摘 要 本文介绍隧道可编程序控制器（Programmable controller of tunnel）在福建漳州至龙岩高速公路隧道群自动化中的应用,采用隧道可编程序控制器PCT+中央控制计算机的集成方案,对隧道机电设备进行分散控制、集中管理,同时对洞内、外环境和机电设备进行监测,既满足高速公路隧道对洞内交通、照明和通风的控制要求,又达到整个系统的协调和节能目的。
关键词 隧道可编程序控制器，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
隧道自动化是一个整体的概念,包括消防管理系统、交通控制系统、照明控制系统、通风控制系统、报警系统、摄像监控系统、信息管理系统、电源及配电控制系统和交通自动化等。而以中央计算机+隧道可编程序控制器（现场总线+PLC+手操屏），构成的隧道自动化系统既能完成隧道机电设备、隧道环境状况监控的功能,又可完成隧道信息管理的功能,其中的监控部分采用了具有高可靠性的PLC组成的，基于现场总线的集散控制结构的隧道可编程序控制器。使得整个自动化系统的可靠性得到保证。同时,PLC可以独立工作,完成基本控制任务;现场总线的采用将使各个区域的监控任务变成相应PLC的分散监控任务,使得隧道布线更加简单、合理。PLC的灵活配置使得隧道监控系统形成模块结构,PLC系统可大可小,可根据现场要求进行合理分布。下面就福建漳州至龙岩高速公路大龙头为主的隧道群交通、照明及通风监控系统为例介绍隧道可编程序控制器在实际中的开发和应用。
2 系统要求
漳龙高速公路共有6个隧道，分别是万松关隧道、风霜岭隧道、大龙头隧道、后眷隧道、南靖隧道，石崆门隧道（不属于本次施工范围），大龙头隧道是一个双洞、长约2.6km的高速公路隧道,在双洞单向行驶时,设计车速为80km/h,当单洞双向行驶时,设计车速为60km/h。为了达到上述要求,洞内交通、照明和通风均有相应的要求,分别由所对应机电设备的数量、功率、安装位置来保证。由相应的控制系统、监测系统对洞内照明和通风进行优化控制,以达到节能和安全行驶。如,由照明监控系统保证洞内照明,在白天,由洞口到洞内的照度能够较平缓地过渡等措施避免玄光和黑洞现象;由通风控制系统保证洞内CO浓度、能见度和洞内风速达到设计要求。
3 系统构成
3.1道可编程控制器介绍
隧道可编程控制器遵循中华人民共和国交通行业标准JT/T 608-2004，此标准2005年1月1日实施，北京云星宇交通工程公司依此行业标准研发了相应的产品YXY-RTU。隧道可编程控制器PCT是现场总线+PLC+手操屏的集成产品，此产品充分利用了PLC的高稳定性，现场总线的高效率，以及手操屏的现场灵活控制，实现了公路隧道的安全稳定控制。
按照GB/T18567-2001的规定，隧道可编程控制器按照其安装位置的不同可分为隧道监控站内和隧道洞内的区域可编程控制器。
3.1.1隧道监控站内的可编成控制器是指：
a) 隧道监控系统的中央节点，公路交通监控子系统（隧道监控）的节点端机。
b) 与公路监控（分）中心远程通讯，执行（分）中心上位机的动作指令和本机的控制程序。
下图是福建漳龙路隧道群的数据传输网络，可以诠释隧道区域控制器和监控中心的网络通信连接。数据上传由主控本地控制器的以太网模块通过数字光端机直接与监控分中心连接，采用TCP/IP传输协议，使信息层数据共享。
图3-1 隧道群数据传输网络
3.1.2隧道洞内的区域可编程控制器是指：
a) 环网（或总线）拓扑结构的隧道监控子系统（区与监控）的节点端机；
b) 通过光、电传输介质的连接，执行隧道站上位机的动作指令和本机的控制程序。
图3-2是漳龙路大龙头隧道的光线环网拓扑图
隧道的现场控制网络选用OMRON公司的controller link工业级控制网络，具有高可靠性和稳定性。采用4芯多模光缆，每个现场控制器通过Controller link光纤接口模块连接构成多模光纤冗余环结构，其中2芯为备用，即环网上任何一点被截断，通信传输依然可以保持，保证了现场总线避免外界干扰，传输通畅，并提高了数据传输的可靠性。
特点：
1）网络为对等网，任意节点故障不会影响干网运行。
2）光纤自愈环网的通讯速度2Mbps。
3）光纤ST头直接进模块，减少了中间环节，工作更可靠。
