基于PLC公路隧道环境监测系统设计与实现
正文:
0 引言
纵观人类发展历史, 人类的进步与交通科技的发展同步, 交通运输业是是国民经济和社会发展的动脉, 是经济社会发展的基础行业、先行产业。交通运输包括铁路、公路、水运、航空、管道等, 近几年我国的高速公路发展尤为迅速。公路交通中的隧道安全问题也逐渐体现出来, 越来越受到重视, 隧道环境监测系统能有效预警火灾、有毒气体超标、照明不畅等隧道常见问题, 对于预防事故发生, 保证隧道正常运转具有重要意义。
1 监测系统功能分析
1.1 隧道自动控制系统组成
隧道自动控制系统主要包括:控制上位机、PLC、前端监控设备、本地执行设备四部分组成。上位机是控制系统核心, 隧道工作人员通过其实现对隧道的管控。PLC通过总线与上位机相连, 环境的信号采集收集显示, 上位机发出指令对执行设备进行控制。前端监测设备主要是如CO/VI检测仪等设备, 执行设备比如照明设备, 风机等对隧道环境参数调节设备。
1.2 隧道监测系统功能分析
隧道是以半封闭环境, 主要包括四个环境因素直接涉及隧道的运行和安全环境为了保证隧道的正常运行, 监测参数主要包括以下几点
1.2.1 照度监测
隧道整体环境偏暗, 隧道开始阶段为由亮到暗的过渡阶段。但是这个过渡距离很短, 人眼还来不及适应隧道内的黑暗环境, 易引起视觉误差导致操作失误, 容易出现事故;为保证隧道内的正常行驶, 尽可能规避交通意外, 通过足够的照明来保证行驶车辆的安全。
1.2.2 有毒气体监测
隧道内进出直径与隧道长度比例极小, 可以认为隧道的进出口相对整个隧道空间是较小的, 不能迅速排出隧道内的有毒气体, 一氧化碳、一氧化氮等一类有毒气体, 在达到一定浓度后会影响到汽车驾驶员的行驶, 严重的危及生命, 而隧道不能及时排出有毒气体, 则浓度会随时间推移逐步增大, 对于隧道内有毒气体的监控是保证隧道正常运行的关键因素
1.2.3 风速监测
隧道为一个狭长的通过空间, 其风速与外部环境风速差别很大, 尤其隧道口, 风速过大对于隧道内汽车行驶的安全有直接影响, 除此之外风速监测还是直接影响其他指标的测定,
1.2.4 VI能见度监测
行车安全收到路况、驾驶员状态等各种有因素影响, 而能见度是影响安全行驶的重要因素, 较高的能见度保证了行驶车辆与前车和后车保持良好的安全距离, 当发生意外情况有充足的时间做出反应。而隧道本身受光线较暗, 空间半密闭等因素影响, 能见度极易受影响, 为保证隧道良好的可见度, 当能见度降低到影响汽车正常行驶时及时做出反应, 进行VI能见度检测尤为关键。
2 基于PLC隧道监测系统设计
控制系统设计国道310线隧道为例, 进行设计。
2.1 项目概况
国道310线循化至隆务峡段公路正线全长40.464km, 双向4车道, 设计时速80km/h。其中交隧道局电气化工程有限公司中标承建的JD2标自ZK79+033~ZK92+400, 全长约13km。包含隧道7座隧道。
2.2 系统信息采集设备
根据监测参数要求, 选择如下。
(1) 隧道CO/VI检测器
TC4-AQM CO/VI检测器为隧道专用的一体化CO与VI (能见度) 检测器, 检测隧道中CO浓度与能见度, 为上位机提供控制数据, 作为通风和营运的基本依据。检测器上设有RS485/232接口, 可以通过数据线与装有专用软件的电脑连接, 通过检测器软件对探头检测的数据进行查看和核对, 并通过软件对CO/VI检测器进行校直、标定、增益调节、故障诊断等操作设置。检测器的计算处理单元集成在检测探头内, 输出的4-20ma模拟信号量和开关量信号直接接入PLC, 再通过光纤通信系统上传至上位机。
(2) 隧道风速风向检测器
