云星宇RTU在隧道群智能控制中的典型應(yīng)用

1 概述
漳龍高速公路機(jī)電項(xiàng)目起于漳州收費(fèi)站，與廈漳高速公路形成“T”形骨架，終于漳州龍巖市界處的石崆山并與漳龍高速公路龍巖市境段相連，全長(zhǎng)79公里，采用雙向四車道標(biāo)準(zhǔn)。全線設(shè)有5座互通、11座隧道，1座特大橋、3座高架橋。其中設(shè)計(jì)速度100km/h，路基寬26米。全線設(shè)有龍文、漳州西、南靖、金山、和溪5座互通；大龍頭隧道2500米、后眷隧道1500米、風(fēng)霜嶺隧道890米、南靖隧道950米、石崆山隧道799米等11座隧道。
項(xiàng)目中主要對(duì)大龍頭、后眷、風(fēng)霜嶺、南靖四個(gè)長(zhǎng)隧道進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控；其他短隧道群進(jìn)行一般監(jiān)控。四個(gè)長(zhǎng)隧道采用北京云星宇公司的區(qū)域控制器（RTU），其核心采用OMRON公司的CS1系列PLC；組成光纖冗余環(huán)網(wǎng)。該項(xiàng)目由北京云星宇交通工程有限公司承建，并于2005年11月份交工驗(yàn)收。
2 系統(tǒng)組成
隧道設(shè)備包括車輛檢測(cè)器、遙控?cái)z像機(jī)、固定攝像機(jī)、隧道內(nèi)外可變情報(bào)板、交通信號(hào)燈、車道指示標(biāo)志、橫洞指示標(biāo)志、一氧化碳/透過(guò)率檢測(cè)器、風(fēng)速風(fēng)向檢測(cè)器、光強(qiáng)檢測(cè)器、本地控制器、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備等。
作為現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制單元的區(qū)域控制器（RTU）以O(shè)MRON CS1系列PLC為控制核心、以CLK52-V1總線通訊模塊組成Controller link光纖冗余總線環(huán)網(wǎng)。各個(gè)隧道機(jī)房設(shè)一個(gè)區(qū)域控制主站，從站分布于隧道中，通過(guò)光纖與主站進(jìn)行通訊。主站通過(guò)以太網(wǎng)模塊與分中心計(jì)算機(jī)組成以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。
區(qū)域控制器冗余總線環(huán)網(wǎng)（Controller Link）特點(diǎn)：
（1）大容量、靈活方便、高效的數(shù)據(jù)連接功能；
（2）每1節(jié)點(diǎn)的發(fā)送數(shù)據(jù)鏈接通道數(shù)：最大1000CH，發(fā)送接收數(shù)據(jù)鏈接通道數(shù)：最大8000CH(PLC場(chǎng)合)，最大32000CH(工廠計(jì)算機(jī))；
（3）可選擇簡(jiǎn)單的"自動(dòng)設(shè)定"與能自由改變區(qū)域尺寸的"任意設(shè)定"；
（4）能夠收發(fā)大量數(shù)據(jù)的信息服務(wù)功能；
（5）用信息服務(wù)功能，最大可收發(fā)2012字節(jié)(包含F(xiàn)INS標(biāo)題)的數(shù)據(jù)，在收發(fā)時(shí)大量的數(shù)據(jù)無(wú)需分割；
（6）在網(wǎng)絡(luò)兩端的通訊模塊內(nèi)內(nèi)藏必要的終端電阻，只需作開(kāi)關(guān)的設(shè)定；
（7）可實(shí)現(xiàn)個(gè)人計(jì)算機(jī)－－PLC之間的通信。
（8）傳輸速率2Mbps。


圖1系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖
3 隧道區(qū)域控制功能
隧道監(jiān)控系統(tǒng)由通風(fēng)照明控制系統(tǒng)、交通檢測(cè)與控制系統(tǒng)、火災(zāi)檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)、緊急電話系統(tǒng)、有線廣播系統(tǒng)等組成，其監(jiān)控信息通過(guò)通信系統(tǒng)上傳到監(jiān)控分中心。監(jiān)控系統(tǒng)中各類計(jì)算機(jī)互相通信、共享資源，與PLC網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳捎眯切谓Y(jié)構(gòu)，經(jīng)PLC系統(tǒng)可自動(dòng)分散控制隧道設(shè)施正常運(yùn)行。