4）网络节点之间无须编程可以传输数据，便于今后检修与维护。
3.1.3隧道可编程序控制器PCT的功能
隧道可编程序控制器PCT的监控任务分成以下几个部分:
(1) 自动时通过检测交通、气象等参数，根据运算可得出交通状况，采用相应的控制方案。手动时中央控制计算机或手操屏根据实际情况确定交通模式。
(2) 通过现场总线,将车流量信息、CO/VI/TW信息送到CS1,在中央控制计算机中,生成通风工作状态和照明工作状态。
(3) 通风PLC从现场总线读取风机组启/停控制要求,进行风机组的现场控制。
(4) 照明PLC,根据照度进行洞内照明的控制或控制中央控制室的定时控制指令来控制照明。
3.2漳龙路隧道群的系统构成
本隧道群自动化方案采用中央控制计算机+隧道可编程序控制器YXY-RTU,中央控制计算机由多台互连的工业PC组成,构成隧道信息中心，负责隧道各种信息的汇集和处理、控制指令的产生和发布、隧道模拟大屏幕的控制、各种报表的生成及紧急事故的处理等任务,并进行整个系统的协调。隧道可编程序控制器采用北京云星宇交通工程公司的YXY-RTU,隧道可编程序控制器中，现场总线采用OMRON Controller Link,总控PLC为OMRON CS1-G-42H,现场PLC采用OMRON CS1-G-42H。数据传输网络由数据上传和现场控制网络组成。
4系统工作过程概述
光强检测仪测得反映光照度的4～20mA形式电信号,送到相应的隧道可编程序控制器PCT。由该控制器控制相应的照明开关(交流接触器),使洞内照度与洞外照度得到比较平缓的过渡。照明控制也可以采用按季节定时控制方式。每个控制点具有回检信号和报警信号,PLC通过现场总线将照明系统的现场检测结果返回到中央控制计算机,进行信息汇总、协调,并显示在隧道大屏幕上。
VI/CO/TW检测仪以4～20mA形式电信号,送到就近的隧道可编程序控制器,由现场总线返回到中央控制计算机,由中央控制计算机根据这些参数断定所开启的风机是否合适,进行合适的增加、减少或不变,修正风机控制规则表,同时将风机控制指令发送到风机控制器,在大屏幕中显示洞内环境信息。
车流量检测线圈以串行码信息的形式送入相应的隧道可编程序控制器,由现场总线返回到中央控制计算机,根据车流量决定风机开启组数,经现场总线下载到风机控制器,对风机组的启/停进行控制。风机控制器同时检测各个风机的回检信号和告警信号,将它们返回到中央控制计算机断定风机的运行是否正常,并在大屏幕中进行显示和整个通风系统的协调。
5控制软件的二次开发
PLC采用OMRON公司的CS1-G-42H系列产品，现场总线采用OMRON Controller Link现场总线,其软件是对CX-PROGRAMMER控制组态软件及通讯软件的二次开发,定义各个控制器的通讯地址,进行有关信息的交换。各个控制器的直接控制和检测软件根据系统的硬件来实现,可以用CX-PROGRAMMER的梯形图或语句表等语言来设计和实现。成功的OMRON CONTROLLER LINK现场总线，使所有编程工作变得比较简单，大大缩短了开发和施工周期。
6小结
本系统由于采用了中央控制计算机+隧道可编程序控制器构成的隧道自动化控制方案,充分发挥了现场总线的灵活组态方式,使得整个系统的有用信息得到完全共享,便于系统集成和相关设备日常检修。同时Controller Link的高速度数据通讯和光纤自愈环网所带来的高可靠性,使得整个监控系统十分适合隧道自动化系统;增加整个系统的抗干扰能力,缩短外部信号的引线长度和控制信号电缆长度,减少接线端子。这种监控方式较好地发挥了工业PC和PLC的各自优势,充分利用了工业PC在信息管理和处理上的强大能力及PLC在现场控制中的灵活性。
[参考文献]
[1] 张利兵.中国交通信息产业,2004.12,PP110～111
[2] 胡剑波. PLC在隧道自动化中的应用. 工业仪表与自动化装置,2002.2,PP35～38
作者资料
张利兵，北京云星宇交通工程有限公司产品开发部，工作电话：010-60246342-29，电子邮件：zhlbing@sohu.com
赵永忠，北京云星宇交通工程有限公司产品开发部，工作电话：010-60246342-28
幺进祥，北京云星宇交通工程有限公司产品开发部
