1、.：.；高速公路隧道電子監控系統運用分析關鍵詞：隧道監控PLC 工控機摘要：本文主要引見了高速公路隧道電子監控系統的構成，并結合實踐運用給出了短隧道和長隧道的詳細監控方案，對系統的實踐運轉效果進展了分析以及討論了未來的開展方向。前言隨著經濟建立的開展，高速公路在國民經濟中所起的作用越來越大，到2007年底，高速公路的通車里程到達了5.3萬公里。高速公路道路監控系統為高速公路暢通運轉提供了有效的保證，而高速公路隧道歷來是高速公路道路監控的重中之重。福建省是典型的丘陵地帶，隧道多、橋梁多是福建高速公路建立的特點，如何根據實踐情況設計一套符合本地隧道特點的電子監控系統是工程建立中的關鍵。系統構成隧道

2、電子監控系統分為三級，隧道本地控制器、隧道監控室、分中心監控室。隧道本地控制器內置根本的照明、通風運轉方式，在沒有上級控制干涉下可以自動運轉；隧道監控室裝有工控機，經過網絡與一切隧道本地控制器相連，采集隧道本地控制器的信息和外場設備的信息，根據事先設定好的運轉方式自動運轉，在隧道發生應急事件的情況下，可根據上級下達命令或者本地手動控制，執行預制的各種應急預案；分中心監控室監控機經過網絡與隧道監控室相連，匯總一切隧道的設備信息，并進展分析，在必要時可經過監控員手段切換隧道本地的運轉方式。隧道電子監控系統按照各個子系統分為照明子系統、通風子系統、火災報警子系統、交通控制子系統、電力子系統。每個子系

3、統既要能獨立運轉，又要能和別的子系統聯動運轉。照明子系統的功能是控制隧道內的照明，盡量減小由于隧道內外亮度反差引起的“黑洞效應和“白洞效應對駕駛員呵斥的影響。照明回路都是由開關量來控制的，隧道洞內外的光強儀和照度儀所輸出的是模擬量，隧道本地控制器需根據洞內外的光強照度儀所丈量出來的結果來調整隧道內的照明回路，PLC配置模擬量采集模塊和I/O控制模塊即可很好的完成對照明子系統的監控，同時在內置多種根本的時序方式，再結合面板上的觸摸屏，可以實如今與上位機通訊中斷情況下隧道本地的獨立運轉和手動控制。通風子系統的功能主要是監控隧道內的行車環境，在隧道內CO濃度過大或者發生火災時開啟風機排出廢氣。隧道內

4、風機系統與CO/VI檢測器和風速風向儀聯動控制，當CO/VI檢測超標時，自動開啟風機，風機的方向由風向儀測出的風向控制。PLC配置模擬量采集模塊采集CO/VI檢測器和風速風向儀的值，配置I/O模塊控制風機繼電器，再加上手動控制方式，可以實現本地對立運轉。火災報警子系統是一套獨立的系統，火災檢測點遍及整個隧道，一致由火災報警主機采集，然后經過串口通訊協議發送給上位機。由于發生火災時，需求啟動應急預案，應急預案的啟動需求監控員手動控制，因此火災報警子系統的監控由隧道監控室的工控機擔任，監控機在接到火災報警信號后，上傳分中心監控室，由監控員下達應急預案，然后聯動隧道內各子系統運轉。交通控制子系統擔任

5、交通數據采集和通行誘導，涉及的設備有車檢器、車道控制器、交通訊號燈、可變情報板、隧道橫洞卷簾門等，其中車檢器和可變情報板經過網絡通訊進展監控，由隧道管理站工控機擔任；車道控制器、交通訊號燈等經過開關量控制的設備那么由就近的PLC擔任采集和控制。電力子系統擔任監測隧道內電力設備的運轉參數，并可對中壓斷路器、手車等進展手動遠程控制。配電箱內電表由本地PLC的模擬量采集模塊采集，中壓設備為獨立設備，斷路器、手車等由PLC的I/O模塊控制，運轉參數經過PLC上傳隧道監控室，由工控機解析并匯總。 運用實例工程概略邵三高速公路起點位于閩贛交界處邵武沙塘隘，終點接三福高速公路的際口互通。南平市境設有朱洋隧道

