工业以太网DCS公路隧道监控

1、基于工业以太网的 DCS 公路隧道监控系统 摘要： 介绍了隧道监控系统的构成和功能，阐述了工业以太网、区域控 制器、隧道通风子系统、隧道照明子系统的特点。 关键词： 隧道监控系统；工业以太网；区域控制器 随着我国高速公路的发展，特别是国家高速公路网规划新 路网的实施，一批长、特长隧道相继建成。新路网由 7 条首都放射线、 9 条南北纵向线和18条东西横向线组成。我国将用30年，投资2万亿 元，形成 85 万 kra 国家高速公路网。根据交通部最新公布，我国 2004 年公路隧道统计资料（不包括香港、澳门特别行政区和台湾省的数 据），全国共有公路隧道 2495座，累计长度约124. 56万m；其

2、中特长 隧道33座，计12. 63万m；长隧道299座，计49. 33万m 公路隧道不同于铁路隧道，需要安全、人性化的照明、通风设 施，更需要一整套合理、周密的紧急事件救助方案。随着我国经济的持 续快速发展，近年来交通运输量更是迅猛增加，行经隧道的车辆如果较 为密集或者行驶缓慢时，会造成污染物（如 co）的增加，能见度的下 降。公路隧道在整个路段属于特殊构造段，因为隧道空间小，密闭性 强，一旦发生火灾、事故、交通拥堵，隧道内的环境会发生急剧恶化， 直接影响到司乘人员的健康和生命安全，因此，对隧道监控系统提出了 更高的要求。 1 隧道监控系统的结构 高速公路隧道监控系统在一定程度上是一个闭环控制

3、系统，包 括环境检测及交通控制系统、照明控制系统、通风控制系统、火灾报警 系统、CCTV系统、消防控制系统、紧急电话通信系统以及电力监控系统 隧道工程的典型特点是距离长、规模大、站点多、通讯对象 多，公路隧道一般是上下行分离、双洞、单向行驶双车道隧道。隧道内 设置照明、通风、区域控制、消防、排水、紧急电话、通信、交通诱导 设备等多种设备，以确保隧道安全、正常通行。因此，对这些设备的正 确调度，监控、监视是隧道安全畅通所必须的，尤其在事故状况下，更 是保证人身、设备安全的关键。隧道监控系统工业以太网网络拓扑结构 见图1 MW1阳卑 地套瓠”打甲机 LI AlfWtRA 1 jwi06og_l 豪

4、肌EDfOOV err 100 Mb冗余以太网自愈比纤坏网 AffriX 网阿l ED6OQ8 直电所 RJSRFi Khtoa LC 图1腔遇懿控購貌工业以玄问网堵拓扑结构图 该网络通过区域控制器的10Mb/looMb的光纤自愈环网进行连 接通信，因采用的是自愈式光纤以太冗余环网，这样即使在一端光纤断 幵的情况下，光纤冗余环网中的所有控制器仍然能够通过另外一端光纤 进行正常的通信，保证了通信的可靠性。另外，区域控制器除了分别采 集每个变电站的信息外，还控制隧道内的通风、照明和对洞的交通诱导 设备（可变情报板、可变限速标志、横洞指示标志、车道指示器等）、 交通检测设备（如车辆检测器）、环境检测

5、设备（如CO检测仪、透过率 检测仪、能见度检测等）和照明检测设备等信息分别单独进行采集。控 制室服务器另外，BT仓库同时具有搜索和存储各大 BT发布网站上的 Torrent 文件信息两大功能，以方便大家浏览、查询。在软件内部无缝集 合了 BT种子下载功能，可直接下载 BT种子并在下载完毕后直接打幵相 关联的BT下载软件。 它实现Torre nt文件信息本地化，可把相关 BT发布网站上 最新发布的 Torrent 文件信息下载到本地硬盘，方便浏览。可预览文件 详细相关信息，当鼠标在数据列表中的数据名称上静止指定的时间时， 将会自动弹出信息提示框，在其中显示详细相关信息。具有数据排序功 能，可按添

6、加时间、文件大小、文件名称、当前种子数、连接用户数等 进行排序。具有搜索功能，只需输入搜索关键字，按一下 Enter 键，即 可搜索到想要的电影、连续剧、综艺节目以及动漫等信息。下载功能方 便，只需双击数据列表中的数据名称就可以下载相关的 torrent 文件， 在下载完毕后，如果您的电脑上已经安装有BT下载软件的话，则会自动 运行此软件，并直接在其中打开 torrent 文件。 是真正合法的，大文件通常都是占据很多空间的音频文件，而 其中很多则是电视节目或者盗版电影，BT很擅长传播这些文件。 BT会使人人都可能成为广播电视公司，你不再需要广播电视网 就能展示你的产品，只要把电视节目压缩成电脑

