| 聶 銳 (雲南富硯高速公路有限公司，雲南 昆明 650118) 摘要： 本(ben)文(wen)主(zhu)要(yao)介(jie)紹(shao)了(le)平(ping)鎖(suo)高(gao)速(su)公(gong)路(lu)隧(sui)道(dao)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)的(de)構(gou)成(cheng)，給(gei)出(chu)了(le)作(zuo)為(wei)其(qi)核(he)心(xin)的(de)區(qu)域(yu)控(kong)製(zhi)器(qi)和(he)通(tong)信(xin)網(wang)絡(luo)的(de)選(xuan)型(xing)以(yi)及(ji)整(zheng)體(ti)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，具(ju)體(ti)說(shuo)明(ming)了(le)隧(sui)道(dao)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)的(de)應(ying)用(yong)，最(zui)後(hou)分(fen)析(xi)了(le)隧(sui)道(dao)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)的(de)改(gai)進(jin)和(he)發(fa)展(zhan)。 關鍵詞：可編程控製器 現場總線 隧道群 Abstract：In this paper, mainly discuss the structure of tunnel control system of PINGSUO highway. Local controller as the key device of control system and the total solution of communication networks are provided. At last, the improvement and development of tunnel control system is also analyzed. Key Words：PLC Field Bus tunnel group 平鎖高速公路是國道主幹線衡陽-南寧-昆明公路中位於雲南省境內昆明至羅村口公路中的重要路段，是雲南連接廣西出海通邊的主要通道。它全長61.31公裏，大部分路段地處南盤江及其支流甸溪河沿岸，地勢陡峭，地質複雜，沿線古滑坡體和膨脹土較多，設有隧道4道4787米，特大橋7座1837.06米，大橋55座15264.89米，中橋48座3817.66米，其中鷹嘴岩一號隧道上行線長1830米，下行線長1820米，橋梁和隧道占線路總長的23%；東接在建的衡昆國道主幹線羅村口至硯山高速公路，西接昆河公路和擬建的二河國道主幹線石林至蒙自高速公路。途經文山、紅河兩州的硯山、開遠和彌勒三縣（市）。平鎖高速公路建成通車使雲南出海通邊時間縮短一小時，對雲南乃至大西南經濟社會發展起著十分重要的作用。 以下就平鎖高速公路隧道監控係統的應用實踐作一介紹。 一、概述 公路隧道是公路發展的到一定水平和時期後的必然結果，當公路穿過山脈、河(he)流(liu)，以(yi)及(ji)為(wei)了(le)節(jie)約(yue)空(kong)間(jian)而(er)使(shi)公(gong)路(lu)穿(chuan)越(yue)城(cheng)市(shi)地(di)下(xia)時(shi)，就(jiu)產(chan)生(sheng)了(le)公(gong)路(lu)隧(sui)道(dao)。早(zao)期(qi)的(de)公(gong)路(lu)隧(sui)道(dao)沒(mei)有(you)監(jian)控(kong)或(huo)采(cai)用(yong)人(ren)工(gong)控(kong)製(zhi)監(jian)控(kong)，隨(sui)著(zhe)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)，特(te)別(bie)是(shi)現(xian)代(dai)自(zi)動(dong)化(hua)、通訊技術的發展，現代高速公路的長大隧道都采用了自動化的監控技術，隧道監控技術是伴隨著自動化技術的發展而發展起來的。 congmuqianguojishangduisuidaodeshejibiaozhunlaikan，changsuidaohetechangsuidaoxuyaojiankongxitongyibaozhengsuidaoneixingchedeanquanhetongchang。suidaojiankongxitonganzhaogegezixitongfenkefenwei：照明係統、通風係統、交通誘導係統、CCTV係統、火災報警係統、消防控製係統、緊急電話係統、廣播係統等。
