西门子DP网络在隧道监控系统中的应用.doc

个人收集整理 勿做商业用途PROFIBUS通讯在隧道监控系统中的应用严海,卢志航,严敏,郭胜军(上海交技发展股份有限公司)摘要:随着隧道监控的发展，PLC技术越来越多的在隧道监控中得到应用，而PLC因其可靠性高、运用灵活等特点，是一项较为成熟的解决方案.随着我国经济的高速发展，通畅高效的交通系统成为经济进一步发展的基本需求，从而高速公路亦得以蓬勃发展。作为高速公路路段中相对事故率较高的隧道区域,为保证行车安全，提高行车效率，通常在长隧道或特长隧道内设置隧道监控系统,集中监控隧道内通风、照明以及行车情况,在必要时候发布诱导和指导性信息。而隧道内通风、照明、以及交通诱导设备均分散于整个隧道区域,因此集成隧道内各要素信息，方便隧道监控人员的集中监控与管理，成为隧道监控系统设置的主要目的。关键词：区域控制器、DP网络、PLCPROFIBUS APPLICATION for Tunnel Monitoring SystemYan Hai， Lu Zhihang， Yan Min, Guo Shengjun(Shanghai Communications technology Development Co., Ltd）Abstract： With the development of tunnel monitoring， PLC technology more and more has been applied in the tunnel control。 The PLC for its high reliability， the use of flexible characteristics， is a more mature solution。 With the rapid development of Chinas economy, Smooth and efficient transport system as the basic needs of the further development of the economy, Which has been booming highway。 As a freeway accident rate is relatively high in the tunnel area, to ensure driving safety， Improve traffic efficiency, usually in long tunnels or long tunnel inside the tunnel monitoring system set up， Centralized control tunnel ventilation, lighting and driving conditions， when necessary, induction and guidance published information。 The tunnel ventilation， lighting, and traffic guidance equipment are scattered throughout the tunnel area, Therefore， the elements of an integrated information within the tunnel, the tunnel control staff to facilitate centralized monitoring and management of a tunnel to set the main purpose of monitoring system。个人收集整理，勿做商业用途文档为个人收集整理，来源于网络Key Words： Regional Controller， DP Fieldbus， PLC1 系统概述贵州崇溪河至遵义高速公路（简称崇遵高速）位于贵州北部,该段高速公路起于重庆至湛江公路雷神店(重庆境)与崇溪河高速公路的终点，止于遵义市的忠庄铺，与贵阳至遵义公路相接,全长117。7公里。该公路为双向四车道高速公路，设计行车速度60km/h.沿线共有隧道18座，其中A类隧道2座,B类隧道4座，C类隧道4座，D类隧道8座。系统规模具体如下表所示。