湖南省龙琅高速公路建设开发有限公司
摘要：改革开放以来，随着我们国家经济建设规模的不断扩大，我国的高速公路建设工程也取得了飞速的发展，而其中的公路隧道工程也随之进行了大批的修建。此类工程运行效果的安全与否可直接影响到整条高速公路的交通运行品质。为了达到公路隧道内的灯光照明、换气通风、火灾预防等功能机构的完整有效控制，为了真正实现其应有的安全消防效能，本文提出了依托于远程I/O监测技术的PLC集中型操控功能系统。本操作系统依托主控PLC型远程I/O光纤维组网，已达到了隧道内部设备的设置形态，并符合隧道效仿智能集中控制的技术操作需求，对照于分布式PLC区域操作系统可降低约40%的投资成本。此操作系统近阶段已经在工程上得到了成功实施，且其功能发挥稳定，另外其本身特有的节能及免维护品质也逐步得到了证实。
关键词：高速公路；安全消防工程；隧道监控系统；集中联控；I/O；PLC控制装置
引言
我国疆域辽阔，内陆山岭纵横，由此决定了我国所建高速公路项目中隧道工程的比例极高，而且通常情况下隧道工程的施工条件复杂多变，施工环境也极其恶劣。为增强我国高速公路系统中隧道安全监控机构的运营品质及保障效能，现侧重对其隧道内的通风换气、灯光照明、消防安全预警、操作监管、交通监测等功能系统实施更新改造工程，进而实现其整体设备的运转高效稳定，项目调研论证期间施工单位、设计部门、运营管护等机构对隧道内现用的机电控制装置展开系统化的调研工作，达到整个地域隧道安全监控体系的三级联网型操控格局。文章只对我国某条高速公路中部分隧道安全设施的更新改造工程进行说明。
1、远程I/O技术PLC区域型集中监控方案技术论证
在隧道安全监测控制系统中，区域型控制机构(PLC)是其中的主体设备，它是隧道内部空间环境质量检测、通风换气及灯光照明操控、安全消防等功能实施集中联动控制的讯息采集处置单元及操控指令的执行动作单元，PLC型集成控制分系统基本上关联到隧道安全管控机电设备中的各个机构，故对其本身的技术品质优异性及持久性较其它装备有着更为严格的要求，同时PLC区域型监测控制分系统和隧道监测视频分系统其二者一起共同组合成隧道整体安全监控系统中成本投入最高的核心部分[1]。
此隧道安全监测实施方案的设计思路是把分布型PLC集中控制系统中隧道内的PLC分系统在站上用远程型I/O光线组合程序数字模块来取代之，其隧道内置设备的所有连线端子都要达到IP67要求。从而可以实现对隧道内安全监测设备实施连续性精准控制的效能，此远程监测机构具备如下技术特征:
(1)通讯速度快捷:远程I/O光纤系统能够被直接对接于以太网网络体系，其通讯速率最低可达110M。
(2)可实现远程通讯:远程I/O光纤组合系统能够依托以太网而并入光纤环网体系，依靠光纤维传送的特性，I/O光纤组合系统的调控效能发挥总体上可不受传送距离的限制。
(3)性价比优势:远程I/O光线组合系统无需设置隧道内现场的CPU装备，由此大幅度降低了改造成本，还可以充分保障监控装置的稳定高效运行。
(4)操作稳定便捷:远程I/O光纤组合网络系统可实现由变电站内的主控PLC装置进行集中控制，可省去PLC集中控制的程序编制过程，同时有助于后续的设备故障处置工作。
2、该技术系统的具体应用过程
该项目经历了长达6个月的初期现场调研及可行性论证，于2015年7月进入具体的施工阶段。依照革新项目的施工方案设计，又实施了更为周密的二次联合性技术设计。鉴于菲尼斯克技术的中、短公路隧道照明远程监控方案可成功改变过去此类系统中的人工现场控制及分散时序控制的落后状态，完整实现中、短公路隧道照明的自动化控制，且其十分适合于频发小数据量的实时传播，进而能达到最低的照明能耗，由此获取较好的经济效益及社会效益，故由技术成熟水平及性能/价格比等指标上进行考量，最后敲定采用菲尼克斯中、短公路隧道照明的PLC集中控制及远程I/O光纤组合设计模式。
