劉世亮

摘 要：文章在闡述現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)主要使用的公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的PLC控制方案的基礎(chǔ)上分析介紹了在遠(yuǎn)程I/O技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC區(qū)域進(jìn)行集中控制的方案，討論總結(jié)了新型方案的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：公路隧道；PLC；控制方式；遠(yuǎn)程I/O

在隧道交通運(yùn)行中，公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)通行的安全、高效、舒適、便捷起著重要的保障作用，其主要功能作用為監(jiān)視和控制隧道內(nèi)各種交通設(shè)備的狀態(tài)及采集周圍環(huán)境的信息。PLC屬于一種數(shù)字邏輯控制器，內(nèi)含微處理機(jī)的數(shù)字電子裝備，具有可自動(dòng)化的特點(diǎn)。相比于其他設(shè)備，PLC因抗干擾能力較強(qiáng)，能夠更適用于惡劣的公路環(huán)境，使通訊信息更準(zhǔn)確。因此，在現(xiàn)階段PLC被廣泛運(yùn)用于公路隧道的監(jiān)控系統(tǒng)中。

1 主要的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及控制方式

目前在國(guó)內(nèi)公路上主要使用的隧道監(jiān)控系統(tǒng)從硬件的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中出發(fā)可分為三層，第一為管理層，管理控制中央的信息，其組成結(jié)構(gòu)為隧道中心的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，具體包括控制交通、通風(fēng)、照明、緊急電話、火災(zāi)報(bào)警等各類計(jì)算機(jī)設(shè)備與相關(guān)路由器。第二為控制層其為裝有PLC設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域控制器，主要用來(lái)將檢測(cè)設(shè)備采集到信息數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到主控制，把接收到的多種不同控制命令輸送給現(xiàn)場(chǎng)；第三為設(shè)備層包括所有隧道外場(chǎng)上的設(shè)備儀器。

在公路的隧道監(jiān)控系統(tǒng)中主要以商用以太網(wǎng)作為管理控制中央信息層，而采用控制層的形式相比于管理層更加多樣化，如工業(yè)以太網(wǎng)、CONTROLINK環(huán)網(wǎng)、PROFINET、PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線等。但在目前的行業(yè)中對(duì)控制層的選擇主要是應(yīng)用光纖冗余環(huán)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)其以10/100M工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)成。因該網(wǎng)絡(luò)實(shí)行的光纖傳輸能夠在不被外界環(huán)境的干擾下對(duì)信息進(jìn)行快速地傳送，保證通信的效率。此外，10/100M工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)已遵從了LSO和TCP/IP的數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了IEE8023/8023u的兼容，對(duì)10/100自適應(yīng)傳輸速率進(jìn)行支持，在采集整合信息方面占有較高的優(yōu)勢(shì)。如果該網(wǎng)絡(luò)在隧道的監(jiān)控系統(tǒng)中中的某一節(jié)點(diǎn)發(fā)生斷開(kāi)的意外情況，仍能繼續(xù)正常運(yùn)行，不會(huì)造成無(wú)法通信的狀況。

傳統(tǒng)的公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)在采用10/100M工業(yè)以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上從采集和交換數(shù)據(jù)的角度出發(fā)可將控制PLC的方式分為兩種。

第一種控制方式分主要、次要PLC，更適于隧道群和特長(zhǎng)的隧道。在監(jiān)控系統(tǒng)中可選擇一種較高性能的PLC作為主控系統(tǒng)。在運(yùn)用的過(guò)程中主控PLC將不同的控制命令發(fā)送給各從PLC，再通過(guò)各從PLC對(duì)下級(jí)的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控采集數(shù)據(jù)，然后各從PLC將檢測(cè)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后在傳送給主控PLC。其方式是通過(guò)主控的PLC與各從PLC和各從PLC之間實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)交換。此外，當(dāng)各從PLC與主控PLC失去通信聯(lián)系時(shí)，從PLC仍能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行良好的控制。

第二種控制方式不分主從PLC，但同樣適用于較大的隧道監(jiān)控系統(tǒng)。由于隧道監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)PLC所處位置和作用一致，彼此之間不需要進(jìn)行交換和輸送數(shù)據(jù)，各PLC通過(guò)對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)采集數(shù)據(jù)后，將直接將信息上傳輸送到管理中央控制層的計(jì)算機(jī)中。之后計(jì)算西系統(tǒng)整合信息再將各控制命令輸送給各個(gè)PLC，再由PLC下傳給各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