6、，上村隧道；三明市境設有馬仔嶺隧道，麻嶺隧道，宅上隧道，紅牙山隧道，玉華隧道，路口隧道，雪峰山1號隧道，梨樹隧道等大、特大隧道。邵三高速不但隧道多，而且中長隧道占多數，特別是如何對長達4公里的雪峰山隧道進展監控是邵三高速隧道電子監控系統要處理的主要問題。以往閱歷福建省第一條高速公路泉廈高速就已將隧道電子監控系統列為建立的內容之一。泉廈高速公路交通監控系統包含有公路沿線9臺車輛檢測器、2套可變情報板、2套霧檢測器、2個監控分中心的計算機管理系統、2套地圖屏和監視墻和一個大坪山隧 道1080米的隧道監控設備。隧道內安裝有照明系統、消防系統、通風系統和隧道監控系統。大坪山隧道電子監控系統為福建省隧道

7、電子監控系統開了先河，打下了很好的根底。隨后建立的羅寧、羅長和福寧高速均大規模采用隧道電子監控系統，福寧高速整個隧道監控系統采用PLC作為本地控制器，對照明系統、通風系統、火災報警系統、車檢器和情報板等進展監控。福銀高速一期原京福高速一期隧道電子監控系統在前期高速公路建立根底上結合國內高速公路隧道監控的開展趨勢，參與了對電力設備的監控，包括接觸器、空開、電表、中壓設備等。在本地控制器的選型上放棄了福寧高速采用的PLC，改用上海南自消費的RTU。在后來的實踐運用中證明，這種以RTU作為本地控制器的隧道電子監控系統并不能滿足高速公路運用的要求，高速公路隧道電子監控系統有其本身的特點，不能完全照搬電

8、力監控系統的設計方案。邵三高速作為福銀高速二期建立工程，總結了以往高速公路建立的閱歷和教訓，繼續沿用福寧高速的設計思緒并加以改良。在隧道監控上采用隧道管理站與PLC本地控制器相結合的方式。短隧道監控對于本路段小于1000M的短隧道，路口隧道、雙溪口隧道、曹溪隧道、龍峰溪隧道等18個隧道。均在隧道內信息采集點放置西門子S7-200PLC做為測控單元，S7-200配置EM223、EM221、EM231等IO量模塊，采集各個智能控制單元的遙信數據、遙丈量、配置智能電能表采集各遙測數據并與S7-200通訊，完成通風、照明等低壓系統的遙信、遙測、遙控功能。車道控制標志、交通訊號燈等監控設備就近接入S7-

9、200PLC站完成其控制。每個S7-200PLC配一個EM243-1以太網模塊，再經過傳輸光端機組成光纖星形網絡。并在每個隧道左洞入口配電柜內的PLC主站裝一個液晶觸摸HMI，使本PLC區域主站兼有通訊集中器功能。短隧道PLC具有采集各個設備供配電、照明的運轉形狀，控制各個設備的運轉的功能：1、正確的采集現場的各個設備運轉形狀；2、能正確按照指定的操作指令控制現場設備的運轉；3、內置多種時序控制方式，無需人為控制即可按照事先設定好的方式正確運轉；4、在文本顯示器上配置運轉參數修正界面和設備單點控制界面，可供用戶在現場進展手動修正和控制。短隧道由于沒有安裝光強檢測器控制方式所以采用時序控制方式，

10、時序控制方式設定如下：全日燈：任務時間624小時，共18小時，在06時，全日燈開一半；加強燈I：任務時間1014小時，共4小時；加強燈II：任務時間915小時，共8小時；加強燈III：任務時間816時，共8小時；加強燈IV：任務時間618小時，共12小時。不論是主站還是從站都設置有時序方式，這樣可以保證在隧道內網絡中斷的情況下，每個PLC仍能按事先設定好的時序任務。長隧道監控對于本段在2000M以上的專長隧道，上村隧道、福匡隧道、雪峰山I隧道等3個隧道。采用西門子S7-300PLC做為隧道區域主站其中雪峰山I隧道用2套S7-300主站。在隧道內各安裝S7-200信息采集點根據實踐配置做為隧道區

11、域從站。每個S7-200PLC配置EM223、EM221、EM231等IO量模塊，采集各個智能控制單元的遙信數據、遙丈量，配置智能電能表和采集各遙測數據并與S7-200通訊，完成通風、照明等低壓系統的遙信、遙測、遙控功能。在CO/VI檢測器、風速風向檢測器、光強檢測器、車道控制標志、交通訊號燈等機電設備就近接入S7-200PLC站完成其控制。每個S7-200從站經過CP243-1再由數據光端機轉成光纖信號、S7-300主站及隧道機房任務站組成工業以太光纖環網。隧道任務站經隧道機房交換機到監控分中心。各低壓回路的操作電源取自UPS，確保不延續要求。對于本段在1000M到2000M之間的長隧道，玉

