隧道监控系统及典型解决方案

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<250

m）、中隧道（250m<L<1000m）、长隧道（100（）m<Lv3000m）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拈监测设备、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（ProgrammablcLogicConirollcr,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「对稳定性、实时性有极高要求的工业现场控制领

域，对于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P

ROFIBUS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、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IEC61158和中国标准用“10308.3-20（）1,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I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,

S7-3OOPLC通过OLM（光纤链接模块）连接到PROFIBUS光纤环网中；主监控室的本地控

制器选择S7-400PLC,也通过OLM连接到PROFLBUS光纤环网中，在监控室中使用触摸

屏进行现场控制和监视，S7-400PLC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IEEE8()2.3(Elhernet)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元纤环网，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