按照設備的類型分可分為：檢測設備、控製設備、顯示設備和通訊設備。檢測設備如：火災報警探頭、車輛檢測器、COVI、能見度檢測儀、風速風向儀等；控製設備如交通區域控製器、照明區域控製器、通風區域控製器等；顯示設備如：計算機工作站、大屏幕監視器、聲光報警器等；通訊設備如：交換機、集線器、串口信號傳輸設備、光端機等。 dangqianzaigongchengjieyizhirentongdesuidaojiankongmoshizhuyaofenweiliangzhong，yizhongshishiyongyuduansuidaodejisanshikongzhimoshi，yizhongshishiyongyuchangsuidaodefenbushixianchangzongxiankongzhimoshi。qianzhebuxianfuza，zaojiajiaogao，youzhongkongshiduixianchangsheshijinxingkongzhiyuguanli，houzheshigongfangbian，budanzaojiajiaodi，erqiekekaoxingjiaogao，qiyoukefenweiquanfenbushixianchangzongxiankongzhihejizhongshixianchangzongxiankongzhi。quanfenbushixianchangzongxiankongzhimoshi，zhongkongshiduixianchangsheshibuzhijiejinxingkongzhi，youxianchanggezhongsheshidekongzhiqijinxingkongzhi。fenbushixianchangzongxiankongzhimoshicongwangluogouchenglaikan，yibanfen3個層次：上層為中央計算機係統，即本地控製中心，中間為區域控製器，下層為各種檢測設備和控製及誘導設備。 suidaokongzhidehexinsixiangjiushijiangsuoyouzongxiangjihengxiangdexitongyoujidijieheqilai，tongguosuanfafenxi，zuizhongshixianzhinenghuakongzhi。quyukongzhiqijiushiqishixiandehexin。gequyukongzhiqifuzecaijixianchangjianceshebeidexinxi，chulihouchuangeibendikongzhizhongxin，erbendikongzhizhongxindekongzhiminglingzefageiquyukongzhiqi，zaiyouquyukongzhiqizhijiekongzhixiangyingshebei。zaibendikongzhizhongxinyuquyukongzhiqitongxunzhongduandeqingkuangxia，quyukongzhiqirengranjubeidulikongzhixianchangshebeidenengli。yinciquyukongzhiqiyinggaoxiaoqiegaodukekao。zuoweiquyukongzhiqidehexinkongzhibufen，PLC應用最多，它的穩定性、實時性以及對環境很強的適應能力，非常適用於隧道的現場環境。 二、本地控製器選擇 隧道本地控製器是隧道監控的關鍵設備和核心產品，它承擔著隧道內各種設備（風機、燈具、檢測設備、供電設施等）數據檢測收集、分析、運算、判別傳輸和指令的發出、執行等功能，對隧道內的交通狀況、運行環境、設備狀態的監視和控製，確保各種隧道設備（風機、燈具、檢測設備、供電設施）安全有效運行，並起到平滑交通、保證安全、減少汙染和降低運營成本、節約能源的目的。因此本地控製器的選型非常重要，為了在成本節約的條件下保證性能質量，平鎖路項目業主、設計院、和項目承包人三方組織對本地控製器產品進行了考察，最終對選定性價比和開放性較高的廠家－歐姆龍公司產品。 歐姆龍公司是世界PLC的五大生產廠家之一，其PLC產品分為大、中、小三大係列，供幾十個機型。針對隧道監控係統的特定要求，我們這次選擇了歐姆龍的CS1D係列雙機冗餘型PLC，CS1係列單CPU單電源機型和經濟型的CJ1係列PLC。 CS1D作為歐姆龍公司最高檔的PLC機型，其雙機冗餘的特性有效的增強了係統的高可靠性、高穩定性，成為降低係統風險的最合適的選擇。它不僅可以實現CPU冗餘，而且還可以實現電源單元的雙重供電、雙Controller Link網通信、shuangyitaiwangtongxin，bingqiekeyishixiandanyuandezaixiangenghuan，zhexierongyunenglidexuanzekeshiyingcongjiqikongzhidaoguochengkongzhiderenyixitongdexuqiu。