn)場總線,其軟件是對CX-PROGRAMMER控制組態(tài)軟件及通訊軟件的二次開發(fā),定義各個(gè)控制器的通訊地址,進(jìn)行有關(guān)信息的交換。各個(gè)控制器的直接控制和檢測軟件根據(jù)系統(tǒng)的硬件來實(shí)現(xiàn),可以用CX-PROGRAMMER的梯形圖或語句表等語言來設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。成功的OMRON CONTROLLER LINK現(xiàn)場總線，使所有編程工作變得比較簡單，大大縮短了開發(fā)和施工周期。 　　6小結(jié)　　 　　本系統(tǒng)由于采用了中央控制計(jì)算機(jī)+隧道可編程序控制器構(gòu)成的隧道自動(dòng)化控制方案,充分發(fā)揮了現(xiàn)場總線的靈活組態(tài)方式,使得整個(gè)系統(tǒng)的有用信息得到完全共享,便于系統(tǒng)集成和相關(guān)設(shè)備日常檢修。同時(shí)Controller Link的高速度數(shù)據(jù)通訊和光纖自愈環(huán)網(wǎng)所帶來的高可靠性,使得整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)十分適合隧道自動(dòng)化系統(tǒng);增加整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力,縮短外部信號(hào)的引線長度和控制信號(hào)電纜長度,減少接線端子。這種監(jiān)控方式較好地發(fā)揮了工業(yè)PC和PLC的各自優(yōu)勢,充分利用了工業(yè)PC在信息管理和處理上的強(qiáng)大能力及PLC在現(xiàn)場控制中的靈活性。 　　[參考文獻(xiàn)] 　　[1]　張利兵.中國交通信息產(chǎn)業(yè),2004.12,PP110～111 　　[2]　胡劍波. PLC在隧道自動(dòng)化中的應(yīng)用. 工業(yè)儀表與自動(dòng)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(chǎn)品開發(fā)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(chǎn)品開發(fā)部，工作電話：010-60246342-28 　　幺進(jìn)祥，北京云星宇交通工程有限公司產(chǎn)品開發(fā)部