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基于和利時(shí)LK系列PLC的隧道監(jiān)控系統(tǒng)

   2012年01月16日 14:04  
  1、引言
  
  當(dāng)今交通道路已進(jìn)入迅猛發(fā)展時(shí)期,作為公路修建中一個(gè)重要環(huán)節(jié)的隧道,其數(shù)量也在不斷增加。由于我國(guó)復(fù)雜的地理?xiàng)l件以及隧道本身的特點(diǎn),隧道監(jiān)控系統(tǒng)在隧道的運(yùn)營(yíng)和管理以及事故處理中發(fā)揮著極其重要的作用。因此,建設(shè)可靠、穩(wěn)定、*、經(jīng)濟(jì)以及可擴(kuò)展的合理的隧道監(jiān)控系統(tǒng)成為工程界和公路營(yíng)運(yùn)管理部門共同關(guān)心的問題。微電子、通信、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展大大提高了公路交通的信息化和智能化程度。PLC以其的可靠性、抗干擾性以及靈活的控制方式成為隧道監(jiān)控系統(tǒng)的核心控制器。PLC與開放的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)一起,共同推動(dòng)著隧道監(jiān)控系統(tǒng)的智能化程度的發(fā)展。因?yàn)榫哂锌煽啃愿摺⑻幚硭俣瓤臁⑦壿嬓薷姆奖恪⒖?力強(qiáng)、能適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜環(huán)境等特點(diǎn),基于和利時(shí)LK系列PLC的隧道監(jiān)控系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。
  
  基于和利時(shí)LK系列PLC的隧道監(jiān)控系統(tǒng)主要功能是監(jiān)測(cè)隧道環(huán)境質(zhì)量、通風(fēng)系統(tǒng)、給排水消防系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、交通引導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)備工作狀態(tài),確保各系統(tǒng)設(shè)備工作正常,并根據(jù)隧道正常運(yùn)行的需要,對(duì)各分系統(tǒng)設(shè)備實(shí)施遠(yuǎn)程人工控制或自動(dòng)控制,異常工況下聯(lián)動(dòng)各系統(tǒng)設(shè)備協(xié)同運(yùn)作,以達(dá)到設(shè)備運(yùn)行智能化和自動(dòng)化的需求,實(shí)現(xiàn)改變環(huán)境狀況和營(yíng)造隧道內(nèi)安全環(huán)境的目的。
  
  2、隧道監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
  
  隧道安全是公路安全中的咽喉,所以對(duì)隧道監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性要求特別高。在任何可能發(fā)生的緊急情況下,都能保證隧道的通風(fēng)、照明、消防、交通引導(dǎo)等正常工作。本隧道監(jiān)控系統(tǒng)采用和利時(shí)公司高性價(jià)比的LK系列PLC為核心控制器,每套PLC包括電源模塊、CPU模塊、DI模塊和DO模塊等,中央控制室、PLC控制站之間的數(shù)據(jù)通訊采用高速實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng),網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為環(huán)形,通訊速率為100Mbps。
  
  隧道按照其長(zhǎng)度分類,分別為短隧道(L<250m)、中隧道(250m<L<1000m)、長(zhǎng)隧道(1000m<L<3000m)和特長(zhǎng)隧道(L>3000m)。隧道的長(zhǎng)度越長(zhǎng),需要考慮的監(jiān)控設(shè)施就越多。從目前上對(duì)隧道的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來看,長(zhǎng)隧道和特長(zhǎng)隧道需要監(jiān)控系統(tǒng)以保證隧道內(nèi)行車的安全和通暢。隧道監(jiān)控系統(tǒng)按照各個(gè)子系統(tǒng)分可分為照明系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、交通誘導(dǎo)系統(tǒng)、CCTV系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、消防控制系統(tǒng)、緊急系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)等。按照設(shè)備的類型分可分為檢測(cè)設(shè)備、控制設(shè)備、顯示設(shè)備和通訊設(shè)備。檢測(cè)設(shè)備包括火災(zāi)報(bào)警探頭、車輛檢測(cè)器、COVI、能見度檢測(cè)儀、風(fēng)速風(fēng)向儀等。控制設(shè)備包括交通區(qū)域控制器、照明區(qū)域控制器、通風(fēng)區(qū)域控制器等。顯示設(shè)備包括計(jì)算機(jī)工作站、大屏幕監(jiān)視器、聲光報(bào)警器等。通訊設(shè)備包括交換機(jī)、集線器、串口信號(hào)傳輸設(shè)備、光端機(jī)等。
  
  從隧道監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成來看,一般分計(jì)算機(jī)集中控制層、區(qū)域控制器分布控制層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層等3個(gè)層次。計(jì)算機(jī)集中控制層主要實(shí)現(xiàn)設(shè)備監(jiān)控預(yù)案制定、預(yù)案發(fā)布、多系統(tǒng)協(xié)同控制等復(fù)雜功能,系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)記錄、報(bào)表生成、設(shè)備管理等信息管理功能也在本層實(shí)現(xiàn),本層設(shè)備和軟件集中在監(jiān)控中心進(jìn)行實(shí)施。區(qū)域控制器分布控制層是設(shè)備控制系統(tǒng)主體,主要用于實(shí)現(xiàn)預(yù)案執(zhí)行、設(shè)備閉環(huán)自動(dòng)控制、設(shè)備運(yùn)行信息采集等現(xiàn)場(chǎng)流程控制功能。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層由隧道內(nèi)各分系統(tǒng)設(shè)備控制柜、智能儀表、硬件執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成,主要用于執(zhí)行控制系統(tǒng)發(fā)出的指令,實(shí)現(xiàn)硬件級(jí)自動(dòng)控制、硬件自保護(hù)、以及人工現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作功能
  