由于隧道集中監(jiān)控系統(tǒng)傳輸距離長(zhǎng)，控制規(guī)模較大，采用四級(jí)控制較為靈活、安全、高效。四級(jí)控制即省總中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制、監(jiān)控分中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制、隧道PLC網(wǎng)絡(luò)控制、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制。隧道監(jiān)控系統(tǒng)一般情況下是在監(jiān)控分中心主控計(jì)算機(jī)的控制下，交由控制器自動(dòng)控制運(yùn)行。隧道PLC網(wǎng)絡(luò)在計(jì)算機(jī)的控制下，運(yùn)行各自局部設(shè)施的自動(dòng)控制。省監(jiān)控中心控制計(jì)算機(jī)采集來(lái)自分中心及隧道控制單元、各類檢測(cè)報(bào)警單元的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并給相應(yīng)的控制單元發(fā)送命令，以執(zhí)行相應(yīng)任務(wù)。正常情況下監(jiān)控中心系統(tǒng)處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，一旦監(jiān)控計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，PLC系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)代替監(jiān)控計(jì)算機(jī)，完成對(duì)隧道設(shè)施的基本控制功能。最后一級(jí)是設(shè)備的手動(dòng)控制和現(xiàn)場(chǎng)的緊急控制。
3.1 隧道正常運(yùn)營(yíng)的控制
各分控系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，預(yù)處理后上傳至監(jiān)控分中心，并得到確認(rèn)。在待命確認(rèn)狀態(tài)下，分控系統(tǒng)則根據(jù)運(yùn)行程序?qū)λ淼勒彰?、通風(fēng)交通等實(shí)施基本控制。監(jiān)控計(jì)算機(jī)則對(duì)上傳的數(shù)據(jù)信息運(yùn)算處理，按一定模塊存檔、制表及顯示，并根據(jù)所制定的控制模式提出決策建議，發(fā)布控制命令供操作人員修改確認(rèn)執(zhí)行。應(yīng)用軟件隨機(jī)生成隧道動(dòng)態(tài)運(yùn)行工況模擬圖及各類數(shù)據(jù)信息圖表。系統(tǒng)控制方式如下：
（1）安全控制：隧道火災(zāi)事故報(bào)警均24小時(shí)在線工作，經(jīng)PLC系統(tǒng)向監(jiān)控室發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并在顯示器模擬顯示，有聲光報(bào)警提示。
（2）交通信號(hào)控制：經(jīng)隧道現(xiàn)場(chǎng)PLC系統(tǒng)對(duì)車輛檢測(cè)信息及各類顯示標(biāo)志狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，由分控系統(tǒng)預(yù)處理后，上傳給監(jiān)控室監(jiān)控計(jì)算機(jī)，運(yùn)算處理后得出車流量、車速、區(qū)段占有率等數(shù)據(jù)，從而控制隧道信號(hào)燈、車道指示器、可變情報(bào)板。
（3）隧道照明控制：選擇時(shí)序或手動(dòng)控制方式，向分控系統(tǒng)發(fā)出控制命令，按照不同亮度等級(jí)啟動(dòng)/關(guān)閉相應(yīng)照明配電回路。
（4）隧道通風(fēng)控制：由監(jiān)控計(jì)算機(jī)對(duì)隧道CO、VI檢測(cè)數(shù)據(jù)、風(fēng)速風(fēng)向、交通狀態(tài)、火災(zāi)報(bào)警狀態(tài)的數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，向分控系統(tǒng)發(fā)出啟動(dòng)/關(guān)閉相應(yīng)位置的風(fēng)機(jī)和相應(yīng)的通風(fēng)級(jí)別指令。
（5）隧道閉路電視監(jiān)視控制：監(jiān)控分中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)根據(jù)隧道安全檢測(cè)系統(tǒng)及交通信號(hào)系統(tǒng)的信息，決策出啟動(dòng)/遙控相應(yīng)位置的攝像機(jī)，并做特殊放大顯示。
