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【摘要】隧道环境复杂，如何采用实时快速、稳定可靠的监控模式是非常重要的，可编程控制器（简称“PLC”）因其组网方便、可靠性高、易于维护、适应于工业环境下工作等特点在隧道监控中发挥了极其重要的作用。
【关键词】隧道；可编程控制器；PLC
1. PLC的优点
公路隧道是公路上易于诱发交通意外的特殊路段，为保障隧道能正常、安全的通行，根据隧道长度、车流量划分隧道的监控等级，然后根据监控等级一般在中、长或特长隧道内会设有交通诱导、交通检测、环境检测、通风照明、火灾报警等设备，设备复杂品种较多，因此对隧道内的机电设施如何进行有效控制来提高管理以及达到最好的经济效益是公路运营管理部门最关注的问题。PLC因其具有可靠性高、抗干扰能力强、通用性强、编程简单、控制程序可变、容易掌握、维护方便以及灵活的控制方式在隧道交通方面得到了越来越广泛的运用。
2. PLC的构成
（1）PLC主要由CPU（中央处理器“Central Processing Unit”的缩写）模块、输入/输出（I/O）模块、电源模块、通信模块等组成。
（2）CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，相当于人的大脑，它接收并存贮用户程序和数据，通过扫描的方式采集由外场机电设施送来的状态或数据并存储，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态以及编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中读取指令，通过分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去控制相关设备。
（3）输入/输出（I/O）模块，用于接收和采集外场机电设施的信号，然后通过CPU进行处理，最后由输出模块给外场机电设施发出控制指令。输入/输出（I/O）模块主要有开关量输入/开关量输出（DI/DO）模块、模拟量输入/开关量输出（AI/AO）模块等组成。
（4）开关量是指只有开和关（1或0）两种状态的信号，如隧道洞口的交通信号灯红、绿、黄的三种显示状态，隧道内的车道控制标志直行（“↑”）、左转（“←”）、禁止通行（“×”）的显示状态，照明系统的基本照明、加强照明、应急照明等；风机的正转、反转、停止等；横洞卷帘门的上升、下降、停止等。
（5）模拟量是指连续变化的量。如隧道光强度检测器、一氧化碳/能见度（CO/VI）检测仪、风速风向检测仪等实时检测的数据信息。
（6）电源模块主要是为PLC各模块提供工作电源，它是PLC能否正常工作的关键，工作电源一般有交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（24VAC）。PLC除了以上模块之外，还有通信模块，大部分都带有RS232/RS485低速率接口，方便隧道内的电光诱导标、火灾报警控制器、可变信息标志等设备与PLC进行通信，发送实时工作状态信息，并接收PLC及上一级的控制指令。
3. PLC的应用
（1）隧道监控模式主要分为两种，一种是集散式控制模式，适用于短隧道；一种是现场总线控制模式，适用于长隧道。前者布线复杂，不易维护，后者施工方便，且可靠性较高；目前运用较多的主要还是现场总线控制模式，如欧姆龙采用的Controller Link，施耐德采用的Modbus，以及现在运用较为广泛的Ethernet工业以太网。
（2）隧道机电监控网络由设在远端的监控中心和隧道内（包括洞口变电所）的区域控制器（PLC）以及相关的通信线路组成。监控中心操作人员可通过网络远程监视和指挥隧道内和道路的运营情况。通常在隧道变电所内各设一台区域控制器作为主控PLC，隧道每隔一定的距离设置一台区域PLC。其中，主控PLC作为现场总线结构主站，不但监控相关机电设备，而且还传递其他区域控制器的数据，负责与现场监控工作站交换数据；区域PLC用于与现场监控机电设备进行通信，以及与相邻的PLC之间连接成环，进行通信。
（3）整个隧道区段的PLC组成光纤自愈环网，在特长隧道监控中，机电设备较多，PLC光纤环网节点较多，往往会在隧道环网上设立两台主控PLC，这样区域PLC环网通过变电所的两台主控PLC与监控中心通信，两台主控PLC共有两条以太网链路与监控中心相连，互为备份，从而大大增加了监控中心与PLC网络间的通信可靠性。
