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，按長度分類，隧道可分為短隧道(L<250m)、中隧道(250m<L<1000m)、長隧道(1000m<L<3000m)和特長隧道(3000m<L)四類，一般的，對于長度大于1000米的長隧道和特長隧道，需要監(jiān)控系統(tǒng)以保證隧道內行車的安全和通暢。 隧道監(jiān)控系統(tǒng)主要包括監(jiān)測設備、報警設備和控制及誘導設備3大類。一般的，CCTV系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、報警系統(tǒng)(火災檢測、報警按鈕、緊急電話)是自成系統(tǒng)的，除此之外,其它設備都通過區(qū)域控制器及其通訊網絡來實現監(jiān)控。一般的，每條隧道的監(jiān)控分為3個層次，上層為本地

2、控制中心，中間為區(qū)域控制器，下層為各種檢測設備(車輛檢測器、能見度檢測器、CO濃度檢測器、風速風向檢測器、亮度檢測器、超高車輛檢測器等)和控制及誘導設備(車道控制器標志、交通燈、可變情報板、可變限速標志等)。在這3個層次中，區(qū)域控制器是隧道監(jiān)控系統(tǒng)的核心，它負責采集現場設備的信息，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設備。因此區(qū)域控制器應是高度可靠的。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設計用于對穩(wěn)定性、實時性有極高要求的工業(yè)現場控制領域，對于

3、環(huán)境有很強的適應能力，故而可以很好的用于隧道監(jiān)控現場。隧道監(jiān)控系統(tǒng)中的另外一個重要組成部分就是通訊網絡。隨著距離超過1000m的隧道越來越多，單個隧道內區(qū)域控制器的數量越來越多，同時，為了保證隧道的通風、照明及交通誘導設備的正確運行，各區(qū)域控制器之間的相關性也越來越強，因此，監(jiān)控系統(tǒng)對通訊網絡提出了更高的要求，通訊網絡不僅要具有較高的通訊速率以保證大量數據的有效傳輸，還必須具有容錯的能力以提高通訊的可靠性，即網絡上出現故障時能夠實現自恢復，同時，構成通訊網絡的設備必須滿足工業(yè)級要求，以適應隧道內苛刻的工作環(huán)境。本地控制中心一般由現場監(jiān)控工作站(控制計算機)、監(jiān)控系統(tǒng)軟件、主區(qū)域控制器及相應的附

4、屬設施構成，用于實現對整個隧道監(jiān)控系統(tǒng)的統(tǒng)一監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)軟件運行于現場監(jiān)控工作站上，并不斷與PLC主控制柜交換數據，實時地把所有設備的當前狀態(tài)以顏色、閃爍、數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動作，也由監(jiān)控系統(tǒng)軟件將相關的命令、參數寫入PLC，實現設備的手動控制。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，因為當現場監(jiān)控工作站故障而無法完成正常的監(jiān)控功能時，主區(qū)域控制器要能夠自主的進行交通、照明、通風等控制功能。PLC和通訊網絡是隧道監(jiān)控系統(tǒng)的核心組成部分，PLC的選擇和監(jiān)控系統(tǒng)通訊網絡的性能對隧道監(jiān)控系統(tǒng)的性能起到決定性的作用。根據隧道本身的特點和監(jiān)控需求選擇合

5、適的PLC及通訊網絡是保證隧道監(jiān)控系統(tǒng)性能的重要因素。對西門子隧道監(jiān)控系統(tǒng)解決方案來說，S7-300系列PLC是區(qū)域控制器的首選，其穩(wěn)定的性能、強大的通訊能力以及適中的價位可以為用戶提供高性價比解決方案。在通訊網絡方面，西門子為用戶提供了豐富的選擇，無論是基于現場總線技術構建的PROFIBUS通訊網絡還是基于以太網技術構建的工業(yè)以太網通訊網絡，都可以很好的滿足隧道監(jiān)控系統(tǒng)對通訊網絡的性能及可靠性方面的要求。下面分別介紹一下基于PROFIBUS技術的現場總線解決方案和基于以太網技術的工業(yè)以太網解決方案：PROFIBUS冗余環(huán)網PROFIBUS是目前國際上通用的現場總線標準之一，以其獨特的技術特點

6、、嚴格的認證規(guī)范、開放的標準、眾多廠商的支持和不斷發(fā)展的應用行規(guī)，已成為最重要的現場總線標準。PROFIBUS符合國際標準IEC 61158和中國標準JB/T10308.3-2001，在各個工業(yè)領域中都有十分廣泛的應用。對于隧道監(jiān)控系統(tǒng)通信網絡來說，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)的通信網絡選擇PROFIBUS冗余光纖環(huán)網，該光纖環(huán)網具有故障自恢復功能，即環(huán)網上任何一點出現故障都不會影響網絡的正常通信；本地控制器選擇S7-300系列PLC來實現現場數字量、模擬量和串行通信設備(如大型情報看板)的輸入、輸出及控制，S7-300 PLC通過OLM(光纖鏈接模塊)連接

7、到PROFIBUS光纖環(huán)網中；主監(jiān)控室的本地控制器選擇S7-400 PLC，也通過OLM連接到PROFI-BUS光纖環(huán)網中，在監(jiān)控室中使用觸摸屏進行現場控制和監(jiān)視，S7-400 PLC負責整個隧道監(jiān)控系統(tǒng)的控制和協(xié)調,并將監(jiān)控系統(tǒng)的信息上傳至監(jiān)控分中心,供操作人員實現集中的監(jiān)控。工業(yè)以太網冗余環(huán)網作為當今LAN(局域網)領域中首屈一指的網絡，以太網的市場占有率高達80%，廣泛的應用于辦公網絡世界。工業(yè)以太網是基于IEEE802.3(Ethernet)的強大的區(qū)域和單元網絡，其技術上于普通以太網完全兼容，同時考慮到工業(yè)現場的嚴酷工作環(huán)境和極高的可靠性要求，工業(yè)以太網對普通以太網做了相應的完善，以適應工業(yè)應用的需要。如下圖所示，監(jiān)控系統(tǒng)的通信網絡選擇工業(yè)以太網冗余光纖環(huán)網，該冗余環(huán)網使用西門子專有的快速冗余環(huán)技術,保證了網絡通訊的可靠性，即網絡上任一點故障時，可在0.3秒內恢復網絡的正常通訊，不影響設備間的時間交換;本地控制器選擇S7-300系列PLC來實現現場數字量、模擬量和串行通信設備(如大型情報看板)的輸入、輸出及控制，S7-300 PLC通過以太網通訊模塊CP343-1與光纖環(huán)網上的光纖交換機(OSM)連接；主