12、華隧道、朱洋隧道、紅牙山隧道、馬仔嶺隧道等，每個隧道旁有監控機房，監控機房內配置一臺研華IPC任務站，在隧道內信息采集點放置S7-200做為測控單元，S7-200配置EM223、EM221、EM231等IO量模塊，采集各個智能控制單元的遙信數據、遙丈量、配置智能電能表和風機維護單元采集各遙測數據并與S7-200通訊，完成通風、照明等低壓系統的遙信、遙測、遙控功能。CO/VI檢測器、風速風向檢測器、光強檢測器、車道控制標志、交通訊號燈等監控設備就近接入S7-200PLC站完成其控制。每個S7-200PLC配一個EM243-1以太網模塊，再經過數據光端機與隧道機房任務站組成光纖環網，隧道任務站再經

13、過傳輸光端機到監控分中心。長隧道的設備較短隧道復雜，各個子系統除了各自可以獨立運轉之外，在一些外部條件的觸發下還能進展聯動運轉，比如隧道發生火災的情況下。因此長隧道的PLC程序功能要比短隧道PLC功能復雜。長隧道主站PLC要起到數據橋梁聯動控制造用：主站PLC可以正確的與各個從站PLC進展數據通訊。長隧道工控機可以經過opc效力器接口采集主控PLC的數據到長隧道數據庫里。；主站程序具有根本邏輯判別才干，能根據現場設備的實踐運轉情況和隧道環境情況進展聯動控制。長隧道從站PLC的主要功能是采集各個設備的運轉形狀，控制各個設備的運轉：從站PLC應該正確的采集現場的各個設備運轉形狀；從站PLC能正確按

14、照指定的操作指令控制現場設備的運轉；從站PLC應該可以記錄關鍵設備的運轉時間開啟時間，封鎖時間，延續運轉總時間等；在文本顯示器上配置運轉參數修正界面和設備單點控制界面，可供用戶在現場進展手動修正和控制。長隧道交通控制設備包括：車輛檢測器、懸臂式可變情況標志。這些設備的10/100M口沒有以太網口的設備采用轉換器經過數據光端機傳輸到就近的通訊站，經過通訊系統的10/100M口傳輸到分中心，假設有1個以上的監控外場備傳輸到同一個通訊站，那么運用交換機集中后再上傳。一切隧道附近外場設備均經過數據光端機傳到隧道通訊站至監控分中心。實踐運用分析在邵三高速隧道電子監控系統初步建成后，系統投入了實踐運轉。在

15、實踐運轉中，我們發現，雖然系統是按照標書設計要求完成了，但在實踐運營管理中有些做法還是值得商榷。 在隧道監控方案中要求，長隧道照明子系統應能根據時序和照度兩套控制方式運轉。但在實踐運營中發現，假設啟用照度控制方式的話，在晴天的情況下，白天隧道內的照明燈組需求全開，這樣會呵斥用電量的直線上升，才開通幾天，電表上的數值曾經讓業主方連連搖頭。在業主的要求下，我們將PLC內置的照度方式屏蔽，改用單一時序方式運轉，根據隧道內的照明情況，業主可以手動添加照明燈組。這樣既能保證隧道內的照明，又能節約能源，降低運營本錢。 高速公路隧道監控系統以往監控的重點是交通控制設備，如車檢器、情報板等，對電力子系統的監控

16、也是這幾年流行起來的。在設計時參照了電力系統的監控方案，引入了電力系統中的遙信、遙測、遙控的監控理念，采集了大量的低壓中壓的運轉參數。在實踐運營中發現，面對大量紛繁雜亂的電力子系統數據，監控員有種無從下手的覺得，不知道哪些參數是有用的，哪些參數是無用的。這些數據量的采集既占用了PLC有限的模擬量采集點，上傳到分中心數據庫后又占用了大量的存儲空間。由此可見，高速公路隧道監控系統和電力行業的監控系統偏重點不同，不能照搬電力行業那一套，如何根據高速公路本身行業特點來量身制定電力子系統的數據采集規范是未來設計方案時必需仔細思索的一個問題。 針對隧道內發生的各種應急事件，監控系統內部預制了多種應急預案，這些預案只是局限于高速公路監控范圍內的設備聯動控制，而對于其他系統那么沒有相應的聯動措施。實踐上，高速公路隧道內假設發生火災，需求聯動的不只是監控系統，還要和路政系統、養護系統、收費系統，甚至包括高速系統外的消防、交警系統聯動，這些都不是光靠一個監控系統就能實現的。