7、文件，加入BT协议，把 它放在互联网上就可以了。用户只要点击链接，把它下载下来，在任何 时候都能观看。据权威人士预计，随着大大小小的制片商纷纷利用这种 低成本的分销渠道，将会有大量新的电视节目推出。英国广播公司BBC 于2005年8月宣布了 MyBBCPIayer的计划，这个系统使用相似的P2P协 议，观众可以合法下载 BBC的部分电视节目。澳大利亚影视广播学院互 动媒体讲师Mark，Pesce称，BT不仅将改变电视分销的方式，而且将改 变电视节目制作的方式。BT势必能不断发展，它将改变网络媒体行业， 这就像是一场Intemet革命。通过Etemet与上级控制中心联系。隧道内 设备断面分布见图

8、2。 图2设备斯面分布图(m) 2隧 道 监 控 系 统 的 功 能 (1)根据能见度参数来确定此时的洞口限速值等相关交通信 息。检测隧道内能见度参数分为几个级别，每个级别对应不同的限速 值，并在软件中可灵活修改参数。对于人工发布的文字信息，将列有一 定的常用内容供操作人员选择。 （ 2）可针对紧急电话、巡逻车、养护部门送来的各种隧道维 护、事故等信息进行人工输入，包括事故的发生时间和终止时间、地 点、类型、事故检测的手段、事故处理过程中采用的监控措施、事故描 述等。 （3）隧道照明将根据光强检测仪检测的参数，结合此时的隧道 运行状况（正常、堵塞、火灾等）由隧道管理站进行自动控制。 （4）通过

9、设在隧道洞口和隧道内的摄像机进行监视并录像，确 认区域内的交通状况。 （5）可监视隧道通风系统、照明系统的工作状况。 （6）利用设在隧道内 CO VI 检测器检测该区域的环境情况， 并对通风系统进行相应控制提供必要的参数。 （7）利用车辆检测器对交通量、平均车速、占有率等参数进行 检测，通过运算可得出交通拥挤、阻塞（几个级别）、事故或车辆故 障，并进行报警。 （ 8 ）利用设在隧道内的火灾自动检测器和手动报警按钮来自 动、手动检测上传隧道内火灾信息。 （9）当检测到隧道内有火灾、交通阻塞、紧急电话报警时，可 自动切换相应摄像机显示画面并录像。 （ 10 ） 通 过 摄 像 机 确 认 隧 道

10、内 事 件 状 况 后 ， 系 统 可 自 动提示控制方式，待人工确认后即可发布信息，也可人工重新 设定控制命令。 （11）根据不同事件类型和发生位置，系统具有对应的唯一的 控制方案。 （12）可 通过可变情报板（ 洞外）、小型可变 情报板（洞 内）、洞口交通信号灯、车道指示器、横通道指示器、 有线广播系统等设施进行信息发布。 （13）在出现交通异常或事故情况下，值班员可通过指令电话 调度巡逻车以及高速公路管理人员辅助控制， 并可通过调节与本隧道相邻的收费站开启收费车道数来调节主 线交通量。 （14）对于控制命令的自动提供，发布时由值班员经过确认后 再进行人工发布。 （15）对于以下设备的工作

11、状态和设备故障信息，将在监控计 算机和监视屏墙上实时显示，并可对发布设备正在显示的内容进行显 示： 手动报警按钮、火灾自动检测器、车辆检测器、可变情报板、 小型可变情报板、可变限速标志、紧急电话、CO VI 检测器、光强检测 仪、洞口交通信号灯、车道指示器、横通道指示器等。 （16）隧道管理站可对隧道图像进行控制、切换显示及录像， 并保证在隧道出现异常时可实现单洞全长监视功能。在隧道出现火灾时 视频控制矩阵可根据火灾报警点的位置自动切换附近摄像机的图像到控 制台的监视器上显示并触发录像机自动录像 17）在隧道内发生火灾、交通异常、环境条件异常时，隧道 处的交通诱导系统（包括洞口交通信号灯、车道

12、指示器、横通道指示 器、可变限速标志、可变情报板、小型可变情报板）、风机和照明等系 统的运行将保证隧道交通运行安全，所有信号标志是连锁动作，不会出 现矛盾的信号显示，实现安全控制功能。 （18）隧道管理站向收费监控片区中心实时自动传输一些必要 的数据、图像及报警信息，包括车辆检测器、紧急电话的信息，可变情 报板发布的内容。 （19）隧道管理站可接收收费监控片区中心发布的各种控制命 令和系统参数信息。另外，隧道管理站可接受收费监控片区中心下发的 网络时钟时间，可自动校正计算机时间，保证计算机系统的时钟统一。 （ 20 ） 隧 道 管 理 站 向 收 费 监 控 片 区 中 心 上 传 图 像 信

