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一、系統(tǒng)概述
隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，公路及公路隧道的建設(shè)項目與日俱增，隧道安全運營問題顯得越來越突出，除隧道本身的土建施工質(zhì)量外，隧道的監(jiān)視與控制管理成為公路隧道安全正常運行的重要課題。從60年代開始，國外就相繼開始研究**的隧道控制系統(tǒng)，歐洲、美國、日本等西方發(fā)達**先后開發(fā)了相應(yīng)的隧道控制系統(tǒng)，隨著計算機技術(shù)、圖像處理技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展，以太網(wǎng)技術(shù)和總線技術(shù)突破了原有的技術(shù)瓶頸，使隧道的監(jiān)視與控制系統(tǒng)高速信息共享成為可能。
本文針對隧道運營中的通風(fēng)，照明、火災(zāi)、環(huán)境、供電、事故監(jiān)視、車道引導(dǎo)、交通信息采集等功能的需求，設(shè)計了一種基于Ethernet和總線技術(shù)的**控制系統(tǒng)。
系統(tǒng)釆用西門子PLC可編程控制器作為控制中心，Profibus總線完成控制信息級與控制中心的通訊，控制中心與外界的通訊用以太網(wǎng)完成，用視頻**技術(shù)完成對隧道的交通信息及安全監(jiān)視與控制，系統(tǒng)功能完備，集成度高，系統(tǒng)包括可變情報板、照明、通風(fēng)、閉路電視、火災(zāi) **與報警、電話緊急呼救、**管理與控制、環(huán)境監(jiān)測、交通信息**與誘導(dǎo)、供電消防防雷及接地等十個子系統(tǒng)，并集中在大屏幕系統(tǒng)中顯示操作畫面，可以完成：
●CO、SO、NO、等的監(jiān)測、可見度及風(fēng)速測量、通風(fēng)系統(tǒng)控制
●供電、火警、緊急電話的控制、水泵控制
●事故視頻監(jiān)測及報警指示、隧道和車道的關(guān)／開、限速指示
●高度控制、照明系統(tǒng)控制、車道引導(dǎo)、SOS(語音提示)
●交通數(shù)據(jù)測量(計數(shù)，車道占有率、車輛分類、車速測量等)
二、系統(tǒng)組成及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
系統(tǒng)設(shè)計采用雙環(huán)光纜冗余結(jié)構(gòu)的工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)為主干通訊控制網(wǎng)絡(luò)，速率lO-lOOMb／s，控制部分釆用Profibus總線網(wǎng)絡(luò)與各子站通信，速率**大12Mb／s，管理部分釆用以太網(wǎng)連接大屏幕、公路MIS、GIS、GPS、收費系統(tǒng)及各監(jiān)視操作站，，速率10-100Mb／s，實現(xiàn)信息的共享：模塊化結(jié)構(gòu)，WINCC友好中文人機界面，方便的人機對話模式，是**各國普遍采用和認(rèn)可的**的設(shè)計方式。
三、系統(tǒng)的功能設(shè)計
1、指揮中心
采用2個冗余的服務(wù)器結(jié)構(gòu)，雙機熱備，保證數(shù)據(jù)的真實性與完整性，對所有的系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行實時生成、管理、分配及綜合凋度；利用Profibus控制總線與子站通訊，利用冗余的光纖環(huán)網(wǎng)與**控制器通訊；利用以太網(wǎng)與公路的主控系統(tǒng)或MIS、GIS、GPS、收費系統(tǒng)等通訊；同時利用以太網(wǎng)將系統(tǒng)的運行狀態(tài)送入LCD大屏幕進行顯示，大屏幕控制器采用分時畫面分割功能輪換顯示視頻**器傳入的隧道運行的交通監(jiān)控圖像信息和交通數(shù)據(jù)（車速、車流量、占有率等），發(fā)現(xiàn)交通事故以聲、光兩種方式報警，同時回放事故錄像，對停車系統(tǒng)、電話系統(tǒng)、呼救系統(tǒng)、消防火警系統(tǒng)作出相應(yīng)的聯(lián)鎖響應(yīng)；電力監(jiān)測；CO、S02、N02等污染物的監(jiān)測；可見度、能見度及風(fēng)速、風(fēng)量測量；地下水位、通風(fēng)系統(tǒng)控制；水泵控制；照明的控制；報警控制；車刀的開啟控制；視頻**及呼救電話控制；電話通信；報警及報表的打印等。
