[摘要]主要介紹川東高速公路(廣-鄰)華鎣山隧道PLC交通監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成、作用和應(yīng)用效果。
[關(guān)鍵詞]可編程控制器(PLC) PLC本地測(cè)控終端Modbus
Plus(MB+)網(wǎng)絡(luò)
一、引言
近年來(lái)出現(xiàn)的利用PLC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式采樣已成為一種共識(shí)，即在被控點(diǎn)附近設(shè)置采樣單元一套，就近完成被控點(diǎn)的狀態(tài)采樣和控制輸出，各采樣單元間通過(guò)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)相連構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)的下位機(jī)系統(tǒng)。該網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)用戶需求構(gòu)成冗余網(wǎng)絡(luò)，在技術(shù)上充分滿足了現(xiàn)場(chǎng)采樣的需求。在監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)，采用圖形化的監(jiān)控終端來(lái)完成受控設(shè)備的集中控制、數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)一調(diào)度和管理。在上位機(jī)與下位機(jī)之間的通訊，可選擇工業(yè)控制網(wǎng)以構(gòu)成當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)，或選擇電話通訊線路等以構(gòu)成遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。而PLC在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及系統(tǒng)控制領(lǐng)域中也具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，就國(guó)外各大公司而言，Schneider、AB、GE公司等已把PLC聯(lián)網(wǎng)動(dòng)手術(shù)應(yīng)用于許多大型的工程項(xiàng)目中，做最底層的控制、聯(lián)鎖、通訊。
在高速公路隧道交通監(jiān)控系統(tǒng)中，隨著自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)功能要求的不斷提高，要求綜合自動(dòng)化控制技術(shù)的不斷改善和提高。由于隧道的長(zhǎng)度和交通控制的復(fù)雜度增加，在發(fā)生交通事故后，隧道的交通控制應(yīng)依據(jù)交通現(xiàn)場(chǎng)的情況而控制，中央控制室上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的情況有時(shí)不能及時(shí)了解，因此需要通過(guò)隧道內(nèi)的下位機(jī)PLC控制單元直接對(duì)整個(gè)交通監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行直接控制。而一般隧道監(jiān)控系統(tǒng)中的PLC下位機(jī)系統(tǒng)只是一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，響應(yīng)上位機(jī)系統(tǒng)的操作或只對(duì)PLC本單元的操作，不可能實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)隧道交通進(jìn)行控制；并且在一般的隧道交通監(jiān)控系統(tǒng)中PLC的自動(dòng)化控制功能沒(méi)有完全發(fā)揮出來(lái)，也沒(méi)有將工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的高速傳輸性能充分發(fā)揮出來(lái)。這種隧道交通監(jiān)控系統(tǒng)在很多情況下不能滿足隧道內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)交通控制的要求。而采用PLC聯(lián)網(wǎng)群控技術(shù)可解決這一問(wèn)題。
隧道交通監(jiān)控系統(tǒng)PLC聯(lián)網(wǎng)群控技術(shù)是指利用集成方法，將智能型計(jì)算機(jī)技術(shù)、高性能的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、信息處理技術(shù)、綜合自動(dòng)化控制技術(shù)與交通控制有機(jī)結(jié)合，通過(guò)對(duì)隧道附近的交通狀況、交通設(shè)備的監(jiān)視、諧調(diào)、自動(dòng)控制各種交通控制設(shè)備的一種隧道交通監(jiān)控技術(shù)，在這種隧道交通監(jiān)控系統(tǒng)中，各下位機(jī)PLC本地測(cè)控終端都配備有本地人機(jī)操作界面，以便通過(guò)本地測(cè)控終端對(duì)整個(gè)隧道交通進(jìn)行監(jiān)視并控制，改善隧道內(nèi)交通狀態(tài)。這種隧道交通監(jiān)控系統(tǒng)能對(duì)隧道附近區(qū)域的效能狀況實(shí)施監(jiān)控，預(yù)防并及時(shí)感知和排除隧道內(nèi)的各種交通事故，以保證高速公路上隧道內(nèi)外的交通安全和暢通。
二、系統(tǒng)概述
華鎣山隧道位于四川省廣安市境內(nèi)的廣安至鄰水的高速公路上。華鎣山隧道全長(zhǎng)4706米，是中國(guó)現(xiàn)已開(kāi)通的最長(zhǎng)的一條雙洞雙車(chē)道的高速公路隧道。廣鄰高速公路華鎣山隧道交通監(jiān)控系統(tǒng)是對(duì)廣鄰高速公路上的華鎣山隧道及其附近區(qū)域的運(yùn)營(yíng)狀況實(shí)施監(jiān)控，預(yù)防并及時(shí)感知和排除隧道內(nèi)的各種交通事故，以保證高速公路上的行車(chē)安全和暢通。系統(tǒng)主要是對(duì)交通參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)及監(jiān)視交通狀況，并對(duì)隧道的各種交通設(shè)施進(jìn)行集中監(jiān)控和管理。