该隧道安全工程项目共拟定选取32台PLC集中控制器，7台触摸型屏幕装备，依托前面的32台菲尼克斯PLC型集中控制装备来操控隧道内的全部机电设备，重点包括：通风换气、灯光照明、交通标示、安全消防、火灾预防、视频监测及显示机构、超速报警、突发事件监测等几类功能系统。
其中对隧道监控体系的设计架构、设计思路展开系统性分析，并依照具体工程条件展开了周密的方案可行性分析，同时遵循三级(监测站、监管所、监理局)联合监控的架构模式。
隧道内部设置的PLC集中型控制环网选取双环冗余式的操控架构，4座隧道共设置6处集中配电操控室，在配电控制室内部安装2台主控PLC控制装置，在其隧道内部上、下行两侧各构置4台远端I/O光纤网设备，连续不断的采集隧道内部各类机电设备的检测讯息，并且严密操控各类运行设备[2]。
2.1I/O硬件装备设置状况
I/O硬件装备的设置按照实际工程需求及工程操作规范实施。
2.2程序控制软件编程操作
在监控室内设置上位型软件、服务器程序软件参数库、OPC、Sever，在配电控制室内部设置下位型程序软件，依托下位程序软件实施对机电设备的连续性控制和讯息反馈。PLC集中型监控软件的站级架构设置概况如图1所示。
图1上下位软件程序控制架构
依托对控制参数的锁定、传输和反馈达到三级联网控制的监控操作效能，而且能够分辨出检测讯息数据和登录下载数据的特征;从而达到各种不同等级人员的实际控制和监控效果。如图1中标明的上、下位软件组成架构。
PLC集中控制程序编制选取T型图结构予以逻辑化编制，依照系统性的二次连接结构图，达到对现场检测装备在通行车道标示灯、鼓风设备、交通讯息指示灯、现场风速风向标示、CO/VI、光亮度测定仪、隧洞照明等装备的连续调控和运行讯息反馈等。
下位机PLC集中控制程序研发软件功能说明：PLCI/O点变量通报、PLC集中控制程序控制梯形图设计，依托T型控制图的逻辑程序达到对机电设备的有效管控[3]。其中OPC的基本功能是选取敞开型的通讯关联程序，利用c/s操作架构，依托OPC把组合态中的参数经过OPCClient和讯息数据储备库实施交互过程，达到其上位机、下位机的数据变化的同步过程。
上位监控程序软件设置：依托隧道群体导引图，其程序控制软件软件能够更换到相异的隧道位置界面，实施相异型功能的人机界面的操作控制[4]。更新总体设备的视图展示界面，能够监测出隧道内的各台设备的运行状况以及操控状况。隧道内设备操作界面如图2所示。
图2隧道中设备界面结构
3、联体调试、运营过程
历经半年期限的集中统一施工，远程监控系统的软硬件都已设置完成，其联体调试阶段重点涵盖内容有:在上位机监控软件上运行设计制定的不同工况交通组织预案，现场各PLC远程/O执行效率、设备动作响应及信号反馈效率等[5]。该远程I/O区域集中控制系统各项功能参数均达到设计预期，目前设备运营已经步入正轨，总体设备运行正常。
结束语
基于远程I/O技术的公路隧道PLC区域集中控制系统是我国高速公路管理单位、设计单位、维护单位以及相关设备厂商依托本次改造项目隧道机电控制系统进行的科研试点，整体架构和调试效果得到了相关检测验收单位和专家的认可，故该项目的设计和实施为高速公路中、长隧道监控系统分布式接入、区域集中控制技术提供了可供参考的技术方案；且在后期的运行维护工作中，该系统的节能、免维护优势将得到进一步的显现。
参考文献
[1]JTG/TD71-2004.公路隧道交通工程设计规范[S].2004.
[2]公路隧道消防设计中的问题与对策[J].夏永旭,翟武权.公路.2008(08).
[3]西康高速公路秦岭终南山特长隧道消防系统设计总体构思[J].康华刚.给水排水.2007(04).
[4]秦岭终南山特长公路隧道消防设计[J].王备战.武警学院学报.2007(12).
[5]浅谈公路隧道的消防问题[J].王景龙,周义坪.消防技术与产品信息.2006(03).