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高速公路隧道监控系统的PLC应用分析
技术分类:软件与信息集成 作者:孙小明,山西省交通信息通信公司机电工程部 发表时间:2008-04-27
能、自动诊断功能和本地操作功能(即能带触摸屏)。
  必须综合考虑整个监控系统的性能要求和自然条件以及运营周期对设备的要求进行选择,尤其在极端气候和恶劣环境状况条件下以及长、特长隧道的时候,需要选择性能更好的双机热备冗余的PLC。如Schneider的Quantum系列、Rockwell的ControlLogix、Omron的CS1D系列、Siemens的S7-417系列。
  在一般的环境状态以及中长隧道的时候,多采用标准的机型作为现场控制器,如Schneider的Quantum140系列、Rockwell的ControlLogix、Omron的CS1系列、Siemens的S7-400系列等;他们都支持工业以太网和多种现场总线,控制方式采用远程带CPU的智能分布式结构,系统开放性和兼容性强,丰富的I/O及高功能模块,完全满足隧道监控系统对信号处理的要求。 

  应用案例
  下面以山西晋城至阳城高速公路隧道为例,具体说明隧道监控系统的实际应用。
  案例:牛王山隧道监控
  晋城至阳城段高速公路,设计范围36.029公里。其中高速公路长27.47公里,封闭二级公路长8.5598公里。
道路起点接长晋高速公路,终点与阳城市区道路相接。本路全线有隧道4座,包括五佛山隧道(514m),牛王山隧道(1880m、1860m),天坛山隧道(1008m),管道岭隧道(1300m)。本监控方案主要就牛王山隧道机电监控系统的进行说明。
  牛王山隧道监控系统中,包括8套本地控制器,其中一套主控本地控制器置于牛王山隧道变电所内,其余的本地控制器分散布置在牛王山隧道上下行的各个位置,所有本地控制器通过100Mbps速率的以太网形成光纤冗余环网。光纤环网使得环路上任意两个区域控制器间通信有两条物理链路,这样即使某处光纤出现断裂故障,系统仍可以自动寻找到反方向的通信链路继续维持通信,既增加了通信可靠性,又提供了在线不停机检修通信的功能。牛王山隧道变电所内的主控本地控制器也通过100Mbps速率的光纤以太网与监控通信中心相连,保证了监控数据和指令的实时海量数据传输。
  CS1D系列(见图1)PLC作为主控制器,CS1D系列PLC具有双CPU模块,双电源模块,支持热插拔,极大的提高了主控制器的可靠性,使得整个系统可以实现不停机检修功能。在隧道内的7台本地控制器我们选用OMRON的CS1系列(见图2)PLC,它具有高速信息交换能力和良好控制功能,CS1系列PLC作为隧道内的区域控制器。在每台PLC上安装有RS-485/RS422或RS-232通讯端口,以便与多参数智能变送器、限速控制器、可变情报板显示控制器等仪表控制设备相连,串行通信的数据协议是随着制造商和设备而变的。协议的差别,使得不同厂商生产的设备间的通信非常困难,即使它们的电气标准相同,OMRON通过易于建立的用于匹配所连接的设备的协议的协议宏功能解决了这个问题,协议宏使得开发方不需要编写专门的通信程序与第三方设备进行通信,在本控制系统中用于控制照明、通风、电力、交通等设备的各个区域控制器均采用独立的控制程序。控制室两台中央计算机则通过Ethernet与上级控制中心联系。


  改进与发展
  当时我国隧道监控系统的设计和实施正处于一个成长的时期,系统的需求、设计、结构以及系统的控制仍然存在不完善的地方,同时技术的发展也给监控系统的改进创造了条件和基础,也使建设合理的隧道监控系统成为可能。
  从系统的需求来看,一方面要兼顾系统的稳定、可靠与可控,也要反映系统的先进、经济与可扩展,同时也要使操作便捷与维护方便;另一方面,针对不同的交通条件和功能要求确定系统的规模和冗余度的大小,确定系统的合理集成方式、系统网络的构成与拓扑结构形式以力求系统的可靠性、稳定性、先进性与经济性的有机结合;从系统的设计来看,除考虑系统的规模和设计方法外,也要考虑新技术的应用,使整个系统既先进又实用;从系统的控制来看,当前我国公路监控普遍存在着只监不控,或监强控弱的现象,交通信息、环境信息得不到很好利用,对于隧道控制,要针对不同现象,采用不同的控制方法。
  今后我国的隧道监控系统的发展是,在原有基础上,按照监测与控制适当分离、最大限度的集中监测、灵活机动的现场控制的总体思想,逐步改进,使得隧道监控系统的建设更趋合理。

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