高速公路隧道机电工程控制系统设计与实现

摘要

进入21世纪以来，在国家政策的推动下，中国路网结构不断完善，隧道规模不断扩大，已成为“公路隧道大国”。但与发达国家相比，我国高速公路隧道运营阶段，隧道机电工程存在建设年度跨度大、设计脱离隧道实际情况、控制系统不能满足现阶段运维需求、车辆运行环境恶劣等问题，因此科学合理的设计隧道机电工程，开发一套完善的隧道机电控制系统，对于改善隧道行车环境和降低运营成本，助力我国迈向“公路隧道强国”具有重要意义。　　本文详细分析了隧道机电控制系统的国内外研究现状和采用的关键技术，并对娄衡高速下辖隧道机电控制系统开展需求分析。针对隧道运营需求和实际情况，通过严密的计算分析，对交通、照明、通风、火灾报警和电力监控等系统进行设计，并提出不同控制方案和策略。　　根据隧道机电控制系统特点和运营要求，基于GIS技术、构件技术、中间件技术设计了隧道控制系统上位机交互界面和控制软件，实现了设备的远程联动控制和日常监控。本地PLC、主控PLC和上位机之间采用工业以太环网优化设计，提升下位机控制效果和机电设备运维效率。针对PLC点位关系和控制优先级，利用欧姆龙PLC编写控制程序，实现对隧道交通监控、照明和通风等各子系统的实时控制。最后给出车道指示标志、交通信号灯、环境监测等设备的梯形图编程方案。　　娄衡高速下辖三个隧道机电控制系统自从投入运行以来，系统运行稳定可靠，设备维护快捷方便，大幅度提升了隧道机电运营效率，证明了系统设计的科学性和先进性，对隧道机电工程的设计和控制系统研究具有积极意义。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 研究现状小结

1.4 本文主要研究内容

第2章 关键技术

2.1 可编程逻辑控制器概述

2.1.1可编程逻辑控制器特点

2.1.2可编程逻辑控制器的功能

2.2 PLC通信网络技术

2.2.1 PLC网络通信类型

2.2.2 Controller Link网的特点及构成

2.2.3 Ethernet网络构成

2.2.4 EIP网络的特点

2.3 CX-Programmer及功能块技术

2.3.1 CX-Programme编程软件

2.3.2 CX-Programmer编程软件的特点

2.3.3 CX-Programmer编程软件的基本功能

2.3.4 PLC编程语言及步骤

2.3.5功能块

第3章 隧道机电监控系统需求分析

3.1 隧道监控系统构成

3.2 隧道机电监控需求分析

3.2.1 总体需求

3.2.2 用户管理需求

3.2.3 交通监控需求

3.2.4 通风控制需求

3.2.5 照明控制需求

3.2.6 火灾消防需求

3.3 隧道监控系统控制方式

3.4 隧道机电监控系统功能

3.4.1 系统功能

3.4.2 软件功能

第4章 隧道机电监控系统总体设计

4.1 隧道监控系统设计原则

4.2 隧道监控等级划分

4.3 隧道交通监控子系统

4.3.1 隧道交通监控子系统设备

4.3.2 隧道交通子系统控制方案

4.3.3 隧道交通监控子系统功能

4.3.4 隧道交通流控制方案

4.4 隧道照明监控子系统

4.4.1 照明系统概述

4.4.2 照明控制方式

4.4.3 照明系统方案设计

4.5 隧道通风监控子系统

4.5.1 设计条件

4.5.2 隧道通风方案设计

4.5.3 风机运行方案

4.6 隧道火灾消防子系统

4.7 隧道电力监控子系统

4.7.1 电力监控概述

4.7.2 SCADA系统

第5章 隧道机电控制系统详细设计与实现

5.1 系统软件设计

5.1.1 软件架构设计

5.1.2 开发工具

5.1.3 功能模块设计

5.1.4 数据库设计

5.2 隧道监控上位机软件设计

5.2.1 隧道总貌模块设计

5.2.2 交通监控模块设计

5.2.3 隧道通风模块设计

5.2.4 隧道照明模块设计

5.2.5 火灾报警联动设计

5.2.6 上位机与下位机通信实现

5.3 隧道监控下位机控制系统设计

5.3.1 系统方案设计

5.3.2 系统硬件配置

5.3.3 PLC点位关系设计

5.3.4 系统软件设计步骤

5.3.5 控制优先级

5.3.6 交通信号灯控制

5.3.7 车道指示标志控制

5.3.8 环境检测

5.3.9 调试与连机

5.4 上下位机系统实现展示

5.4.1 上位机系统

5.4.2 下位机系统

结论

参考文献

致谢

附录