華鎣山隧道交通監(jiān)控系統(tǒng)是利用PLC工業(yè)控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)變隧道交通監(jiān)控系統(tǒng)的綜合控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)分為下位機(jī)與上位機(jī)兩個(gè)部分，其中：下位機(jī)采用Schneider公司的Campact系列的PLC產(chǎn)品，并采用該公司的Concept2.2下位機(jī)編程組態(tài)軟件進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，該軟件支持梯形圖、功能塊圖，結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言等多編程語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。而上位機(jī)則配備工業(yè)控制用主機(jī)、網(wǎng)卡等相關(guān)設(shè)備，做為圖形化監(jiān)視控制終端，在WINDOWS 2000做軟件環(huán)境下，采用VC＋＋編程軟件，自行開(kāi)發(fā)監(jiān)控軟件，用于實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)外所有設(shè)備的統(tǒng)一監(jiān)控。下位機(jī)PLC本地測(cè)控終端系統(tǒng)由工業(yè)控制ModBus Plus（MB＋）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議組成本地控制網(wǎng)，通過(guò)交換機(jī)軟件以太網(wǎng)與中心監(jiān)控系統(tǒng)（上位機(jī)）相連，交通監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)中心監(jiān)控系統(tǒng)的控制計(jì)算機(jī)或各PLC單元自帶的MAGELIS（人機(jī)界面）操作系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)隧道的交通狀況及各種交通設(shè)備進(jìn)行全面的監(jiān)視、諧調(diào)、控制。
隧道交通監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)PLC控制器自帶有兩個(gè)RS232串口，一個(gè)用于聯(lián)接MAGELIS（人機(jī)操作界面），另一個(gè)作為預(yù)留，可用于下位機(jī)程序的編制下載、調(diào)試和系統(tǒng)維護(hù)；一個(gè)MODBUS PLUS網(wǎng)絡(luò)通訊口，用于與整個(gè)交通監(jiān)控系統(tǒng)的本地工業(yè)控制（MB＋）網(wǎng)絡(luò)相連。操作員可在上位機(jī)圖形監(jiān)控終端或通過(guò)本地MAGELIS（人機(jī)操作界面）對(duì)整個(gè)隧道的交通誘導(dǎo)設(shè)備等進(jìn)行監(jiān)控與控制管理。
三、方案比選
結(jié)合華鎣山隧道工程現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的方便，我們提出如下三個(gè)交通監(jiān)控系統(tǒng)方案以供比選：
方案(一)：利用PLC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式采樣，即在被控點(diǎn)附近設(shè)置采樣單元一套，就近完成被控點(diǎn)的狀態(tài)采樣和控制輸出，主要為響就控制信號(hào)輸出和信息采集，各采樣單元間通過(guò)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)相連構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)的下位機(jī)系統(tǒng)。另設(shè)圖形化監(jiān)控終端一套構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)，通過(guò)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通訊，控制各采樣單元之間控制信號(hào)；實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道內(nèi)設(shè)備、交通狀況的監(jiān)控。
方案(二)：利用PLC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式，即在被控點(diǎn)附近設(shè)置采樣單元一套，就近完成被控點(diǎn)的狀態(tài)采樣和控制輸出，并完成該采樣單元內(nèi)部各控制信號(hào)的互鎖；各采樣單元間通過(guò)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)相連構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)的下位機(jī)系統(tǒng)。另設(shè)圖形化監(jiān)控終端一套構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)，通過(guò)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通訊，諧調(diào)并控制各采樣單元之間控制信號(hào)；實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道內(nèi)設(shè)備、交通狀況的監(jiān)控。
方案(三)：利用PLC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式采樣，即在被控點(diǎn)附近設(shè)置采樣單元一套，就近完成被控點(diǎn)的狀態(tài)采樣和控制輸出，并完成該采樣單元內(nèi)部各控制信號(hào)的互鎖；并增加各采樣單元間的通訊功能，即在各采樣單元之間，通過(guò)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通訊，進(jìn)行相互諧調(diào)、控制；各采樣單元組成下位機(jī)系統(tǒng)。另外，設(shè)圖形化監(jiān)控終端一套構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)，通過(guò)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通訊，諧調(diào)并控制各采樣單元之間控制信號(hào)；實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道內(nèi)設(shè)備、交通狀況的監(jiān)控。
以上三個(gè)方案中，方案(一)僅僅只是利用PLC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式采樣，再將各PLC控制單元通過(guò)工業(yè)控制網(wǎng)與圖形上位機(jī)系統(tǒng)聯(lián)接，完成信號(hào)的采集，傳送、處理。這樣的系統(tǒng)下，不能實(shí)現(xiàn)整個(gè)隧道的群控。
方案(二)在方案(一)的基礎(chǔ)上，增加了上位機(jī)對(duì)下位機(jī)各PLC控制單元的諧調(diào)功能，也即具有群控功能，但PLC的功能及高速M(fèi)B+網(wǎng)絡(luò)的通訊功能沒(méi)有完全發(fā)揮出來(lái)。并且可編程控制器性能也沒(méi)有充分發(fā)揮出來(lái)。
方案(三)在方案(二)的基礎(chǔ)上，充分利用高速的工業(yè)控制網(wǎng)（MB＋網(wǎng)）通訊技術(shù)及PLC的自動(dòng)化控制性能，增加了各采樣單元間的通訊功能，即使下位機(jī)各PLC控制單元之間能相互諧調(diào)控制（也就是所說(shuō)的群控）。這樣不但充分發(fā)揮可編程控制器高性能的自動(dòng)化控制優(yōu)勢(shì)，而且發(fā)揮出了工業(yè)控制網(wǎng)（MB+網(wǎng)）的高速通訊性能，使得隧道監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)化程度更高，穩(wěn)定性更好；這樣的采用群控技術(shù)的隧道交通監(jiān)控系統(tǒng)特別適應(yīng)當(dāng)今要求越來(lái)越高的高速公路綜合自動(dòng)化交通控制系統(tǒng)的需求。
四、系統(tǒng)配置
整個(gè)華鎣山隧道交通監(jiān)控系統(tǒng)如下圖。