系統(tǒng)提供西門子WINCC組態(tài)及監(jiān)控軟件包，可以實現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控組態(tài)、控制組態(tài)、操作組態(tài)、畫面組態(tài)等功能。實現(xiàn)任意圖形、曲線、報表的生成；動態(tài)畫面組態(tài)支持系統(tǒng)內(nèi)的各種數(shù)據(jù)，包括實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、人工錄入等，可以打印輸出。
WINCC系統(tǒng)監(jiān)控軟件是**上**開放、應(yīng)用**廣泛的**軟件之一、系統(tǒng)基于WINDOWS NT平臺，有良好的兼容性、準(zhǔn)確性和可靠性。本身也不存在2000年問題。支持各種軟件**如：DDE、OLE、ACTIVEX、ODBC、TCP／IP、OPC等，作為共享基礎(chǔ)，并提供了進行二次開發(fā)的工具和手段，以便生成**滿足要求的監(jiān)控系統(tǒng)。WINCC充分釆用客戶/服務(wù)器的體系結(jié)構(gòu)，使得監(jiān)控系統(tǒng)能夠提供數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的集成和共享，提**減低成本。除完成包括實時／歷史趨勢、報警、畫面編輯、報表、關(guān)系數(shù)據(jù)庫直接組態(tài)登錄的基本功能外，還有**選擇功能。
WINCC上位機監(jiān)控軟件釆用******技術(shù)、系統(tǒng)的配置和畫面組態(tài)方便、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活和開放，運行WINDOWSNT95／98平臺，**策略和畫面組態(tài)在上位機上實現(xiàn)對工業(yè)控制系統(tǒng)的監(jiān)視和控制，具有動態(tài)畫面、事件觸發(fā)、報警、趨勢、報表輸出，歷史數(shù)據(jù)存儲等功能，能體現(xiàn)良好的通用性、靈活性、開放性、可靠性和性能價格比，有中文操作模式。
能夠進行中文畫面組態(tài)。
2、操作站
監(jiān)視系統(tǒng)運行；隧道當(dāng)前狀態(tài)顯示；綜合或分類信號切換；信息顯示、存貯；數(shù)據(jù)保存、記錄；用戶管理；交通控制；照明控制；緊急電話控制；高度控制；視頻監(jiān)視；火災(zāi)報警等。操作站畫面顯示包括：電源分布及使用參數(shù)顯示／照明系統(tǒng)顯示／通風(fēng)系統(tǒng)顯示／監(jiān)控系統(tǒng)顯示／泵站顯示／交通信息顯示／交通視頻圖像顯示／報警畫面／呼救畫面／**設(shè)備的運行狀態(tài)／隧道的總貌圖等。
按權(quán)限進行相應(yīng)的操作、修改等。
3、管理站
按照操作權(quán)限，根據(jù)隧道運行情況，及時調(diào)整隧道運行參數(shù)和控制參數(shù)，對系統(tǒng)的資源、通訊和設(shè)備進行設(shè)定、修改等。
4、可變情報板
指揮中心可以根據(jù)當(dāng)時的情況編輯和發(fā)送交通信息、運營指令、路況資料、報警信息等多幅信息循環(huán)播放顯示，同時在大屏幕上進行循環(huán)顯示。
5、照明車高系統(tǒng)
利用**儀器，監(jiān)測洞口及洞內(nèi)的可見度(霧)及能見度，根據(jù)不同的情況打開或關(guān)閉不同的照明燈和霧燈及其數(shù)量，保證車輛通行的正常照明，并在操作站及大屏幕上顯示照明燈的狀態(tài)。
對進入隧道的車輛的車高進行紅外線測量，發(fā)現(xiàn)其高度超出隧道的設(shè)置許可，配合停車收費系統(tǒng)及車牌識別系統(tǒng)，啟動語音系統(tǒng)電話系統(tǒng)，視頻**系統(tǒng)，對車輛的禁止駛?cè)脒M行語音報警提示，用停車系統(tǒng)對違章駛?cè)氲能囕v進行有效的控制。
6、通風(fēng)系統(tǒng)
通風(fēng)是保證行車安全的重要一點，系統(tǒng)采用環(huán)境污染**儀測量隧道的CO、S02等污染物的含量，采用風(fēng)速測量儀表測量風(fēng)速，壓力變速器測量隧道的壓力，并將所有4-20MA信號送人控制站，根據(jù)優(yōu)化的隧道運行參數(shù)，決定自動風(fēng)機的開或關(guān)，車道的開或關(guān)。
7、緊急電話及呼救系統(tǒng)