zaipingsuoluxiangmujiankongxitongzhong，zuoweizhukongdebendikongzhiqi，chuwanchengbiandianzhanjisuidaodequyukongzhiwai，haifuzeduiqitaquyukongzhiqidekongzhiguanlijiyujiankongzhongxinshangweijilianjiedezuoyong。yinciwomenxuanzeleCS1D用作主控本地控製器。 值得指出的是，與其他品牌冗餘PLC在兩個機架之間通過光線連接相比，歐姆龍的冗餘係統是在一個底板上實現CPU、電源以及網絡的冗餘，實驗證明該種方式的可靠程度更高。 CS1/CS1D係列PLC作為歐姆龍性價比最高的PLC係統，其應用範圍廣泛。它采用32位RISC精簡指令係統，運算速度快，其基本指令的執行速度≤0.02us；控製點數可達128000點，控製方式采用遠程帶CPU的智能分布式結構，支持工業以太網和多種現場總線，係統開放性和兼容性強，豐富的I/O及高功能模塊，完全滿足隧道監控係統對信號處理的要求。 在隧道內的一般區域控製器，我們選擇了歐姆龍公司更為經濟的CJ係列PLC。該係列PLC采用了與CS1係列相同的RISC係統內核，具有更快的處理速度、更小的尺寸、更迅速的數據傳送等特點，同時與CS1一樣，支持工業以太網以及多種現場總線，這種精小型PLC在隧道中的應用也相當廣泛，且編程與CS1係列相同。 歐姆龍致力於PLC的研發，其不同型號的產品升級平滑，兼容性好，尤其是在隧道監控係統運行一定周期後的係統升級顯得尤為有利。
三、網絡的選擇 隧道監控係統，分布性強，幹擾強，環境較差。網絡係統對隧道監控安全、可靠、有效的運行非常重要。我們分析了隧道監控網絡應用的現狀及歐姆龍公司的工業自動化網絡體係。 在隧道監控係統的結構上，國內公路監控係統在管理體製上主要是三級管理，即管理中心、管理分中心和管理所。由於管理所不直接對隧道的設備進行控製，因此工程界按照係統結構的劃分把監控係統劃分為信息層、控製層、和設備層。針對這三層網絡，世界上主流的自動化廠家都有相應的產品，如表一所示。 信息層 控製層 設備層
速率 名稱 速率 名稱 速率 名稱
Omron 100M/10M Ethernet 100M/10M Ethernet/IP 12M Profibus/DP
100M/10M Ethernet/IP 2M Controller Link 500K DeviceNet
Schneider 100M/10M Ethernet 100M/10M Ethernet 19.2K Modbus
100M/10M Modbus-TCP/IP 1.5M Modbus-Plus
Rockwell 100M/10M Ethernet 100M/10M Ethernet 500K DeviceNet
100M/10M Ethernet/IP 1.5M,5M(<100m) ControlNet
Siemens 100M/10M Ethernet 100M/10M Ethernet 12M Profibus/DP
100M/10M ProfiNet 1.5M Profibus/FMS 表（一） 三層網絡構成一覽表 第一層為信息層，主要負責大量信息及不同廠家不同設備之間的信息傳輸，工業以太網Ethernet為目前較常用的一種信息網絡，世界各大PLC生產廠商均支持工業以太網。但是，由於Ethernet的(de)實(shi)時(shi)性(xing)不(bu)及(ji)工(gong)業(ye)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)，如(ru)果(guo)直(zhi)接(jie)參(can)與(yu)實(shi)時(shi)控(kong)製(zhi)不(bu)能(neng)夠(gou)實(shi)時(shi)的(de)收(shou)發(fa)各(ge)種(zhong)控(kong)製(zhi)數(shu)據(ju)。為(wei)此(ci)各(ge)自(zi)動(dong)化(hua)廠(chang)商(shang)近(jin)年(nian)推(tui)出(chu)了(le)實(shi)時(shi)的(de)工(gong)業(ye)以(yi)太(tai)網(wang)，歐(ou)姆(mu)龍(long)和(he)羅(luo)克(ke)維(wei)爾(er)產(chan)品(pin)為(wei)Ethernet/IP，施奈德采用Modbus-TCP/IP，西門子的為ProfiNetdeng。