（4）隧道交通诱导设备（如可变情报板、车道控制标志等）、交通检测设备（如车辆检测器）、环境检测设备（如CO/VI检测仪、风速风向检测仪、光强度检测器等）、通风设备、照明设备、火灾报警等设备统一由隧道PLC联网来实现全程控制。各隧道PLC对现场各机电设施进行实时信息采集，然后将采集的信息上传至监控中心，各设备之间实现信息联网，通过软件编程按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁动作控制，同时PLC按所设定的程序以及监控中心的指令对现场机电设备进行相应的动作。隧道交通控制有远程控制、现场本地控制两种情况，远程控制还分自动控制、人工控制；正常情况下，监控室计算机系统通过所设定的程序对现场设备进行自动控制，特殊情况下或紧急情况时采用人工远程控制。当现场与监控中心中断时，PLC还可对隧道机电设施进行现场本地控制，同时存储实时采集的数据信息，隧道监控系统因此不受通信中断的影响而能继续正常的运行。
（5）可以说隧道监控的综合控制器是整个隧道监控的关键所在。综合控制器品质的好坏和是否可靠，将直接影响到隧道正常运行和后期维护的要求。PLC设备的选型主要是由输入/输出（I/O）点数的多少来确定，CPU的配置及处理能力与I/O点数息息相关，隧道监控一般采用的是32位RISC的CPU，基本指令处理速度可达0.02us。隧道设备布设密集的地方主要在洞口600米的范围内，I/O点数一般在150点以内，其他区域的PLC的I/O点数一般在60点左右。统计I/O点数后，计算PLC需要配置多少块I/O模块以满足该区域的监控需求。在隧道机电控制中，每套PLC一般情况下只配置一个CPU模块和一个电源模块，但对于长隧道、特长隧道来说，隧道内控制的点较多，PLC设置也较多，为了更好的传输和控制，主控PLC会配置2个CPU模块和电源模块，以保证系统的稳定性。另外，在主控PLC上还配有液晶触摸屏，用来设备操作和显示其反馈信息及检查所辖各设备的状态。
4. 结束语
隧道监控采用PLC可编程控制器进行集中控制，大大提高了控制系统的可靠性和自控程度，为隧道交通提供了更可靠的运行保障。可编程控制器（PLC）其电路结构简单，监控系统不仅自动化程度高，还具有在线修改功能，灵活性强，适用于隧道环境比较恶劣的监控场合。
参考文献
[1]廖常初.PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2009.
[2]孙小明.隧道监控系统的PLC应用分析[J].现代制造，2008（6）：46～49.
[3]张良.PLC在高速公路隧道监控系统中的应用[J].微计算机信息（测控仪表自动化），2004（2）：5～6、85.
【关键词】隧道；可编程控制器；PLC
1. PLC的优点
公路隧道是公路上易于诱发交通意外的特殊路段，为保障隧道能正常、安全的通行，根据隧道长度、车流量划分隧道的监控等级，然后根据监控等级一般在中、长或特长隧道内会设有交通诱导、交通检测、环境检测、通风照明、火灾报警等设备，设备复杂品种较多，因此对隧道内的机电设施如何进行有效控制来提高管理以及达到最好的经济效益是公路运营管理部门最关注的问题。PLC因其具有可靠性高、抗干扰能力强、通用性强、编程简单、控制程序可变、容易掌握、维护方便以及灵活的控制方式在隧道交通方面得到了越来越广泛的运用。
2. PLC的构成
（1）PLC主要由CPU（中央处理器“Central Processing Unit”的缩写）模块、输入/输出（I/O）模块、电源模块、通信模块等组成。
（2）CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，相当于人的大脑，它接收并存贮用户程序和数据，通过扫描的方式采集由外场机电设施送来的状态或数据并存储，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态以及编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中读取指令，通过分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去控制相关设备。
（3）输入/输出（I/O）模块，用于接收和采集外场机电设施的信号，然后通过CPU进行处理，最后由输出模块给外场机电设施发出控制指令。输入/输出（I/O）模块主要有开关量输入/开关量输出（DI/DO）模块、模拟量输入/开关量输出（AI/AO）模块等组成。
（4）开关量是指只有开和关（1或0）两种状态的信号，如隧道洞口的交通信号灯红、绿、黄的三种显示状态，隧道内的车道控制标志直行（“↑”）、左转（“←”）、禁止通行（“×”）的显示状态，照明系统的基本照明、加强照明、应急照明等；风机的正转、反转、停止等；横洞卷帘门的上升、下降、停止等。
