隧道監(jiān)控系統(tǒng)及典型解決方案

1、隧道監(jiān)控系統(tǒng)及典型解決方案隧道是高速公路及城市公路的重要組成部分，按長(zhǎng)度分類，隧道可分為短隧道(L<250m)、中隧道(250m<L<1000m)、長(zhǎng)隧道(1000m<L<3000m)和特長(zhǎng)隧道(3000m<L)四類，一般的，對(duì)于長(zhǎng)度大于1000米的長(zhǎng)隧道和特長(zhǎng)隧道，需要監(jiān)控系統(tǒng)以保證隧道內(nèi)行車的安全和通暢。 隧道監(jiān)控系統(tǒng)主要包括監(jiān)測(cè)設(shè)備、報(bào)警設(shè)備和控制及誘導(dǎo)設(shè)備3大類。一般的，CCTV系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)(火災(zāi)檢測(cè)、報(bào)警按鈕、緊急電話)是自成系統(tǒng)的，除此之外,其它設(shè)備都通過(guò)區(qū)域控制器及其通訊網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。一般的，每條隧道的監(jiān)控分為3個(gè)層次，上層為本地

2、控制中心，中間為區(qū)域控制器，下層為各種檢測(cè)設(shè)備(車輛檢測(cè)器、能見(jiàn)度檢測(cè)器、CO濃度檢測(cè)器、風(fēng)速風(fēng)向檢測(cè)器、亮度檢測(cè)器、超高車輛檢測(cè)器等)和控制及誘導(dǎo)設(shè)備(車道控制器標(biāo)志、交通燈、可變情報(bào)板、可變限速標(biāo)志等)。在這3個(gè)層次中，區(qū)域控制器是隧道監(jiān)控系統(tǒng)的核心，它負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信息，處理后傳給本地控制中心，而本地控制中心的控制命令則發(fā)給區(qū)域控制器，再由區(qū)域控制器直接控制相應(yīng)設(shè)備。因此區(qū)域控制器應(yīng)是高度可靠的。目前多使用PLC(Programmable Logic Controller,可編程邏輯控制器)作為區(qū)域控制器的核心控制部分，PLC設(shè)計(jì)用于對(duì)穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性有極高要求的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制領(lǐng)域，對(duì)于

3、環(huán)境有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，故而可以很好的用于隧道監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)。隧道監(jiān)控系統(tǒng)中的另外一個(gè)重要組成部分就是通訊網(wǎng)絡(luò)。隨著距離超過(guò)1000m的隧道越來(lái)越多，單個(gè)隧道內(nèi)區(qū)域控制器的數(shù)量越來(lái)越多，同時(shí)，為了保證隧道的通風(fēng)、照明及交通誘導(dǎo)設(shè)備的正確運(yùn)行，各區(qū)域控制器之間的相關(guān)性也越來(lái)越強(qiáng)，因此，監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)通訊網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求，通訊網(wǎng)絡(luò)不僅要具有較高的通訊速率以保證大量數(shù)據(jù)的有效傳輸，還必須具有容錯(cuò)的能力以提高通訊的可靠性，即網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)故障時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)自恢復(fù)，同時(shí)，構(gòu)成通訊網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備必須滿足工業(yè)級(jí)要求，以適應(yīng)隧道內(nèi)苛刻的工作環(huán)境。本地控制中心一般由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控工作站(控制計(jì)算機(jī))、監(jiān)控系統(tǒng)軟件、主區(qū)域控制器及相應(yīng)的附

4、屬設(shè)施構(gòu)成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)隧道監(jiān)控系統(tǒng)的統(tǒng)一監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)軟件運(yùn)行于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控工作站上，并不斷與PLC主控制柜交換數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)地把所有設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)以顏色、閃爍、數(shù)值等方式顯示在操作界面上；而操作人員在操作界面的每個(gè)動(dòng)作，也由監(jiān)控系統(tǒng)軟件將相關(guān)的命令、參數(shù)寫(xiě)入PLC，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的手動(dòng)控制。隧道監(jiān)控系統(tǒng)的主區(qū)域控制器的性能要優(yōu)于普通區(qū)域控制器，因?yàn)楫?dāng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控工作站故障而無(wú)法完成正常的監(jiān)控功能時(shí)，主區(qū)域控制器要能夠自主的進(jìn)行交通、照明、通風(fēng)等控制功能。PLC和通訊網(wǎng)絡(luò)是隧道監(jiān)控系統(tǒng)的核心組成部分，PLC的選擇和監(jiān)控系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)的性能對(duì)隧道監(jiān)控系統(tǒng)的性能起到?jīng)Q定性的作用。根據(jù)隧道本身的特點(diǎn)和監(jiān)控需求選擇合