對火災(zāi)、交通事故，采用熱線方式，直通計算機主機，并進行聲光報警，警察接到報警后立即響應(yīng)；同時視頻**器24小時監(jiān)測隧道的運行情況，指揮中心對隧道的發(fā)生事故**圖像及時記錄與回放，也可以在幾分鐘內(nèi)了解情況，及時**電話和語音進行報警和提示，及時處理。
8、視頻**系統(tǒng)
包括交通數(shù)據(jù)的采集、電視監(jiān)控兩部分，全天候監(jiān)視隧道的運行狀態(tài)，自動記錄交通事故及事故自動回放，根據(jù)該系統(tǒng)的**和監(jiān)視情況自動或手動發(fā)布交通信息、決定車道的開、關(guān)，信號燈的紅與綠，自動計算車道的擁擠度，自動打開或關(guān)閉車道。
9、火災(zāi)報警系統(tǒng)
包括SOS等，備有火災(zāi)等事故自動和手動報警器，當(dāng)報警時執(zhí)行關(guān)閉隧道、打開風(fēng)機和照明、啟動消防水泵等動作。
10、信號燈控制系統(tǒng)
由控制站**接收其他系統(tǒng)的指令決定系統(tǒng)的信號燈的開關(guān)及時間的長短，運行的狀態(tài)。
11、車位引導(dǎo)系統(tǒng)
采用超聲波車位傳感器，對車位進行**，并將信號傳人控制站，控制站對LCD指示牌發(fā)出指令，對車輛的行車路線進行引導(dǎo)。并在操作站顯示。
12、水位水泵控制
利用液位儀表對水道的積水進行**發(fā)現(xiàn)水位超出隧道運行條件，自動啟動排水泵進行排水。
另外，當(dāng)視頻系統(tǒng)和火災(zāi)報警發(fā)現(xiàn)某區(qū)域火災(zāi)時，系統(tǒng)自動啟動該區(qū)域隧道每30-50米一個的定位消防泵，打開萬向高壓水頭，進行救火。
13、電力監(jiān)測
系統(tǒng)釆用電力綜合監(jiān)測儀，對電力的分布、設(shè)備的用電情況(電壓、電流、功耗等)、系統(tǒng)總能耗等進行監(jiān)測，控制電源的開、關(guān)等。
14、相關(guān)功能的連鎖控制。
四、系統(tǒng)主要設(shè)備
1、PLC控制器及通訊模塊，目前主要有西門子SIEMENS、羅克韋爾AB、施耐德SCHINDLER、通用電氣GE等公司的PLC產(chǎn)品。
2、視頻**器，目前主要有西門子SIEMENS、費路通FLOWTRAFFIC等公司的產(chǎn)品。
3、污染**器，目前主要有西門子SIEMENS、日電DKK、E+H等公司的產(chǎn)品。
4、LED信號燈及控制器，目前主要有西門子SIEMENS、京安、荷蘭等。
5、車輛線圈**器，產(chǎn)品比較普遍。
6、工業(yè)控制計算機，HP、IBM NEC、DELL等公司生產(chǎn)的高**的工業(yè)PC機，另配3COM／D-LINK等公司的以太網(wǎng)卡。
7、背投式LCD大屏幕顯示系統(tǒng)，目前有BARCO、JUPITER、CLARITY、 ELECTROSONIC、SONY、PHLIPS等公司生產(chǎn)的拼圖控制器和屏幕。
8、能見度及可見度**儀，比較普遍產(chǎn)品。
9、緊急呼救電話設(shè)備，主要廠商有西門子、ISS等。
10、報警器、水泵、風(fēng)機、照明燈等，比較普遍。
11、中文監(jiān)控軟件，主要有WINCC、FIX、組態(tài)王等。
五、系統(tǒng)的應(yīng)用
由于系統(tǒng)采用以太網(wǎng)和總線結(jié)構(gòu)，是**開放式、模塊化的系統(tǒng)，所以系統(tǒng)大小可以任意的變化，第三方設(shè)備可以方便接入，系統(tǒng)的擴展比較靈活，在停車管理系統(tǒng)中增加收費功能即可實現(xiàn)不停車收費或自動收費，可廣泛用于公路隧道的管理與控制，完成諸如視頻**、電視監(jiān)控、照明、報警、緊急救援、車道引導(dǎo)、不停車收費、通風(fēng)、環(huán)境**、事故監(jiān)視與記錄等功能。
六、結(jié)束語
該系統(tǒng)的優(yōu)越性體現(xiàn)在采用**通用的以太網(wǎng)和PROFIBUS總線技術(shù)，使過去比較復(fù)雜的子系統(tǒng)與主系統(tǒng)之間的信息交換及通訊簡單化，同時采用高可靠性的PLC及其**設(shè)備，保證系統(tǒng)無故障運行時間顯著增加，針對現(xiàn)場條件，制定**控制方案和靈活的控制策略，類似結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)在國外和國內(nèi)均有不同的應(yīng)用。 ■
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