（5）模拟量是指连续变化的量。如隧道光强度检测器、一氧化碳/能见度（CO/VI）检测仪、风速风向检测仪等实时检测的数据信息。
（6）电源模块主要是为PLC各模块提供工作电源，它是PLC能否正常工作的关键，工作电源一般有交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（24VAC）。PLC除了以上模块之外，还有通信模块，大部分都带有RS232/RS485低速率接口，方便隧道内的电光诱导标、火灾报警控制器、可变信息标志等设备与PLC进行通信，发送实时工作状态信息，并接收PLC及上一级的控制指令。
3. PLC的应用
（1）隧道监控模式主要分为两种，一种是集散式控制模式，适用于短隧道；一种是现场总线控制模式，适用于长隧道。前者布线复杂，不易维护，后者施工方便，且可靠性较高；目前运用较多的主要还是现场总线控制模式，如欧姆龙采用的Controller Link，施耐德采用的Modbus，以及现在运用较为广泛的Ethernet工业以太网。
（2）隧道机电监控网络由设在远端的监控中心和隧道内（包括洞口变电所）的区域控制器（PLC）以及相关的通信线路组成。监控中心操作人员可通过网络远程监视和指挥隧道内和道路的运营情况。通常在隧道变电所内各设一台区域控制器作为主控PLC，隧道每隔一定的距离设置一台区域PLC。其中，主控PLC作为现场总线结构主站，不但监控相关机电设备，而且还传递其他区域控制器的数据，负责与现场监控工作站交换数据；区域PLC用于与现场监控机电设备进行通信，以及与相邻的PLC之间连接成环，进行通信。
（3）整个隧道区段的PLC组成光纤自愈环网，在特长隧道监控中，机电设备较多，PLC光纤环网节点较多，往往会在隧道环网上设立两台主控PLC，这样区域PLC环网通过变电所的两台主控PLC与监控中心通信，两台主控PLC共有两条以太网链路与监控中心相连，互为备份，从而大大增加了监控中心与PLC网络间的通信可靠性。
（4）隧道交通诱导设备（如可变情报板、车道控制标志等）、交通检测设备（如车辆检测器）、环境检测设备（如CO/VI检测仪、风速风向检测仪、光强度检测器等）、通风设备、照明设备、火灾报警等设备统一由隧道PLC联网来实现全程控制。各隧道PLC对现场各机电设施进行实时信息采集，然后将采集的信息上传至监控中心，各设备之间实现信息联网，通过软件编程按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁动作控制，同时PLC按所设定的程序以及监控中心的指令对现场机电设备进行相应的动作。隧道交通控制有远程控制、现场本地控制两种情况，远程控制还分自动控制、人工控制；正常情况下，监控室计算机系统通过所设定的程序对现场设备进行自动控制，特殊情况下或紧急情况时采用人工远程控制。当现场与监控中心中断时，PLC还可对隧道机电设施进行现场本地控制，同时存储实时采集的数据信息，隧道监控系统因此不受通信中断的影响而能继续正常的运行。
（5）可以说隧道监控的综合控制器是整个隧道监控的关键所在。综合控制器品质的好坏和是否可靠，将直接影响到隧道正常运行和后期维护的要求。PLC设备的选型主要是由输入/输出（I/O）点数的多少来确定，CPU的配置及处理能力与I/O点数息息相关，隧道监控一般采用的是32位RISC的CPU，基本指令处理速度可达0.02us。隧道设备布设密集的地方主要在洞口600米的范围内，I/O点数一般在150点以内，其他区域的PLC的I/O点数一般在60点左右。统计I/O点数后，计算PLC需要配置多少块I/O模块以满足该区域的监控需求。在隧道机电控制中，每套PLC一般情况下只配置一个CPU模块和一个电源模块，但对于长隧道、特长隧道来说，隧道内控制的点较多，PLC设置也较多，为了更好的传输和控制，主控PLC会配置2个CPU模块和电源模块，以保证系统的稳定性。另外，在主控PLC上还配有液晶触摸屏，用来设备操作和显示其反馈信息及检查所辖各设备的状态。
4. 结束语
隧道监控采用PLC可编程控制器进行集中控制，大大提高了控制系统的可靠性和自控程度，为隧道交通提供了更可靠的运行保障。可编程控制器（PLC）其电路结构简单，监控系统不仅自动化程度高，还具有在线修改功能，灵活性强，适用于隧道环境比较恶劣的监控场合。
参考文献
[1]廖常初.PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2009.
[2]孙小明.隧道监控系统的PLC应用分析[J].现代制造，2008（6）：46～49.
[3]张良.PLC在高速公路隧道监控系统中的应用[J].微计算机信息（测控仪表自动化），2004（2）：5～6、85.