区域控制器RTU在云南某高速公路隧道的应用

[摘要]本文主要介绍应用于昆石高速公路阳宗、小团山隧道的区域控制器RTU,介绍了以西门子SIMATIC系列PLC为基础构建的系统构架和控制思想，系统的稳定运行，表明区域控制器RTU在昆石高速公路中的应用取得很好的效果。
[关键词] 昆石高速，RTU,西门子PLC, Profibus


一、项目简介
全长78.07千米的昆明至石林高速公路是中国西部大开发中重点公路建设项目，设计时速为每小时100千米。由于昆石路是昆明通往著名风景区石林的高速公路，云南省政府从建设打通通往东南亚的国际大通道和旅游大环境的需要，将昆石高速公路的质量目标定位为“创全国高原山区一流的高速公路”。昆石路为双向6车道高速公路，沿途有小团山、阳宗四条长隧道，以及清水沟1#，2#四条短隧道。
北京云星宇交通工程有限公司负责为昆石高速公路上隧道提供全套区域控制器RTU，区域控制器的控制系统选用西门子SIMATIC系列可编程序控制器。承接的工程范围包括：硬件供货，系统集成，技术支持和客户培训等。
二、系统介绍
1.区域控制器的功能介绍
区域控制器的PLC通过相应的模拟量、开关量模块和串口通讯模块收集、处理和存贮各隧道内外场设备的检测数据，监视外场设备工作状态，上传给监控中心，并接收监控中心命令对外场设备进行控制。另外区域控制器系统还具有本地自动控制的功能，在维修、测试、监控中心设备故障、通信故障等情况下可由本地控制系统代替监控中心进行控制。
2.选用西门子自动化产品介绍
在项目中使用了5套S7-300PLC,22套S7-200PLC，几十个数字量、模拟量模块以及21套光纤通讯模块PROFIBU OLM模块,组成光纤冗余环网。
3.控制对象
接收现场设备CO/VI检测器的一氧化碳浓度，光透过率数据；车检器的车流量、车道占有率、车速、车距、车辆逆行等数据；光强检测器的光照度数据；风速风向检测器的风速风向信息；火灾报警系统的各种数据。
远程控制风机的正转、反转和停止；照明系统的多级实现；交通指示器、车道指示器的配合指示功能；以及情报板的显示等。
三、控制系统构成
八条隧道共设21个区域控制器（27个PLC站），采用3套CPU314,2套CPU313C-2PtP,22套CPU226,各区域控制器均配置PROFIBUS OLM模块，采用PROFIBUS-DP协议通过光纤为主干网与中控室主机通讯。另配置三块手操屏TP270，以实现本地控制。整个系统设计严密，尤其是控制部分基本采用西门子公司SIMATIC工业型产品，现场采用高度可靠的Profibus-DP光纤环网，大大加强了网络抗电磁干扰的能力，使得控制系统安全可靠，保证全天24小时不间断正常工作。保证了系统可以常年不间断地监测各种设备，连续采集设备信息和交通信息，保证系统数据处理的及时性、准确型和完整性。两条长隧道的控制系统结构如图1，图2所示：


四、系统完成的主要功能和实现方法
1.系统的工作方式
主PLC通过Profibus-DP网采集现场PLC的所有I/O信号及相关信息，并对这些信息汇总、分析和处理，判断出整条隧道各部分的当前运行状态，并把这些运行状态存入主PLC内的相应数据块DB。这些信息随着主PLC运行周期实时更新。现场的隧道管理工作站和远端监控中心的计算机可以获取相应的数据，从而得到隧道当前运行状态信息。


2.各种设备运行的状态反馈和控制
a)通过PLC的串口接收车辆监测器的车型分类、车流量、车道占有率和平均车速等参数。
b)通过PLC的DI/DO模块接收和控制车道指示器的显示和关闭状态。
c)通过PLC的DI/DO模块接收和控制交通指示器的显示和关闭状态。
d)通过PLC的AI模块接收风速、风向信息，作为正常通风和火灾排烟时的风机运行依据。
e)通过PLC的DI/DO模块接收和控制车（人）行横洞指示标志的显示和关闭状态；控制车行横洞门的开启和关闭。
f)通过PLC的串口模块接收和控制可变情报板的显示内容及工作状态，引导车辆运行。
g)通过PLC的AI模块接收一氧化碳和光透过率的数据信息，并以此为依据之一开启和关闭风机，保证隧道内交通的安全和畅通。
h)通过PLC的AI模块接收洞内、外光强检测器的信息，并以此为依据调节照明系统，避免司机视觉上眩光和黑洞的出现，保证司机的安全。
3.项目中的难点
NORTECH公司的车辆检测器提供的串口为四线制RS485，但西门子的SIMATIC S7-200的串口只能接收两线制的RS485串口信号，最终采用第三方转换模块，先把四线制485转为两线制485，再作接收处理。
5.典型设备照片


五、结束语
本文介绍了昆石高速公路小团山、阳宗等隧道的PLC控制系统。我国随着高速公路建设的发展，隧道项目将会越来越多，但隧道控制的安全理念还需进一步加强和实践，通过这样的项目，公司希望进一步推广高速公路隧道系统的“以人为本”理念。
六、应用体会
在该系统中成功地应用了西门子公司SIMATIC产品的技术，其中现场总线Profibus-DP技术在该系统中起到关键的作用，他把系统的各部分有机的构成一个整体，实现了复杂的控制和监测功能；主PLC的CPU314运行速度高、存储量大保证系统实时运行，从站选用CPU314和CPU226以保证较高的性价比。


［作者资料］
张利兵，北京云星宇交通工程有限公司产品开发部，工作电话：010-60246342-29，移动电话：13311084203，电子邮件：zhlbing@sohu.com
赵永忠，北京云星宇交通工程有限公司产品开发部