上述的兩種方式都要求在公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)中對(duì)PLC進(jìn)行分布式設(shè)置，使每個(gè)PLC系統(tǒng)都能夠?qū)χ車R近的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)控制和采集。因在隧道設(shè)置的PLC系統(tǒng)性能較高，能自動(dòng)進(jìn)行一定程度的數(shù)據(jù)處理和儲(chǔ)存功能，所以在隧道群和特長(zhǎng)的隧道里，不管采取哪一種方式都具有比較可靠的穩(wěn)定性。但在實(shí)際運(yùn)用公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的過(guò)程中，設(shè)置的PLC系統(tǒng)處理和儲(chǔ)存信息數(shù)據(jù)的功能被大大減弱，僅僅被看成I/O來(lái)運(yùn)用，忽略了其處理和儲(chǔ)存信息數(shù)據(jù)的能力。此外，由于設(shè)置的PLC系統(tǒng)數(shù)量較多，其價(jià)格也較昂貴，造成了資源及資金同時(shí)浪費(fèi)的現(xiàn)象。因此為了可以在更好地運(yùn)用發(fā)揮隧道監(jiān)控系統(tǒng)的功能的基礎(chǔ)上節(jié)約工程成本，提高資金效益和建設(shè)效益，提出了以遠(yuǎn)程IO技術(shù)為基礎(chǔ)的PLC區(qū)域集中控制的方案。

2 基于遠(yuǎn)程IO技術(shù)的PLC區(qū)域集中控制方案

與一般的公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)行的PLC的控制方案的不同之處在于該方案是通過(guò)使用主控PLC+遠(yuǎn)程I/O模塊光纖組網(wǎng)，完成了公路隧道內(nèi)不同的被控檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行分布式接入的操作的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域信息集中進(jìn)行控制的功能，在充分發(fā)揮了公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)功能下，比以往建設(shè)的PLC區(qū)域控制系統(tǒng)減少了將近百分之四十的資金投入，極大地提高了工程效益。此外，隧道內(nèi)的風(fēng)機(jī)、照明設(shè)備、檢測(cè)光亮度、火災(zāi)報(bào)警等設(shè)備分布都是采用線性方式，每一臺(tái)區(qū)域控制器上一般僅僅包括幾十個(gè)開(kāi)關(guān)數(shù)量、幾路用來(lái)模擬信號(hào)的數(shù)量，因此在公路隧道內(nèi)的PLC可以使用不具備CPU的遠(yuǎn)程I/O。遠(yuǎn)程I/O可實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)距離較少數(shù)量的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行采集處理數(shù)據(jù)信息，減少檢測(cè)系統(tǒng)中控制設(shè)備的使用，節(jié)省建設(shè)的資金投入，適用于控制較分散的配置設(shè)備點(diǎn)。

基于遠(yuǎn)程I/O技術(shù)的PLC區(qū)域集中控制方案的設(shè)計(jì)方式是通過(guò)遠(yuǎn)程I/O模塊代替分布式PLC控制系統(tǒng)中的CPU。對(duì)于處理和儲(chǔ)存信息數(shù)據(jù)的功能全都由變電系統(tǒng)中的主控PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)操作，其存在的數(shù)據(jù)處理問(wèn)題可通過(guò)提高主控PLC的配置來(lái)解決。隧道檢測(cè)系統(tǒng)中的主控PLC可采用PROFINET總線完成對(duì)遠(yuǎn)端I/O的控制，遠(yuǎn)距離末端的I/O設(shè)備可采用總線耦合器將光電轉(zhuǎn)換為光纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，達(dá)到主控PLC控制遠(yuǎn)端I/O的目的，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)更加隨時(shí)準(zhǔn)確控制公路隧道中的檢測(cè)設(shè)備，其具有以下的特點(diǎn)：

較快地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸送：由于遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)在接入以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)沒(méi)有受到任何阻礙，其通信的輸送速率最低可達(dá)100M。

可完成較遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)輸送：由于遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)在接入以太網(wǎng)后可與光纖環(huán)網(wǎng)進(jìn)行相連，借于光纖傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)，I/O系統(tǒng)對(duì)控制數(shù)據(jù)的程度效率一般已不受距離的限制。

成本較低，性價(jià)比較高：由于在采用了遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)減去了隧道現(xiàn)場(chǎng)的CPU配置設(shè)備，可在保證隧道監(jiān)控系統(tǒng)正常的運(yùn)行下，較大的減少了工程資金的投入，降低了建設(shè)成本。

軟件開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單方便：由于是直接通過(guò)主控PLC對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行控制，通訊工作被集中于一臺(tái)PLC上，減少了各個(gè)從PLC之間交換數(shù)據(jù)的過(guò)程，使軟件開(kāi)發(fā)變的更加簡(jiǎn)單方便。

3 結(jié)束語(yǔ)

在公路監(jiān)控系統(tǒng)中，PLC作為核心設(shè)備起著關(guān)鍵的不可替代的作用。合理正確地選擇PLC的控制方案不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性的基本保障，還能夠降低資金投入，獲得更大的工程效益?，F(xiàn)階段，在國(guó)內(nèi)的公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)中仍主要采用分布式的PLC控制方案，選擇遠(yuǎn)程I/O模式代替隧道內(nèi)PLC從站的方案尚且不多，但都取得了良好的效果。為了可以充分發(fā)揮隧道監(jiān)控系統(tǒng)的功能的同時(shí)減少建設(shè)資金投入，提高工程效益，國(guó)內(nèi)應(yīng)大力推行以基于遠(yuǎn)程I/O技術(shù)的PLC區(qū)域集中控制的方案。

參考文獻(xiàn)

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