隧道监控系统及典型解决方案

1、隧道监控系统及典型解决方案隧道是高速公路及城市公路的重要组成部分，按长度分类，隧道可分为短隧道(L<250m)、中隧道(250m<L<1000m)、长隧道(1000m<L<3000m)和特长隧道(3000m<L)四类，一般的，对于长度大于1000米的长隧道和特长隧道，需要监控系统以保证隧道内行车的安全和通畅。 隧道监控系统主要包括监测设备、报警设备和控制及诱导设备3大类。一般的，CCTV系统、广播系统、报警系统(火灾检测、报警按钮、紧急电话)是自成系统的，除此之外,其它设备都通过区域控制器及其通讯网络来实现监控。一般的，每条隧道的监控分为3个层次，上层为本地

2、控制中心，中间为区域控制器，下层为各种检测设备(车辆检测器、能见度检测器、CO浓度检测器、风速风向检测器、亮度检测器、超高车辆检测器等)和控制及诱导设备(车道控制器标志、交通灯、可变情报板、可变限速标志等)。在这3个层次中，区域控制器是隧道监控系统的核心，它负责采集现场设备的信息，处理后传给本地控制中心，而本地控制中心的控制命令则发给区域控制器，再由区域控制器直接控制相应设备。因此区域控制器应是高度可靠的。目前多使用PLC(Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器)作为区域控制器的核心控制部分，PLC设计用于对稳定性、实时性有极高要求的工业现场控制领域，对于

3、环境有很强的适应能力，故而可以很好的用于隧道监控现场。隧道监控系统中的另外一个重要组成部分就是通讯网络。随着距离超过1000m的隧道越来越多，单个隧道内区域控制器的数量越来越多，同时，为了保证隧道的通风、照明及交通诱导设备的正确运行，各区域控制器之间的相关性也越来越强，因此，监控系统对通讯网络提出了更高的要求，通讯网络不仅要具有较高的通讯速率以保证大量数据的有效传输，还必须具有容错的能力以提高通讯的可靠性，即网络上出现故障时能够实现自恢复，同时，构成通讯网络的设备必须满足工业级要求，以适应隧道内苛刻的工作环境。本地控制中心一般由现场监控工作站(控制计算机)、监控系统软件、主区域控制器及相应的附

4、属设施构成，用于实现对整个隧道监控系统的统一监控。监控系统软件运行于现场监控工作站上，并不断与PLC主控制柜交换数据，实时地把所有设备的当前状态以颜色、闪烁、数值等方式显示在操作界面上；而操作人员在操作界面的每个动作，也由监控系统软件将相关的命令、参数写入PLC，实现设备的手动控制。隧道监控系统的主区域控制器的性能要优于普通区域控制器，因为当现场监控工作站故障而无法完成正常的监控功能时，主区域控制器要能够自主的进行交通、照明、通风等控制功能。PLC和通讯网络是隧道监控系统的核心组成部分，PLC的选择和监控系统通讯网络的性能对隧道监控系统的性能起到决定性的作用。根据隧道本身的特点和监控需求选择合

5、适的PLC及通讯网络是保证隧道监控系统性能的重要因素。对西门子隧道监控系统解决方案来说，S7-300系列PLC是区域控制器的首选，其稳定的性能、强大的通讯能力以及适中的价位可以为用户提供高性价比解决方案。在通讯网络方面，西门子为用户提供了丰富的选择，无论是基于现场总线技术构建的PROFIBUS通讯网络还是基于以太网技术构建的工业以太网通讯网络，都可以很好的满足隧道监控系统对通讯网络的性能及可靠性方面的要求。下面分别介绍一下基于PROFIBUS技术的现场总线解决方案和基于以太网技术的工业以太网解决方案：PROFIBUS冗余环网PROFIBUS是目前国际上通用的现场总线标准之一，以其独特的技术特点

6、、严格的认证规范、开放的标准、众多厂商的支持和不断发展的应用行规，已成为最重要的现场总线标准。PROFIBUS符合国际标准IEC 61158和中国标准JB/T10308.3-2001，在各个工业领域中都有十分广泛的应用。对于隧道监控系统通信网络来说，PROFIBUS可以很好的满足其苛刻的要求。如下图所示，监控系统的通信网络选择PROFIBUS冗余光纤环网，该光纤环网具有故障自恢复功能，即环网上任何一点出现故障都不会影响网络的正常通信；本地控制器选择S7-300系列PLC来实现现场数字量、模拟量和串行通信设备(如大型情报看板)的输入、输出及控制，S7-300 PLC通过OLM(光纤链接模块)连接

7、到PROFIBUS光纤环网中；主监控室的本地控制器选择S7-400 PLC，也通过OLM连接到PROFI-BUS光纤环网中，在监控室中使用触摸屏进行现场控制和监视，S7-400 PLC负责整个隧道监控系统的控制和协调,并将监控系统的信息上传至监控分中心,供操作人员实现集中的监控。工业以太网冗余环网作为当今LAN(局域网)领域中首屈一指的网络，以太网的市场占有率高达80%，广泛的应用于办公网络世界。工业以太网是基于IEEE802.3(Ethernet)的强大的区域和单元网络，其技术上于普通以太网完全兼容，同时考虑到工业现场的严酷工作环境和极高的可靠性要求，工业以太网对普通以太网做了相应的完善，以适应工业应用的需要。如下图所示，监控系统的通信网络选择工业以太网冗余光纤环网，该冗余环网使用西门子专有的快速冗余环技术,保证了网络通讯的可靠性，即网络上任一点故障时，可在0.3秒内恢复网络的正常通讯，不影响设备间的时间交换;本地控制器选择S7-300系列PLC来实现现场数字量、模拟量和串行通信设备(如大型情报看板)的输入、输出及控制，S7-300 PLC通过以太网通讯模块CP343-1与光纤环网上的光纤交换机(OSM)连接；主