13、 号 。 （21）监控系统方案、设备、软件、数据库结构和格式等方面 将充分考虑收费监控片区中心及省监控系统的情况，实现设备联网和软 件兼容。 3 工 业 以 太 网 和 区 域 控 制 器 隧 道 现 场 设有变电站控制室，室内设控制柜、动力柜，安装有PLC供电 回路等，分别控制相关的照明、通风、区域控制等设备。各PLC对照 明、通风、本地控制系统信息进行采集，同时按所设定的程序以及上位 机的指令进行相应的动作。采集的信息经PLC10Mb 100Mb 光纤以太冗余 环 网 传 至 控 制 室 中 央 计 算 机 上 ， 实 现 联 网 。 另外，在隧道监控中心的服务器上汇集了隧道各个设备实 时

14、信息，所以本地控制器不仅能快速交换实时数据，进行数据采集，还 能接受和执行上位机的指令，通过服务器可对现场任一设备（照明、通 风、本地控制器）发布操作命令。为此，隧道主控制器选用 PLC 作为区 域控制器，它具有高速信息交换能力和良好控制功能。 在每台 PLC上安装有 Rs-_485/ RS422或Rsr-_232通讯端 口，以便与多参数智能变送器、限速控制器、可变情报板显示控制器等 仪表控制设备相连，串行通信的数据协议是随着制造商和设备而变的。 协议的差别使得不同厂商生产的设备间的通信非常困难，即使它们的电 气标准相同，PI通过易于建立的用于匹配所连接的设备协议的协议宏 解决了这个问题，协议

15、宏使得开发方不需要编写专门的通信程序与第三 方设备进行通信，原则上 PI能和任何带 Rs-232c, RS-422或RS-485接 口的设备进行通信。 在本控制系统中用于控制照明、通风、电力、交通等设备的各 个区域控制器均采用独立的控制程序，而且有两个区域控制器分别配置 了一台人机交互用的触摸屏，通过PLC和触摸屏可以实现对照明、通 风、电力监控、交通监控等各部分的监视、控制。控制室中央计算机则 通 过 Ethernet 与 上 级 控 制 中 心 联 系 。 光纤以太冗余环网是 PLC 一个重要的网络，它支持在PLC之间 及 PLC 和上位机之间的自动数据交换，也可使用信息服务进行可编程的

16、数据传送， 隧道监控系统用光纤以太冗余环网来进行数据通信。 4通风控制子系统 据，控制风机的运行台数、风向和运行时间，实现节能运行和保持风机 较佳寿命的控制运行，并在发生火灾时，根据不同地点，进行相应的火 灾排烟处理，保证隧道的安全及运行环境的舒适性 一般隧道的通风控制子系统控制方式可以有如下四级：第一， 监控中心（自动控制、人工远程控制）；第二，隧道监控室（自动控 制、人工控制）；第三，隧道变电所（人工手动控制）；第四，通风机 开关箱（人工手动控制） 正常情况下将隧道变电所的风机控制转换开关置于“自动” 位，由监控中心实现通风控制子系统的监控，自动完成子系统的各项功 能。系统在发生故障或需要

17、时经过转换应在前三级的任一级上维持系统 的正常运行。在对通风设备和通风控制子系统需要进行维修和测试时则 采取隧道监控室人工控制、变电所人工控制、通风机开关箱处人工控制 的方式 CO 通风控制子系统由监控中心工作站、隧道设备室区域控制器、 通风控制柜、隧道内风机、 CO 检测器和透过率检测器、连接电缆、电源 电缆等组成。 CO 检测器和透过率检测器设在隧道内，用于检测隧道内 浓度和能见度情况，由本地控制器采集数据，监控系统将检测数据与标 准值进行比较控制风机的启停 通风系统设计在隧道内的通风控制柜，能完成本地的人工控 制，并且预留遥控遥信条件。监控系统在隧道变电站设有本地控制器。 与通风控制柜用

18、继电器接点输出相连，以保证对风机的遥控，每个单洞 进行独立控制，尽量减少相互之间的影响 对监控系统自动控制风机来看是将一个断面上的两台风机作为 一组进行控制，由通风系统返回每台风机的状态信号，即风机的正转、 反转、停止、故障等信号，输入输出之间有电磁隔离措施。 5 隧 道 照 明 控 制 子 系 统 隧道照明控制子系统根据检测到的洞内外光强数据、交通 量变化以及白天、黑夜等情况，控制隧道的照明系统，调节出入口以及 洞内的照明，保证行车的安全，以及在满足照明要求的情况下达到节能 运行的目的，同时对洞内照明以及照明控制设备的状况进行监视。 隧道照明控制子系统由监控分中心计算机、隧道设备室本地控 制器、照明控制柜、隧道内灯具、连接电缆等组成。监控分中心计算 机、隧道本地控制器都可进行照明控制，在隧道至监控分中心的通信出 现故障时，可直接在本地控制器上操作，以保证隧道正常运营。 照明系统在隧道内设照明控制柜等设备，能完成本地的人工和 自动控制，并且预留监控装置遥控、遥信的条件，提供控制每路照明的 继电器接点，监控系统在隧道变电站设有本地控制器，直接与照明控制 柜的继电器接点相连，以保证