3.2 隧道運(yùn)營(yíng)異常的控制
（1）在火災(zāi)手動(dòng)報(bào)警、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、緊急電話報(bào)警發(fā)生后，火災(zāi)報(bào)警按最優(yōu)先原則通知火災(zāi)報(bào)警計(jì)算機(jī)，向其發(fā)送火災(zāi)地點(diǎn)及特征信息。監(jiān)控計(jì)算機(jī)向隧道閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)送指令，把事故地段的畫面切換到主監(jiān)視器上，經(jīng)確認(rèn)后監(jiān)控計(jì)算機(jī)立即依此提出相應(yīng)的交通控制方案和通風(fēng)控制方案，快速清除火災(zāi)地段車輛，將通風(fēng)、照明模式轉(zhuǎn)為火災(zāi)模式。
（2）在隧道交通擁擠或事故情況下，隧道車輛檢測(cè)器發(fā)出某區(qū)段交通阻塞的報(bào)警信號(hào)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)同時(shí)提出相應(yīng)的交通控制方案，并向隧道閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)出指令，把事故地段的畫面切換到圖像計(jì)算機(jī)上監(jiān)視并錄像。
（3）為確保隧道運(yùn)營(yíng)的安全，最大限度地降低誤報(bào)警率，計(jì)算機(jī)在所有異常情況下控制指令的發(fā)出，原則上都必須經(jīng)操作人員確認(rèn)，由人工鍵入命令后發(fā)出。
（4）根據(jù)控制模式，針對(duì)各種異常情況，計(jì)算機(jī)將提出相應(yīng)的各種控制方案，操作人員可通過(guò)鍵盤/鼠標(biāo)選擇某一種方案，發(fā)布正確命令，以控制事故的蔓延。
（5）操作人員鍵入的命令、發(fā)生事故的地點(diǎn)、時(shí)間和性質(zhì)等參數(shù)將存入計(jì)算機(jī)，可隨時(shí)調(diào)用、打印和顯示。
（6）操作人員可通過(guò)電話向上級(jí)及消防、搶救單位求援。
3.3 系統(tǒng)信息的采集、傳輸和運(yùn)行周期
隧道監(jiān)控原始信息來(lái)自于各類檢測(cè)設(shè)備，如火災(zāi)報(bào)警、緊急電話、車輛檢測(cè)器、CO/VI檢測(cè)器、光強(qiáng)檢測(cè)器、設(shè)備狀態(tài)反饋信號(hào)等。上述信息經(jīng)隧道現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的PLC及Controller link光纖冗余總線環(huán)網(wǎng)傳輸?shù)酵ㄐ殴?jié)點(diǎn)站，并經(jīng)通信系統(tǒng)上傳監(jiān)控中心?？刂菩畔⒔?jīng)上述通道反向傳輸至設(shè)備。
運(yùn)行周期和表示：
報(bào)警：所有報(bào)警從發(fā)生到顯示在5秒以內(nèi)；
事件：10％在5秒之內(nèi)，其余在10秒之內(nèi)；
命令：從發(fā)生至執(zhí)行2秒之內(nèi)；
模擬量顯示：在15秒之內(nèi)；
圖像：一般表示或更換一個(gè)圖像在5秒之內(nèi)。
根據(jù)招標(biāo)文件要求，省中心具有路網(wǎng)信息匯集、路網(wǎng)信息處理、路網(wǎng)交通協(xié)調(diào)、交通控制、信息顯示功能。
4 結(jié)論
隧道監(jiān)控系統(tǒng)采用以太網(wǎng)、Controller Link總線網(wǎng)，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、靈活性得到很好的保證和提高。采用光纖冗余環(huán)網(wǎng)，使系統(tǒng)的安全性、干擾能力增強(qiáng)；整個(gè)系統(tǒng)的有用信息得到完全共享,便于系統(tǒng)集成和相關(guān)設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)。這種監(jiān)控方式較好地發(fā)揮了工業(yè)PC和PLC的各自優(yōu)勢(shì),充分利用了工業(yè)PC在信息管理和處理上的強(qiáng)大能力及PLC在現(xiàn)場(chǎng)控制中的靈活性。

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