公路隧道区域控制器(PLC)扩展功能的研究

公路隧道区域控制器 (PLC)扩展功能的
研究
摘要：为满足经济发展的需求，我国需要构建完善的交通道路体系。

而隧
道作为公路交通的重要部分，其数量随着道路系统的完善而在不断增加，建设性
价比高、稳定性强的隧道监控系统已迫在眉睫。

本文通过分析公路中隧道监控系
统的现状，对公路隧道监控系统的重要设施——区域控制器(PLC)的扩展功能进
行研究，满足隧道的多样化和差异化的要求，并推动隧道监控系统的发展，进一
步优化交通道路体系。

关键词：公路隧道区域控制器扩展功能
目前，我国普遍性采用PLC作为公路隧道的区域控制器，PLC将对公路隧道
内的各种系统进行信息收集、控制以及处理。

本文通过对公路隧道PLC控制系统
的现状进行简要阐述，分析基于远程I/O技术的集中控制系统、可视化监控、交
通控制系统、通风控制系统的PLC扩展功能，进而为隧道监控系统的优化和改进
提供条件基础，最终保障公路隧道的运营安全。

1.
PLC的内涵以及公路隧道现状
1.1PLC的内涵
PLC是指可编程逻辑控制器，它是一种用于自动化控制的数字运算控制器，
是将控制指令随时载入内存进行储存与执行的微处理器。

PLC主要由编程器、存
储器、CPU以及输入输出口等组成。

图1为PLC组成图。

图1.PLC组成图
1.2公路隧道控制系统现状
我国公路隧道控制系统相比较其他发达国家相对滞后。

目前，建设公路隧道
的监控系统主要通过结合运用国内自主开发软件和国外先进设备设施的方式。

相
较于地势平坦、高低起伏不大的路面，我国公路隧道的建设则呈现出上下坡度大、转弯数量多的特征。

除此之外，隧道内部环境显示出空间狭小，能见度低等特点。

这些因素都会
影响隧道的运营安全，对在隧道内的车辆行驶造成一定的困难，容易形成交通堵
塞的状况，进而引起交通安全事故的发生，最终导致损害人民群众的生命和财产
安全的后果。

近年来，我国的道路研究专家以及相关的建筑学家在隧道控制系统方面有了
一定的实践研究成果。

但是，基于PLC的扩展功能，又适用我国国情和隧道建设
现况的自动化监控系统还有待更深层次的探析。

二、公路隧道PLC扩展功能的应用研究
通过简要分析现今公路隧道控制系统的的现状，针对隧道控制系统中的PLC
扩展功能进行研究，总结了一般的公路隧道中通过PLC来设计交通控制系统的基
本规律，完成了基于区域控制系统之间的互联功能，实现了对公路隧道的远程监控。

2.1公路隧道集中控制系统
远程I/O技术可以提升公路隧道监控设备运行的稳定性。

远程I/O通过光缆
传输，避免建设长距离的电缆桥架和通讯电缆，减少了控制系统的硬件成本，解
决了电缆中的信号衰减问题，最终实现主控PLC对远端I/O的控制，利于完善和
优化公路隧道集中控制系统，对公路隧道中的监控设备进行精确控制，确保了系
统的高度安全。

用远程I/O模块代替隧道内的PLC从站，节省PLC的编程环节，
从而省略了隧道内CPU设备的使用数量，节约能源的消耗，减少了机器故障源以
及后期对机器设备的维护和扩展工作。

进一步完善和优化公路隧道的PLC控制系统，使隧道内的交通状况和汽车行驶安全得到更加集中的监控，最终帮助公路隧
道监控系统运行地更加平稳和安全。

2.2公路隧道可视化监控
不同的PLC制造商会生产出具有不同应用功能的控制软件，对于公路隧道监
控系统都有不同的侧重点，多样化的控制软件使得监控设备的应用效果更加适应
市场的需求。

OMRON是全球五大PLC制造商之一，在隧道监控的应用方面，以欧
姆龙的PLC应用最为广泛。

OMRON的CS1D系列，可以任意实现双CPU双电源、双CPU单电源等多种冗余
系统配置，可以适应各种地质条件下的隧道建设，使PLC进行组合设计，保证大
量数据快速而准确的在客户端完成处理，满足对信号处理的精确要求，使得监控
中心的服务器压力有所减轻。