  圖1隧道監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖
  
  3、隧道監(jiān)控系統(tǒng)的PLC控制柜設(shè)計(jì)
  
  本隧道監(jiān)控系統(tǒng)的由以和利時(shí)LK系列PLC為核心的控制機(jī)柜、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、聲光報(bào)警、一次和二次外圍元件組成,系統(tǒng)裝置示意圖如圖2所示。隧道監(jiān)控系統(tǒng)控制柜里配置有PLC、冗余電源、斷路器、溫度濕度傳感器、報(bào)警繼電器等。每一路輸入、輸出通道都有與之相對(duì)應(yīng)的指示燈,可以檢查某一通道的動(dòng)作情況,且系統(tǒng)具有在線試驗(yàn)功能。以其中一個(gè)核心控制柜的PLC配置為例,配置清單如表1所示。
  
 隧道監(jiān)控系統(tǒng)的PLC控制柜示意圖
  
  表1控制柜PLC配置清單  
序號(hào)
模塊類型
說明
1
LK207
CPU模塊;位指令 0.013ms/K,程序16M
2
LK231
PROFIBUS-DP通信接口模塊
3
LK910
電源模塊,輸入120/230VAC,輸出24VDC,
4
LK610
16通道數(shù)字量輸入模塊,12/24V DC,漏型
5
LK710
16通道數(shù)字量輸出模塊,24V DC,晶體管輸出
6
LK411
8通道模擬量輸入模塊,16位,電流信號(hào)
7
LK511
4通道模擬量輸出模塊,12位,電流信號(hào),通道間隔離
8
LK101
本地背板,單CPU插槽,10槽
9
LKC131
占空模塊
10
LKC170
LK PLC I/O端子線纜蓋

  
  4、隧道監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)
  
  基于和利時(shí)LK系列PLC的隧道監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)具有如下特點(diǎn):
  
  準(zhǔn)確性及可靠性
  
  穩(wěn)定性性、可靠性是隧道監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵。本系統(tǒng)采用了和利時(shí)LK系列PLC,其中配置了高性能的工業(yè)級(jí)處理器,具有納秒級(jí)的處理速度以及大容量的內(nèi)存,可使隧道內(nèi)傳感器數(shù)據(jù)、報(bào)警等程序準(zhǔn)確、快速地執(zhí)行,大大保證了系統(tǒng)的高穩(wěn)定性和高可靠性。
  
  系統(tǒng)功能強(qiáng)
  
  由于和利時(shí)LK系列PLC具有體積小、集成化程度高、運(yùn)算速度快、邏輯控制容量大等特點(diǎn),所以整套程序中除了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)傳感器、風(fēng)機(jī)控制、照明控制等常規(guī)功能外,還可進(jìn)行在線試驗(yàn)功能。該功能的作用在于系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),檢查執(zhí)行開關(guān)、電磁閥等外圍元器件的健康狀態(tài),提高整套裝置的自身安全系數(shù)。
  
  通訊能力強(qiáng)大
  
  和利時(shí)LK系列PLC自身集成有以太網(wǎng)接口。在此系統(tǒng)中,通過PLC自身集成的以太網(wǎng)口接入工業(yè)交換機(jī)組成的環(huán)形以太網(wǎng),保證了現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)能快速的傳輸給中控中心。同時(shí),中控中心的計(jì)算機(jī)指令也能快速得到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的響應(yīng),而且光纖傳輸不受電磁干擾的影響,可靠性更高。
  
  5、展望
  
  我國(guó)隧道監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施現(xiàn)還正處于成長(zhǎng)的時(shí)期,系統(tǒng)的需求、設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)的控制仍然存在不完善的地方,同時(shí)也給技術(shù)的發(fā)展、改進(jìn)創(chuàng)造了條件和基礎(chǔ)。隧道監(jiān)控系統(tǒng)一方面要兼顧系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠與可控,也要反映系統(tǒng)的*、經(jīng)濟(jì)與可擴(kuò)展,同時(shí)也要使操作便捷與維護(hù)方便。另一方面,針對(duì)不同的交通條件和功能要求,確定系統(tǒng)的規(guī)模和冗余度的大小。確定系統(tǒng)合理的集成方式,以力求系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、*性與經(jīng)濟(jì)性的有機(jī)結(jié)合。今后我國(guó)的隧道監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向是,在原有的基礎(chǔ)上,按照監(jiān)測(cè)與控制適當(dāng)分離、zui大限度的集中監(jiān)測(cè)、靈活機(jī)動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)控制等總體思想,逐步改進(jìn),使得隧道監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)更趨合理。

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