表1-1 系统设备分布表序号隧道名称值守站长度（米）PLC设备数量1风梅垭隧道风梅垭27571台主控PLC，8台交通控制PLC27402观音岩隧道松坎4071台通风照明PLC4253花园隧道松坎781274松坎隧道松坎10601台主控PLC,6台交通控制PLC，1台通风照明PLC10425达尼垭隧道松坎2151台通风照明PLC2606野猫岗隧道松坎1971台通风照明PLC2537城皇寺隧道青杠哨5154台交通控制PLC,1台通风照明PLC6178青杠哨隧道青杠哨36231台主控PLC，8台交通控制PLC，2台通风照明PLC35479两岔河隧道凉风垭8201台主控PLC79010金竹窝隧道凉风垭48546011开肩堡号隧道凉风垭11512开肩堡号隧道凉风垭11513三河头隧道凉风垭11414凉风垭隧道凉风垭40851台主控PLC，8台交通控制PLC，4台通风照明PLC408515娄山观隧道娄山观19901台主控PLC，6台交通控制PLC，2台通风照明PLC194516龙井坡隧道龙井坡11961台主控PLC，6台交通控制PLC，1台通风照明PLC113017小凉风垭隧道7401台主控PLC，2台交通控制PLC，1台通风照明PLC69018红花岗隧道7051台主控PLC，2台交通控制PLC，1台通风照明PLC675。1合计双向约38。1公里9台主控PLC，50台交通控制PLC，16台通风照明PLC一般来说,隧道监控主要包括交通监控子系统、通风监控子系统、照明监控子系统和火灾报警应急系统等10。交通监控系统主要是通过车检器等采集道路交通信息，作出判断，通过情报板、可变信息标志等向车辆发布正确合适的交通信息,同时控制交通灯，诱导疏通车辆。通风控制系统主要是综合了道路交通信息、COVI浓度、车况信息以及隧道长度等,通过先进的通风算法，实现隧道内风机的自动运行，同时也达到节约能源的目的。照明控制系统主要是根据隧道洞内外的亮度差异，调节隧道进出洞口的基本照明、加强照明等回路,达到合适的隧道内光强度.这样，避免了车辆驾驶员白天进入隧道和夜晚离开隧道产生的“黑洞效应，以及白天离开隧道和和晚上进入隧道产生的“白洞效应” ,让驾驶员轻松适应进出隧道的光强度变化，减少交通事故,同时也节约了能源。2 隧道监控系统组成隧道控制系统由主控制器和区域控制器构成,主控制器是该系统的大脑,它收集所有的区域控制器采集的现场信号，并且下达所有监控指令.主控制器和区域控制器之间采用西门子公司PROFIBUS总线进行连接。PROFIBUS是国际性的开放式的现场总线标准，即EN50 170欧洲标准；且现已成为IEEE国际标准和中国国家GB标准，具有传输速率高、传输距离远、可靠性高、响应速度快的优点。鉴于隧道电磁环境的现状，系统采用抗干扰能力强、传输距离大的光纤接口PROFIBUS网络。即每个区域控制器上设置PROFIBUS现场总线光缆OLM模块构筑整个系统的冗余环形光缆总线，为现场区域控制机之间,以及区域控制机与主控制器之间构筑了一个高可靠性的数据高速公路,2.1 PLC硬件设计PLC选用SIEMENS公司的S7300和S7400系列控制器。主控制器组成:西门子400系列PLC CPU4121、CPU的24V电源PS407、以太网模块CP443-1。主控制器和区域控制器，通过OLM，组成一个DP网络，主控制器作为主站，区域控制器作为从站。主控制器通过DP网络，将区域控制器采集的交通监控信息、通风设备信息和通风照明设备读取过来。同时，也给区域控制器发送交通监控、通风设备和通风照明设备的控制命令。区域控制器组成：西门子300系列PLC CPU313C-2DP、16路数字量输入模块SM321、16路数字量输入模块SM322、2路模拟量输入模块SM331、串口通讯模块CP340。2.2 系统网络设计系统网络图如下图1 隧道监控系统的网络拓扑图图2 PROFIBUS冗余环形光纤总线区域控制器选用的都是CPU313-2DP，CPU上第二口是集成的Profibus DP口.在Siemens Step7编程软件里对它进行组态时，需将本地控制器组态为DP从站,并定义从站地址(地址不可重复）和总线传输率（一般1。5Mbps，所有同一个子网的本地控制器应该设置为一样）。然后，定义各自的输入输出数据及通讯点数，也就是定义出一个数据缓存区，当DP网络搭建完成之后,各DP从站和主站的数据交换都是在这个缓存区完成的.主控PLC选用的是CPU4121,内置一个Profibus DP口。在Siemens Step7编程软件里对CPU412-1进行组态的时候,需将主控PLC组态为DP主站,为其分配独一无二的DP地址，总线传输率和从站一致，然后将之前组态好的本地控制器加入CPU412-1的Profibus DP网。这样就完成了主控PLC到本地控制器的通讯组态，之后数据交换的工作都是由DP模块自动来完成的。