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一、系統(tǒng)概述

　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路及公路隧道的建設(shè)項(xiàng)目與日俱增，隧道安全運(yùn)營(yíng)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(yùn)行的重要課題。從60年代開始，國(guó)外就相繼開始研究**的隧道控制系統(tǒng)，歐洲、美國(guó)、日本等西方發(fā)達(dá)**先后開發(fā)了相應(yīng)的隧道控制系統(tǒng)，隨著計(jì)算機(jī)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(duì)隧道運(yùn)營(yíng)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(jì)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(jí)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(duì)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(bào)板、照明、通風(fēng)、閉路電視、火災(zāi) **與報(bào)警、電話緊急呼救、**管理與控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通信息**與誘導(dǎo)、供電消防防雷及接地等十個(gè)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(cè)、可見度及風(fēng)速測(cè)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(cè)及報(bào)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(cè)量(計(jì)數(shù)，車道占有率、車輛分類、車速測(cè)量等)

　　二、系統(tǒng)組成及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(fèi)系統(tǒng)及各監(jiān)視操作站，，速率10-100Mb／s，實(shí)現(xiàn)信息的共享：模塊化結(jié)構(gòu)，WINCC友好中文人機(jī)界面，方便的人機(jī)對(duì)話模式，是**各國(guó)普遍采用和認(rèn)可的**的設(shè)計(jì)方式。

　　三、系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

　　1、指揮中心

　　采用2個(gè)冗余的服務(wù)器結(jié)構(gòu)，雙機(jī)熱備，保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性與完整性，對(duì)所有的系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)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(fèi)系統(tǒng)等通訊；同時(shí)利用以太網(wǎng)將系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)送入LCD大屏幕進(jìn)行顯示，大屏幕控制器采用分時(shí)畫面分割功能輪換顯示視頻**器傳入的隧道運(yùn)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(bào)警，同時(shí)回放事故錄像，對(duì)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(cè)；CO、S02、N02等污染物的監(jiān)測(cè)；可見度、能見度及風(fēng)速、風(fēng)量測(cè)量；地下水位、通風(fēng)系統(tǒng)控制；水泵控制；照明的控制；報(bào)警控制；車刀的開啟控制；視頻**及呼救電話控制；電話通信；報(bào)警及報(bào)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(shí)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(shí)現(xiàn)任意圖形、曲線、報(bào)表的生成；動(dòng)態(tài)畫面組態(tài)支持系統(tǒng)內(nèi)的各種數(shù)據(jù)，包括實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(tái)，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(jìn)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(shí)時(shí)／歷史趨勢(shì)、報(bào)警、畫面編輯、報(bào)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(jī)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(yùn)行WINDOWSNT95／98平臺(tái)，**策略和畫面組態(tài)在上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的監(jiān)視和控制，具有動(dòng)態(tài)畫面、事件觸發(fā)、報(bào)警、趨勢(shì)、報(bào)表輸出，歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(jià)格比，有中文操作模式。

　　能夠進(jìn)行中文畫面組態(tài)。

　　2、操作站

　　監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行；隧道當(dāng)前狀態(tài)顯示；綜合或分類信號(hào)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(bào)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(bào)警畫面／呼救畫面／**設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)／隧道的總貌圖等。

按權(quán)限進(jìn)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(yùn)行情況，及時(shí)調(diào)整隧道運(yùn)行參數(shù)和控制參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)的資源、通訊和設(shè)備進(jìn)行設(shè)定、修改等。

　　4、可變情報(bào)板

　　指揮中心可以根據(jù)當(dāng)時(shí)的情況編輯和發(fā)送交通信息、運(yùn)營(yíng)指令、路況資料、報(bào)警信息等多幅信息循環(huán)播放顯示，同時(shí)在大屏幕上進(jìn)行循環(huán)顯示。

　　5、照明車高系統(tǒng)

