云星宇RTU在隧道群智能控制中的典型应用

1 概述
漳龙高速公路机电项目起于漳州收费站，与厦漳高速公路形成“T”形骨架，终于漳州龙岩市界处的石崆山并与漳龙高速公路龙岩市境段相连，全长79公里，采用双向四车道标准。全线设有5座互通、11座隧道，1座特大桥、3座高架桥。其中设计速度100km/h，路基宽26米。全线设有龙文、漳州西、南靖、金山、和溪5座互通；大龙头隧道2500米、后眷隧道1500米、风霜岭隧道890米、南靖隧道950米、石崆山隧道799米等11座隧道。
项目中主要对大龙头、后眷、风霜岭、南靖四个长隧道进行重点监控；其他短隧道群进行一般监控。四个长隧道采用北京云星宇公司的区域控制器（RTU），其核心采用OMRON公司的CS1系列PLC；组成光纤冗余环网。该项目由北京云星宇交通工程有限公司承建，并于2005年11月份交工验收。
2 系统组成
隧道设备包括车辆检测器、遥控摄像机、固定摄像机、隧道内外可变情报板、交通信号灯、车道指示标志、横洞指示标志、一氧化碳/透过率检测器、风速风向检测器、光强检测器、本地控制器、火灾报警系统、数据传输设备等。
作为现场级控制单元的区域控制器（RTU）以OMRON CS1系列PLC为控制核心、以CLK52-V1总线通讯模块组成Controller link光纤冗余总线环网。各个隧道机房设一个区域控制主站，从站分布于隧道中，通过光纤与主站进行通讯。主站通过以太网模块与分中心计算机组成以太网网络。
区域控制器冗余总线环网（Controller Link）特点：
（1）大容量、灵活方便、高效的数据连接功能；
（2）每1节点的发送数据链接通道数：最大1000CH，发送接收数据链接通道数：最大8000CH(PLC场合)，最大32000CH(工厂计算机)；
（3）可选择简单的"自动设定"与能自由改变区域尺寸的"任意设定"；
（4）能够收发大量数据的信息服务功能；
（5）用信息服务功能，最大可收发2012字节(包含FINS标题)的数据，在收发时大量的数据无需分割；
（6）在网络两端的通讯模块内内藏必要的终端电阻，只需作开关的设定；
（7）可实现个人计算机－－PLC之间的通信。
（8）传输速率2Mbps。