5、適的PLC及通訊網(wǎng)絡(luò)是保證隧道監(jiān)控系統(tǒng)性能的重要因素。對(duì)西門子隧道監(jiān)控系統(tǒng)解決方案來(lái)說(shuō)，S7-300系列PLC是區(qū)域控制器的首選，其穩(wěn)定的性能、強(qiáng)大的通訊能力以及適中的價(jià)位可以為用戶提供高性價(jià)比解決方案。在通訊網(wǎng)絡(luò)方面，西門子為用戶提供了豐富的選擇，無(wú)論是基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)構(gòu)建的PROFIBUS通訊網(wǎng)絡(luò)還是基于以太網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的工業(yè)以太網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)，都可以很好的滿足隧道監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)通訊網(wǎng)絡(luò)的性能及可靠性方面的要求。下面分別介紹一下基于PROFIBUS技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)總線解決方案和基于以太網(wǎng)技術(shù)的工業(yè)以太網(wǎng)解決方案：PROFIBUS冗余環(huán)網(wǎng)PROFIBUS是目前國(guó)際上通用的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)之一，以其獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)

6、、嚴(yán)格的認(rèn)證規(guī)范、開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)、眾多廠商的支持和不斷發(fā)展的應(yīng)用行規(guī)，已成為最重要的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61158和中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)JB/T10308.3-2001，在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中都有十分廣泛的應(yīng)用。對(duì)于隧道監(jiān)控系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，PROFIBUS可以很好的滿足其苛刻的要求。如下圖所示，監(jiān)控系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)選擇PROFIBUS冗余光纖環(huán)網(wǎng)，該光纖環(huán)網(wǎng)具有故障自恢復(fù)功能，即環(huán)網(wǎng)上任何一點(diǎn)出現(xiàn)故障都不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的正常通信；本地控制器選擇S7-300系列PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字量、模擬量和串行通信設(shè)備(如大型情報(bào)看板)的輸入、輸出及控制，S7-300 PLC通過(guò)OLM(光纖鏈接模塊)連接

7、到PROFIBUS光纖環(huán)網(wǎng)中；主監(jiān)控室的本地控制器選擇S7-400 PLC，也通過(guò)OLM連接到PROFI-BUS光纖環(huán)網(wǎng)中，在監(jiān)控室中使用觸摸屏進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制和監(jiān)視，S7-400 PLC負(fù)責(zé)整個(gè)隧道監(jiān)控系統(tǒng)的控制和協(xié)調(diào),并將監(jiān)控系統(tǒng)的信息上傳至監(jiān)控分中心,供操作人員實(shí)現(xiàn)集中的監(jiān)控。工業(yè)以太網(wǎng)冗余環(huán)網(wǎng)作為當(dāng)今LAN(局域網(wǎng))領(lǐng)域中首屈一指的網(wǎng)絡(luò)，以太網(wǎng)的市場(chǎng)占有率高達(dá)80%，廣泛的應(yīng)用于辦公網(wǎng)絡(luò)世界。工業(yè)以太網(wǎng)是基于IEEE802.3(Ethernet)的強(qiáng)大的區(qū)域和單元網(wǎng)絡(luò)，其技術(shù)上于普通以太網(wǎng)完全兼容，同時(shí)考慮到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的嚴(yán)酷工作環(huán)境和極高的可靠性要求，工業(yè)以太網(wǎng)對(duì)普通以太網(wǎng)做了相應(yīng)的完善，以適應(yīng)工業(yè)應(yīng)用的需要。如下圖所示，監(jiān)控系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)選擇工業(yè)以太網(wǎng)冗余光纖環(huán)網(wǎng)，該冗余環(huán)網(wǎng)使用西門子專有的快速冗余環(huán)技術(shù),保證了網(wǎng)絡(luò)通訊的可靠性，即網(wǎng)絡(luò)上任一點(diǎn)故障時(shí)，可在0.3秒內(nèi)恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)的正常通訊，不影響設(shè)備間的時(shí)間交換;本地控制器選擇S7-300系列PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字量、模擬量和串行通信設(shè)備(如大型情報(bào)看板)的輸入、輸出及控制，S7-300 PLC通過(guò)以太網(wǎng)通訊模塊CP343-1與光纖環(huán)網(wǎng)上的光纖交換機(jī)(OSM)連接；主