　　利用**儀器，監(jiān)測(cè)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(duì)進(jìn)入隧道的車輛的車高進(jìn)行紅外線測(cè)量，發(fā)現(xiàn)其高度超出隧道的設(shè)置許可，配合停車收費(fèi)系統(tǒng)及車牌識(shí)別系統(tǒng)，啟動(dòng)語音系統(tǒng)電話系統(tǒng)，視頻**系統(tǒng)，對(duì)車輛的禁止駛?cè)脒M(jìn)行語音報(bào)警提示，用停車系統(tǒng)對(duì)違章駛?cè)氲能囕v進(jìn)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(diǎn)，系統(tǒng)采用環(huán)境污染**儀測(cè)量隧道的CO、S02等污染物的含量，采用風(fēng)速測(cè)量?jī)x表測(cè)量風(fēng)速，壓力變速器測(cè)量隧道的壓力，并將所有4-20MA信號(hào)送人控制站，根據(jù)優(yōu)化的隧道運(yùn)行參數(shù)，決定自動(dòng)風(fēng)機(jī)的開或關(guān)，車道的開或關(guān)。

　　7、緊急電話及呼救系統(tǒng)

　　對(duì)火災(zāi)、交通事故，采用熱線方式，直通計(jì)算機(jī)主機(jī)，并進(jìn)行聲光報(bào)警，警察接到報(bào)警后立即響應(yīng)；同時(shí)視頻**器24小時(shí)監(jiān)測(cè)隧道的運(yùn)行情況，指揮中心對(duì)隧道的發(fā)生事故**圖像及時(shí)記錄與回放，也可以在幾分鐘內(nèi)了解情況，及時(shí)**電話和語音進(jìn)行報(bào)警和提示，及時(shí)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(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)記錄交通事故及事故自動(dòng)回放，根據(jù)該系統(tǒng)的**和監(jiān)視情況自動(dòng)或手動(dòng)發(fā)布交通信息、決定車道的開、關(guān)，信號(hào)燈的紅與綠，自動(dòng)計(jì)算車道的擁擠度，自動(dòng)打開或關(guān)閉車道。

　　9、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

　　包括SOS等，備有火災(zāi)等事故自動(dòng)和手動(dòng)報(bào)警器，當(dāng)報(bào)警時(shí)執(zhí)行關(guān)閉隧道、打開風(fēng)機(jī)和照明、啟動(dòng)消防水泵等動(dòng)作。

　　10、信號(hào)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(hào)燈的開關(guān)及時(shí)間的長(zhǎng)短，運(yùn)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(duì)車位進(jìn)行**，并將信號(hào)傳人控制站，控制站對(duì)LCD指示牌發(fā)出指令，對(duì)車輛的行車路線進(jìn)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(duì)水道的積水進(jìn)行**發(fā)現(xiàn)水位超出隧道運(yùn)行條件，自動(dòng)啟動(dòng)排水泵進(jìn)行排水。

　　另外，當(dāng)視頻系統(tǒng)和火災(zāi)報(bào)警發(fā)現(xiàn)某區(qū)域火災(zāi)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)該區(qū)域隧道每30-50米一個(gè)的定位消防泵，打開萬向高壓水頭，進(jìn)行救火。

　　13、電力監(jiān)測(cè)

　　系統(tǒng)釆用電力綜合監(jiān)測(cè)儀，對(duì)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(jìn)行監(jiān)測(cè)，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(fèi)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(hào)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(jì)算機(jī)，HP、IBM NEC、DELL等公司生產(chǎn)的高**的工業(yè)PC機(jī)，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(bào)警器、水泵、風(fēng)機(jī)、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(kuò)展比較靈活，在停車管理系統(tǒng)中增加收費(fèi)功能即可實(shí)現(xiàn)不停車收費(fèi)或自動(dòng)收費(fèi)，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(bào)警、緊急救援、車道引導(dǎo)、不停車收費(fèi)、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(jiǎn)單化，同時(shí)采用高可靠性的PLC及其**設(shè)備，保證系統(tǒng)無故障運(yùn)行時(shí)間顯著增加，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(guó)外和國(guó)內(nèi)均有不同的應(yīng)用。 ■