隧道自動化是一個整體的概念，包括消防管理系統(tǒng)、交通控制系統(tǒng)、照明控制系統(tǒng)、通風控制系統(tǒng)、報警系統(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)和交通自動化等。而以中央計算機+隧道可編程序控制器(現(xiàn)場總線+PLC+手操屏)，構成的隧道自動化系統(tǒng)既能完成隧道機電設備、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構的隧道可編程序控制器。使得整個自動化系統(tǒng)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(xiàn)場總線的采用將使各個區(qū)域的監(jiān)控任務變成相應PLC的分散監(jiān)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(jiān)控系統(tǒng)形成模塊結構，PLC系統(tǒng)可大可小，可根據(jù)現(xiàn)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(jiān)控系統(tǒng)為例介紹隧道可編程序控制器在實際中的開發(fā)和應用。

　　2 系統(tǒng)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(shù)量、功率、安裝位置來保證。由相應的控制系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)對洞內照明和通風進行優(yōu)化控制，以達到節(jié)能和安全行駛。如，由照明監(jiān)控系統(tǒng)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(xiàn)象;由通風控制系統(tǒng)保證洞內CO濃度、能見度和洞內風速達到設計要求。

　　3 系統(tǒng)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(yè)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(yè)標準研發(fā)了相應的產(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)控站內和隧道洞內的區(qū)域可編程控制器。

　　3.1.1隧道監(jiān)控站內的可編成控制器是指：

　　a) 隧道監(jiān)控系統(tǒng)的中央節(jié)點，公路交通監(jiān)控子系統(tǒng)(隧道監(jiān)控)的節(jié)點端機。

　　b) 與公路監(jiān)控(分)中心遠程通訊，執(zhí)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(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡，可以詮釋隧道區(qū)域控制器和監(jiān)控中心的網(wǎng)絡通信連接。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

　　3.1.2隧道洞內的區(qū)域可編程控制器是指：

　　a) 環(huán)網(wǎng)(或總線)拓撲結構的隧道監(jiān)控子系統(tǒng)(區(qū)與監(jiān)控)的節(jié)點端機;

　　b) 通過光、電傳輸介質的連接，執(zhí)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(huán)網(wǎng)拓撲圖

　　隧道的現(xiàn)場控制網(wǎng)絡選用OMRON公司的controller link工業(yè)級控制網(wǎng)絡，具有高可靠性和穩(wěn)定性。采用4芯多模光纜，每個現(xiàn)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(huán)結構，其中2芯為備用，即環(huán)網(wǎng)上任何一點被截斷，通信傳輸依然可以保持，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?/p>

特點：

　　1)網(wǎng)絡為對等網(wǎng)，任意節(jié)點故障不會影響干網(wǎng)運行。

　　2)光纖自愈環(huán)網(wǎng)的通訊速度2Mbps。

　　3)光纖ST頭直接進模塊，減少了中間環(huán)節(jié)，工作更可靠。

　　4)網(wǎng)絡節(jié)點之間無須編程可以傳輸數(shù)據(jù)，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(jiān)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(shù)，根據(jù)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(jù)實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，在中央控制計算機中，生成通風工作狀態(tài)和照明工作狀態(tài)。

　　(3) 通風PLC從現(xiàn)場總線讀取風機組啟/停控制要求，進行風機組的現(xiàn)場控制。

　　(4) 照明PLC，根據(jù)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(tǒng)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(yè)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(chǎn)生和發(fā)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(tǒng)的協(xié)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(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)絡由數(shù)據(jù)上傳和現(xiàn)場控制網(wǎng)絡組成。

　　4系統(tǒng)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(jié)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(xiàn)場總線將照明系統(tǒng)的現(xiàn)場檢測結果返回到中央控制計算機，進行信息匯總、協(xié)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(xiàn)場總線返回到中央控制計算機，由中央控制計算機根據(jù)這些參數(shù)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(guī)則表，同時將風機控制指令發(fā)送到風機控制器，在大屏幕中顯示洞內環(huán)境信息。

　　車流量檢測線圈以串行碼信息的形式送入相應的隧道可編程序控制器，由現(xiàn)場總線返回到中央控制計算機，根據(jù)車流量決定風機開啟組數(shù)，經(jīng)現(xiàn)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(tǒng)的協(xié)調。

　　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(jù)系統(tǒng)的硬件來實現(xiàn)，可以用CX-PROGRAMMER的梯形圖或語句表等語言來設計和實現(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

　　本系統(tǒng)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(fā)揮了現(xiàn)場總線的靈活組態(tài)方式，使得整個系統(tǒng)的有用信息得到完全共享，便于系統(tǒng)集成和相關設備日常檢修。同時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，使得整個監(jiān)控系統(tǒng)十分適合隧道自動化系統(tǒng);增加整個系統(tǒng)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(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大能力及PLC在現(xiàn)場控制中的靈活性。