TC4-AFM隧道风速风向检测器安装在行车方向的隧道壁右侧, 和TC4-AQM配套使用, 监测隧道内风速, 风向检测值, 作为通风与运营的依据。TC4-AFM上配有RS485/232接口, 可以通过数据线与装有调试软件的笔记本电脑连接, 通过检测器软件对检测数据进行查看和核对。检测器的计算处理单元集成在检测探头内, 输出的4-20ma模拟信号量和开关量信号直接接入PLC, 再通过光纤通信系统上传至上位机。
(3) 照度监测仪
LU-201光照强度监测仪用于检测隧道内外的光强度, 成对安装。隧道入口外一只, 检测隧道外亮度;洞内安装数量根据隧道长度相关数据设定, 检测隧道内照度。
2.3 系统组态
2.3.1 程序控制策略设计
隧道监控系统的核心作用是收集和采集隧道交通路段上的交通信息, 比如:通行录像、有毒气体、风速等相关参数, 实时准确反馈给隧道管理者, 确保对隧道交通情况作出准确的判断, 保证隧道持续稳定的通行, 从而间接的保证了交通的通常, 也降低了隧道的维护运行成本。程序控制策略设计包括以下几种:
1、通风自适应控制程序
通风自适应控制程序是根据各项传感器实现对光照强度、有毒物质、能见度等数据进行实时准确的采集, 并对这些数据进行处理, 根据采集数据做出判断, 实时动态的风机控制策略, 正常状态火灾报警系统进行正常的检测、报警工作。CO、能见度, 风速, 风向检测值通过PLC上传至公伯峡隧道管理站计算机, 当正常值时不启动风机, 在CO浓度超标时, 隧道通风系统根据检测的CO浓度、能见度、风速、风向、交通量情况执行对应的风机运行策略, 实施控制预案, 控制风机的运转
2、照明自适应控制程序
照明自适应控制程序是通过LU-201光照检测仪检测隧道内光照情况, 隧道照明系统按检测的光亮度参数、交通量以及分级情况, 调整入口段和出口段的照明灯具开关。光强检测器对隧道光照强度进行检测采集, 并通过PLC实现实时通信上位机, 上位机对采集数据进行处理, 并给PLC发出相应控制指令, 实现隧道内光照控制, 保证隧道内光照强度维持在最佳光照强度, 保证隧道内通行车辆始终处于最佳通行光照。
3、交通控制程序
交通控制程序主要是对隧道内外的交通进行实时控制的闭环控制程序。其通过各项测量仪器对交通通行信息进行采集, 并将采集相关参数进行数模转换传递给管理站控制机。控制根据参数做出判定, 管理人员通过预设控制要求, 发出指令, 实现对交通信号灯、LED显示板等交通控制输出端实现实时控制。
2.3.2 PLC选型
PLC是一种专门应用于工程控制、易于编程的控制器。PLC的选型一般根据硬件兼容性、控制设备数量、控制功能要求选取。
本文项目选择FX1N-MR的PLC机型, 满足设计需要。
3 结论
隧道在地区交通建设实现高效率、短距离的交通到达起到很关键作用个, 根据隧道环境监测的安全问题, 分析监测参数包括:照度、有毒气体、风速能见度, 以循化至隆务峡段公路的公伯岭棚洞隧道为例, 选用以三菱PLC FX1N-MR为核心, 结合TC4-AQM隧道CO/VI检测器, LU-201照度监测仪, TC4-AFM隧道风速风向检测器, 组成控制系统, 完成隧道的照明、通风、交通控制, 获得了良好的使用效果。
摘要：本文分析了隧道环境监测的主要参数, 以国道310线循化至隆务峡段公路的公伯岭棚洞隧道为例, 选用以三菱PLC FX1N-MR为下位机控制核心, 与TC4-AQM隧道CO/VI检测器, LU-201照度监测仪, TC4-AFM隧道风速风向检测器, 组成监测系统, 完成隧道的照明、通风、交通控制, 获得了良好的使用效果。
关键词：隧道环境监测,隧道控制策略