还可以通过隧道可视化监控设备，使隧道内的安装的监控探头所显示的信息
图像，转换到隧道监控系统中心的设备视图界面。

通过可视化的视图界面，使公
路隧道内的信息图像显示得更加直观和明确。

另外，可视化界面还可以显示出隧
道沿线及周边环境，方便、快速、高效的对紧急停车段的交通情况进行掌握，为
发布公路隧道的实况信息提供更加有效的帮助与支持。

2.3隧道通风控制系统
公路隧道大多设置在高低起伏的山脉之间，根据建设难度和地势地形，结合
隧道对通风的必然要求，通过隧道监控系统的计算功能，将将隧道内的行车情况、风向、风速以及影响隧道内通风因素进行计算分析，根据计算结果利用COVI准确、科学的判断是否要控制公路隧道内通风系统。

利用PLC的双通道采集风向风速等
相关数据信息，中央处理器采用CPU，可
连接设在隧道内检测器和透过率检测器
等扩展模块，将检测到数据与公路隧道
内通风标准值进行比较，利用公路隧道
内安装的光纤环网设备控制风机是否要
启用和风机启动台数以及其运行时间的
长短。

图2.隧道通风系统
2.4隧道交通控制系统
隧道交通控制设施主要包括可变限速标志、交通符号灯、车道指示器以及隧道内的电光标志等。

根据公路隧道内的车流量以及行车状况，改变隧道内车道上车辆行驶速度限制值就是可变限速标志。

利用PLC控制声光报警器，如果隧道出现安全事故，声光报警器和交通符号灯配合使用，将车辆引导进入转换车道，以免出现交通阻塞的情况，防止意外事故的发生。

在隧道中，车道指示器对于火灾具有重要意义，它可以帮助引导隧道内的行人和车辆进行疏散，是保障人生财产安全的基础性设施。

使用PLC控制交通诱导设备，使交通检测设备对隧道内交通信息进行采集，通过PLC数据集中传输和预处理的能力，结合实际情况和收集到的信息，决定是否由隧道监控系统中心对隧道交通进行控制，启动相应的灯光设备控制箱来显示疏散人群和车辆。

此外，隧道交通控制系统还要结合触摸屏指标，在PLC内安装网络交换机，通过隧道内光纤传输，与其他PLC通信，并连接公路隧道通信系统，把信息数据传至隧道管理中心与远程集中控制系统网络相连接，通过本地触摸屏对设备进行控制，实现了隧道交通便捷性、有效性的监控管理。

2.5隧道预警监控系统
由于公路隧道内的交通状况易受到空气质量的影响，隧道的能见度的高低是
汽车行驶安全的重要性因素。

因此，在对隧道的建设中要格外注意预警监控系统，帮助避免交通安全事故的发生，保障人民群众的生命财产安全。

通过PLC采集公路隧道内的各个感应设备，将设备上面的信息通过OPC
serve上传，监控中心软件随即产生报警信号，根据事先设置好的事故处理方案，监控软件弹出预案对话框，监控中心的工作人员对报警信息进行核实并执行联动
预案，控制信号灯以及情报板等终端设备进行处理，如果为误报，则进行人工处理，图3为隧道预警系统。

图3.隧道预警监控系统
三、结语
综上所述，我国公路隧道监控系统的
设计还处于成长阶段，要使公路隧道利用
PLC对现场设备进行自动远程控制，需要
对PLC扩展功能进行研究，通过分析PLC在隧道可视化监控、通风系统、交通控
制系统、预警系统等方面的运用，实现隧道交通的有效管理。

在今后的应用过程中，还需要考虑监控系统的可控性和扩展性，让隧道监控
系统可以适应不同的道路交通条件和功能需求。

使监控系统根据PLC的发展和运
用得到升级和优化，增加监控系统的控制范围和扩大系统控制能力，以保证公路
隧道的监控管理，从而为我国交通道路系统的建设提供一定的借鉴经验。

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