凤永高速隧道群PLC控制系统设计

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摘 要：根据凤永高速公路监控系统隧道群监控子系统方案设计，结合隧道监控系统中对交通应用的实际需求，探索智能联动控制的实现方法和管理方案，对隧道监控系统性能提升有很深远的意义。

关键词：隧道；监控；应用

1 系统构成

（一）系统组成

凤永高速公路隧道群的plc系统，主控PLC选用带冗余的双CPU、双电源、双通信模块配置；从PLC选用单CPU、单电源、带热插拔功能的配置；通行采用工业以太网交换系统。

（二）区域控制器的功能

（1）收集本区段检测设备检测的信息，包括CO检测器、能见度检测器、透过率检测仪、车辆检测器等；

（2）对收集信息进行预处理（如：隧道内的CO正常运营时允许的浓度一般在150-250ppm，，交通阻滞（隧道内各车道均以怠速行驶，平均车速为10km/h时可为300ppm，经历时间不超过20分钟；隧道内烟雾允许浓度为7.0*0.001 1/m；隧道内风速正常运营时推荐为10m/s），并储存在本地的存储单元内；

（3）隧道内的区域控制器的存储单元中处理好的信息（CO浓度、能见度、烟雾浓度、透过率、车辆检测、交通信号标志等）上传给隧道的主控制器，再通过主控制器与监控中心的服务器以以太网的方式通讯；

2 通风控制系统

从先进性、可靠性、经济性等诸方面考虑出发，隧道的弱电检测控制系统采用全PLC可编程控制器完成现场采集、控制，通过光总线方式与中央控制与管理系统的监控计算机系统相连接，利用先进的人机界面图形控制软件进行人机交互，实现整个隧道机电系统的控制、协调和管理。通风与环境检测系统的设计和配置将符合总体设计思想并体现该系统体系结构设计的各种特性。

（1）方案描述

为了最合理和有效的使用隧道通风设备，在保障行车安全的前提下，节约能耗，故在隧道内设置通风检测控制系统。该系统由CO、VI检测器获得基本数据，在隧道内设置远程终端控制器，在中央控制室设置交通控制计算机，实现分散控制、集中管理的分级控制。

通风检测控制系统在实时检测隧道内的CO、能见度等环境数据的基础上，与交通检测与诱导系统通讯获取有关交通流数据信息，并根据交通流信息、参考环境数据进行隧道通风风机的开关控制和变频控制，从而达到在保障行车安全的环境条件下，尽量减少风机运转，节约能源。

（2）系统构成

通风检测控制系统主要由远程终端控制器、CO检测器、VI检测器、风机驱动柜和相应的弱电控制设施构成。

通风检测控制系统结合机电系统总体控制方案采用SIEMENS S7-300可编程控制器进行分散区域控制，通过调制解调器轮询方式和中央控制系统相连，达到总体的控制、协调和连锁。

通风设施在变电所和隧道内分别按组设置配电屏和配电箱，现场配电箱内安装变频器、接触器等电气设备，实行分级控制，满足变电所集中监控和现场灵活控制的需要。

在隧道内分别设置以SIEMENS S7-300可编程控制器为主组成的远程终端控制器，通过开关量输入（DI）、开关量输出（DO）连接各风机控制接触器，通过模拟量输入、开关量输入实现CO、VI检测器数据采集。

（3） PLC控制系统

PLC控制系统结合总体控制方案采用SIEMENS 或OMRON中大型系列可编程控制器，配置工业以太网接口和中央控制系统相连。

PLC控制系统能够检测各测点的CO、VI数据信息，并按照通风控制算法通过开关量输出（DO）自动控制各风机的启停、正转、反转。

PLC控制系统能够实时采集、处理通风检测信息，并与中央通风控制计算机可靠通讯，按照中心通风控制计算机的指令，控制风机的运转。

（4）射流风机控制

PLC控制系统通过开关量输入（DI）、开关量输出（DO）与隧道内风机驱动柜的射流风机交流接触器相连接实现射流风机启停控制与信号回检。

PLC控制系统的两路开关量输出（DO）信号分别与正转交流接触器、反转交流接触器的控制端相连接，控制风机的正转启停、反转启停。

PLC控制系统通过四路开关量输入（DI）分别与正转交流接触器、反转交流接触器的辅助触点、报警触点相连接，实现风机的运转状态回检。

（5）通风控制功能

隧道通风控制系统的目标是在实时检测隧道内的CO、能见度等基本环境数据的基础上，结合隧道当前的交通情况、其他系统连锁情况和通风控制工艺要求进行隧道通风风机的开关控制，实现整个隧道通风系统的控制功能，在保障行车安全的环境条件下，尽量减少风机的运转，在为车辆驾驶人员营造一个安全、舒适的行驶环境的同时达到节约能源的目的。

一氧化碳总排放量：

Q=q×W×f×f+q×W×f×f 单位：m3/km×辆

隧道需风量：

Q=× 单位： m/km×s

交通阻塞时需风量：

Q=× 单位： m/km×s

烟雾总排放量：

Q=q×W× f× f 单位： m/km

其中：

Qco为车辆CO排放量， m3/km×辆

qcco为轿车CO排放量，一般为0.017m/km×t

Wc为轿车重量，一般为1.5t/辆

fHm为轿车CO排放量的海拔高度修正系数

flvc为轿车CO排放量的道路坡度修正系数

qico为货车CO排放量，一般为0.005m/km×t

Wi为货车重量，一般为15t/辆

fH为货车CO排放量的海拔高度修正系数

参考文献：

[1]高宇琦.PLC在临吉高速隧道群控制系统中的应用[J].电子世界，2012（22）.