zaisuidaojiankongshangyitaiwangzhuyaoyongyugegesuidaoguanlisuoyujiankongzhongxindeshujuchuanshu，baokuogezhongjiaotongliuliangxinxi，gechuanganqishujudengdalianglishishujuxinxi。 第di二er層ceng為wei控kong製zhi層ceng，主zhu要yao采cai用yong現xian場chang總zong線xian組zu成cheng隧sui道dao區qu域yu控kong製zhi器qi網wang絡luo，其qi特te點dian是shi由you於yu采cai用yong了le標biao準zhun總zong線xian組zu網wang，既ji能neng滿man足zu實shi時shi通tong信xin的de要yao求qiu，又you具ju有you開kai放fang協xie議yi的de標biao準zhun接jie口kou，能neng在zai總zong線xian上shang方fang便bian的de掛gua接jie各ge種zhong外wai場chang設she備bei，有you利li於yu監jian控kong係xi統tong的de未wei來lai擴kuo展zhan。目mu前qian，現xian場chang總zong線xian有you40多種，在公路監控係統中應用的現場總線主要有Controller Link、LonWorks、Inetrtbus、Profibus、Can和Modbus。他們的共同特點是高速、高可靠，適合PLC與計算機、PLC與PLC及其它設備之間的大量數據的高速通訊。隨著各自動化廠商近年推出了實時的工業以太網，傳輸速率都在100M左(zuo)右(you)，目(mu)前(qian)控(kong)製(zhi)層(ceng)采(cai)用(yong)以(yi)太(tai)網(wang)也(ye)越(yue)來(lai)越(yue)普(pu)及(ji)，但(dan)以(yi)太(tai)網(wang)為(wei)總(zong)線(xian)型(xing)或(huo)星(xing)型(xing)結(jie)構(gou)，需(xu)要(yao)通(tong)過(guo)光(guang)纖(xian)交(jiao)換(huan)機(ji)將(jiang)其(qi)轉(zhuan)換(huan)為(wei)光(guang)纖(xian)冗(rong)餘(yu)環(huan)網(wang)結(jie)構(gou)，從(cong)而(er)進(jin)一(yi)步(bu)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)可(ke)靠(kao)性(xing)。 第三層為設備層，這一層用於PLC與現場設備、遠程I/O端子及現場儀表之間的通訊，它們有DeviceNet、Modbus以及Profibus/DP等，其中DeviceNet已經成為工業界的標準總線而得到了廣泛的應用，Profibus/DP應用也相當廣泛。歐姆龍公司PLC不僅可以支持DeviceNet，而且也支持Profibus/DP和Modbus總線。同時由歐姆龍公司自行研發的CompoBus/D，CompoBus/S總線，也符合DeviceNet通信規約，廣泛應用於各種現場設備的控製。 在平鎖路的實踐中，我們信息層、控製層都采用了Ethernet，著使得係統結構更為簡潔，設備層采用了DeviceNet。三層網絡之間的通訊編程，我們采用了歐姆龍編程軟件包中集成的FinsGateway，這是一個非常方便的驅動，他使得信息層、控製層、設備層三層網絡間無縫連接，從而使得組網通信編程變得極其簡單。 除了以上三層網絡，隧道監控實際還有一種應用很多的通訊方式，即RS-232/RS-485串行通訊接口。歐姆龍PLC支持的串行通訊協議宏，能夠自定義通訊協議，使用期來非常方便。現場各種車檢器、情報板等與PLC之間的通訊編程都通過協議宏來解決。 三、整體方案 平鎖路監控係統整體方案結構為，白家田、鷹嘴岩隧道群、飛魚澤隧道PLC采用了歐姆龍CS1D係列主控和CS1/CJ1係列分控。白家田、鷹嘴岩隧道群，左洞隧道內總共有11台區域控製器，右洞隧道內總共有14台區域控製器。這些區域控製器承擔著隧道內各種照明、通風、交通誘導設備、指示設備、車檢器、CO/VI設備等的測控任務。主控采用CS1D，以提高可靠性，0號PLC采用CS1係列，其餘隧道內安等距離分布的本地控製器，采用CJ1係列PLC。所有本地控製器通過100Mbps以太網接口與MOXAdeguangxianjiaohuanjilianjie，tongguoguangxianjiaohuanjilianjiechengguangxianrongyuhuanwang，bingyujiankongzhongxinxianglian，dangguangxianrongyuhuanxingyitaiwangjubuxianlusunhuai，xinhaohuizidongconglingyifangxianghuanhui，congerbaozhengtongxundelianxuxing。weiletigaokecaozuoxing，zaibiandianshihaipeibeileoumulongNS係列的彩色觸摸屏，用於人機交互。 整個控製係統的結構見附圖一。