网络交换模块选用西门子的OLM产品.OLM具备2个9针RS485接口，能很方便的接入CPU的总线，同时还具有两对收发的光口，能够便捷的构成光纤环网。2.3 程序设计 下面以风梅垭隧道为例2.3.1 硬件配置 先建立一个工程，添加一个主控制器MC（CPU412-1）和8个区域LC控制器（CPU313C-2DP）然后打开主控制器MC的硬件配置先将MC的CPU412的DP接口选择成主站，并将它的DP地址分配为2选定PROFIBUS(1):DP master system(1)，再到右侧将CPU31X拖到PROFIBUS(1）:DP master system（1）处，会出现如下对话框 选择前面配置好的LC，将8个LC全部添加到PROFIBUS(1）:DP master system（1）,然后分别给每个LC定义DP地址，可以分别定义成310,注意:不能有重复！如果已经将8个LC全部添加到了PROFIBUS网络中，则DP网络结构如下图： 双击每个LC，可以对每个LC的属性进行编辑，选择Configuration标签,如下图所示：在这个里面可以添加通过DP网络和MC通讯的类型、长度和地址，可以看出，对于MC来说，LC相当于远程I/O，所有的输入输出都是用I和Q来表示的。MC和8个LC的通讯数据分配如下： MC与LC1：MC中IB0IB159对应LC1中QB400IB559 MC中QB0-QB159对应LC1中IB400QB559MC中IB160IB319对应LC2中QB400-IB559 MC中QB160-QB319对应LC2中IB400QB559 MC中IB320IB479对应LC3中QB400IB559 MC中QB320-QB479对应LC3中IB400QB559MC中IB480-IB639对应LC4中QB400-IB559 MC中QB480QB639对应LC4中IB400QB559MC中IB640-IB799对应LC5中QB400IB559 MC中QB640-QB799对应LC5中IB400QB559MC中IB800-IB959对应LC6中QB400IB559 MC中QB800-QB959对应LC6中IB400QB559MC中IB960-IB1119对应LC7中QB400-IB559 MC中QB960-QB1119对应LC7中IB400QB559MC中IB1120IB1279对应LC8中QB400-IB559 MC中QB1120QB1279对应LC8中IB400-QB559做了如上的通讯地址分配后，就可以对MC和LC之间的数据交换进行编程了。例如：主控制器MC和区域控制器LC1的通讯数据交换编程： 对应的数据交换区域是:MC中IB0-IB159对应LC1中QB400IB559 MC中QB0QB159对应LC1中IB400-QB559在MC中定义8个共享数据块DB1DB8，分别用于存储MC给LC1-LC8发送的数据，再定义8个共享数据块DB11-DB18，分别用于存储LC1LC8给MC发送的数据。每个数据块的长度设定为160个字节（上面提到,MC和每个LC之间的数据交换为160个字节的输入和160个字节的输出）。在LC1中定义两个公共数据块,分别用于接收来自MC发送来的命令和发送给MC的现场设备的状态信息，长度也是160个字节。将DB1中要从MC发送给LC1的160个字节的数据赋值给MC中的QB0-QB159，这样的话，在LC1中的IB400IB559中，就可以读到MC中的QB0-QB159的值，将这160个字节的数据存放到LC1的DB1中，然后把他们作为MC主控制器发出的控制命令，来控制LC现场的交通信号灯、车道指示器、通风设备和可变信息控制器等。将LC1从采集的现场设备状态信息存放到LC1的数据块DB2中，然后把DB2中的160个字节的数据赋值给LC1中的QB400QB559，在MC中的IB0-IB159中就能读到LC1中的QB400QB559的数据，然后MC把IB0IB159中的数据赋值到DB11中,这样，MC的DB11中，就存储了LC1现场设备的状态信心，可以在上位机上显示LC1所有现场设备的状态信息。以上就是MC和LC之间的数据交换， MC和LC之间通过PROFUBUS通讯,将MC和LC1-LC8组成一个PROFIBUS网络，相互之间发送命令和返回状态信息. 3 结语该系统自投入运行开始，系统一直运行可靠稳定，操作方便,保证隧道内所有设备可控，设备状态可监视。随着自动化控制技术的不断发展，这样的应用也越来越多，控制效果也会越来越好，整个隧道监控系统也会日趋完善。第10页 / 共10页