图1系统组成结构图
3 隧道区域控制功能
隧道监控系统由通风照明控制系统、交通检测与控制系统、火灾检测与报警系统、闭路电视监视系统、紧急电话系统、有线广播系统等组成，其监控信息通过通信系统上传到监控分中心。监控系统中各类计算机互相通信、共享资源，与PLC网络拓扑采用星形结构，经PLC系统可自动分散控制隧道设施正常运行。
由于隧道集中监控系统传输距离长，控制规模较大，采用四级控制较为灵活、安全、高效。四级控制即省总中心计算机系统控制、监控分中心计算机系统控制、隧道PLC网络控制、现场手动控制。隧道监控系统一般情况下是在监控分中心主控计算机的控制下，交由控制器自动控制运行。隧道PLC网络在计算机的控制下，运行各自局部设施的自动控制。省监控中心控制计算机采集来自分中心及隧道控制单元、各类检测报警单元的运行数据，并给相应的控制单元发送命令，以执行相应任务。正常情况下监控中心系统处于自动运行状态，一旦监控计算机出现故障，PLC系统会自动代替监控计算机，完成对隧道设施的基本控制功能。最后一级是设备的手动控制和现场的紧急控制。
3.1 隧道正常运营的控制
各分控系统对现场设备及信息进行实时监测，预处理后上传至监控分中心，并得到确认。在待命确认状态下，分控系统则根据运行程序对隧道照明、通风交通等实施基本控制。监控计算机则对上传的数据信息运算处理，按一定模块存档、制表及显示，并根据所制定的控制模式提出决策建议，发布控制命令供操作人员修改确认执行。应用软件随机生成隧道动态运行工况模拟图及各类数据信息图表。系统控制方式如下：
（1）安全控制：隧道火灾事故报警均24小时在线工作，经PLC系统向监控室发出报警信号，并在显示器模拟显示，有声光报警提示。
（2）交通信号控制：经隧道现场PLC系统对车辆检测信息及各类显示标志状态信息进行实时检测，由分控系统预处理后，上传给监控室监控计算机，运算处理后得出车流量、车速、区段占有率等数据，从而控制隧道信号灯、车道指示器、可变情报板。
（3）隧道照明控制：选择时序或手动控制方式，向分控系统发出控制命令，按照不同亮度等级启动/关闭相应照明配电回路。
（4）隧道通风控制：由监控计算机对隧道CO、VI检测数据、风速风向、交通状态、火灾报警状态的数据运算处理，向分控系统发出启动/关闭相应位置的风机和相应的通风级别指令。
（5）隧道闭路电视监视控制：监控分中心监控计算机根据隧道安全检测系统及交通信号系统的信息，决策出启动/遥控相应位置的摄像机，并做特殊放大显示。
3.2 隧道运营异常的控制
（1）在火灾手动报警、火灾自动报警、紧急电话报警发生后，火灾报警按最优先原则通知火灾报警计算机，向其发送火灾地点及特征信息。监控计算机向隧道闭路电视监视系统发送指令，把事故地段的画面切换到主监视器上，经确认后监控计算机立即依此提出相应的交通控制方案和通风控制方案，快速清除火灾地段车辆，将通风、照明模式转为火灾模式。
（2）在隧道交通拥挤或事故情况下，隧道车辆检测器发出某区段交通阻塞的报警信号，监控计算机同时提出相应的交通控制方案，并向隧道闭路电视监视系统发出指令，把事故地段的画面切换到图像计算机上监视并录像。
（3）为确保隧道运营的安全，最大限度地降低误报警率，计算机在所有异常情况下控制指令的发出，原则上都必须经操作人员确认，由人工键入命令后发出。
（4）根据控制模式，针对各种异常情况，计算机将提出相应的各种控制方案，操作人员可通过键盘/鼠标选择某一种方案，发布正确命令，以控制事故的蔓延。
（5）操作人员键入的命令、发生事故的地点、时间和性质等参数将存入计算机，可随时调用、打印和显示。
（6）操作人员可通过电话向上级及消防、抢救单位求援。
3.3 系统信息的采集、传输和运行周期
隧道监控原始信息来自于各类检测设备，如火灾报警、紧急电话、车辆检测器、CO/VI检测器、光强检测器、设备状态反馈信号等。上述信息经隧道现场设置的PLC及Controller link光纤冗余总线环网传输到通信节点站，并经通信系统上传监控中心。控制信息经上述通道反向传输至设备。
运行周期和表示：
报警：所有报警从发生到显示在5秒以内；
事件：10％在5秒之内，其余在10秒之内；
命令：从发生至执行2秒之内；
模拟量显示：在15秒之内；
图像：一般表示或更换一个图像在5秒之内。
根据招标文件要求，省中心具有路网信息汇集、路网信息处理、路网交通协调、交通控制、信息显示功能。
4 结论
隧道监控系统采用以太网、Controller Link总线网，使系统的稳定性、可靠性、灵活性得到很好的保证和提高。采用光纤冗余环网，使系统的安全性、干扰能力增强；整个系统的有用信息得到完全共享,便于系统集成和相关设备远程维护。这种监控方式较好地发挥了工业PC和PLC的各自优势,充分利用了工业PC在信息管理和处理上的强大能力及PLC在现场控制中的灵活性。

作者资料
幺进祥：北京云星宇交通工程有限公司技术开发部，工作电话：010-63730027-2596，移动电话：13641254699，E-mail：jinxiangyao@163．Com
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唐晓冬：北京云星宇交通工程有限公司杭州事业部