附圖（一）係統結構圖 目前平鎖高速公路已建成通車，整個監控係統運行正常，達到了我們設計目標的要求和性能。 四、改進與發展 當時我國隧道監控係統的設計和實施正處於一個成長的時期，係統的需求、設計、結(jie)構(gou)以(yi)及(ji)係(xi)統(tong)的(de)控(kong)製(zhi)仍(reng)然(ran)存(cun)在(zai)不(bu)完(wan)善(shan)的(de)地(di)方(fang)，同(tong)時(shi)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)也(ye)給(gei)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)的(de)改(gai)進(jin)創(chuang)造(zao)了(le)條(tiao)件(jian)和(he)基(ji)礎(chu)，也(ye)使(shi)建(jian)設(she)合(he)理(li)的(de)隧(sui)道(dao)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)成(cheng)為(wei)可(ke)能(neng)。 從係統的需求來看，一方麵要兼顧係統的穩定、可靠與可控，也要反映係統的先進、經濟與可擴展，同時也要使操作便捷與維護方便；另一方麵，針對不同的交通條件和功能要求確定係統的規模和冗餘度的大小，確定係統的合理集成方式、係統網絡的構成與拓撲結構形式以力求係統的可靠性、穩定性、先進性與經濟性的有機結合。 從係統的設計來看，除考慮係統的規模和設計方法外，也要考慮新技術的應用，使整個係統既先進又實用。 從係統的結構來看，當前我國普遍采用三級隧道管理和分布式現場總線控製方式，事實上，主從式結構的現場總線如Profibus，youyuxitongdekekaoxingshouzhukongzhiqidezhiyue，bingbushiyongyuquanfenbushixianchangzongxiankongzhi，caiyongduidengdeziyuwangluoshijinhoudeyigefazhanqushi，tongshizhenduiweilaiwangluojishuyingjuyoukaifangxing、互操作性、通信介質不受限製、操作係統結構全麵、拓撲多樣化、通信協議具有可移植性等特點，今後的發展將是采用基於Web站點與工業以太網相結合的方法，通過互聯網實現遠程控製。 從係統的控製來看，當前我國公路監控普遍存在著隻監不控，或監強控弱的現象，交通信息、環境信息得不到很好利用，對於隧道控製，要針對不同現象，采用不同的控製方法。 今後我國的隧道監控係統的發展是，在原有基礎上，按照監測與控製適當分離、最大限度的集中監測、靈(ling)活(huo)機(ji)動(dong)的(de)現(xian)場(chang)控(kong)製(zhi)的(de)總(zong)體(ti)思(si)想(xiang)，逐(zhu)步(bu)改(gai)進(jin)，使(shi)得(de)隧(sui)道(dao)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)的(de)建(jian)設(she)更(geng)趨(qu)合(he)理(li)。隨(sui)著(zhe)高(gao)速(su)公(gong)路(lu)隧(sui)道(dao)建(jian)設(she)的(de)發(fa)展(zhan)，節(jie)能(neng)已(yi)成(cheng)為(wei)重(zhong)要(yao)問(wen)題(ti)提(ti)到(dao)議(yi)事(shi)日(ri)程(cheng)上(shang)來(lai)，監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)如(ru)何(he)能(neng)根(gen)據(ju)交(jiao)通(tong)量(liang)、隧道的長短、地質特征、環境特征有效的控製燈具、風機的節能，是我們下一步應該重點考慮的主要問題。 [參考文獻] [1] 胡劍波 PLC在隧道自動化中的應用 《工業儀表與自動化裝置》
[2] 韓直 公路監控係統的需求與發展 《國際交通配套與智能化》
[作者簡介] 聶銳 雲南富硯高速公路有限公司 工程部長
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