中控电子公路隧道监控系统解决方案.doc

中控电子公路隧道监控系统解决方案

解决方案 
     中控信息致力于为交通、环保、建筑等公用设施工程提供通用自动化、信息化平台，为以下领域提供优化解决方案：
        ◆智能交通及交通运输自动化；
        ◆智能家居、智能小区、智能建筑及楼宇自动化；
        ◆给排水及环境保护工程；
        ◆工厂自动化及分布式数据采集及控制工程。
产 品
        ◆分布式可编程控制系统
        OptiSYS PCS-200系列
        OptiSYS PCS-300系列
        ◆自适应交通信号控制系统
        ACS-100系列
        ACS-200系列
        ◆交通流检测产品
        环形线圈车辆检测卡
        环形线圈车辆检测器
        磁阻车辆检测器
        视频车辆检测器
        ◆系统集成软件
        HIMS公路监控系统集成软件
        AdvBMS智能建筑监控系统集成软件
        AdvPMS城市停车诱导系统集成软件
        AdvTMS城市智能交通信息平台软件

 隧道监控系统
         隧道是高速公路及城市公路的重要组成部分，按长度分类，隧道可分为短隧道(L﹤250m)、中隧道(250m﹤L﹤1000m)、长隧道 (1000m﹤L﹤3000m)和特长隧道(3000m﹤L)四类。按照目前国际上的设计标准，长隧道和特长隧道需要监控系统以保证隧道内行车的安全和通 畅。
        隧道监控系统按照各个子系统分可分为：照明系统、通风系统、交通诱导系统、CCTV系统、火灾报警系统、消防控制系统、紧急电话系统、广播系统等。
        按照设备的类型分可分为：检测设备、控制设备、显示设备。检测设备如：火灾报警探头、车辆检测器、COVI、能见度检测仪、风速风向仪等；控制设备如交通 区域控制器、照明区域控制器、通风区域控制器等；显示设备如：计算机工作站、大屏幕监视器、声光报警器等。
区 域 控 制 器
        无论按照哪种方法分，隧道控制的核心思想就是将所有纵向及横向的系统有机地结合起来，通过算法分析，最终实现最人性化的自动控制。而所有这一切的核心就是 区域控制器。各区域控制器负责采集现场检测设备的信息，处理后传给本地控制中心，而本地控制中心的控制命令则发给区域控制器，再由区域控制器直接控制相应 设备。而且，在本地控制中心与区域控制器通讯中断的情况下，区域控制器仍然具备独立控制现场设备的能力。由此可见，区域控制器是整个系统运转的核心所在， 因此区域控制器应是高效且高度可靠。目前多使用PLC(Programmable Logic Controller，可编程控制器)作为区域控制器的核心控制部分，PLC设计用于对稳定性、实时性有极高要求的工业现场控制领域，对于环境有很强的适 应能力，故而可以很好地用于隧道监控现场。
本地控制中心
        本地控制中心一般由现场监控工作站(控制计算机)、监控系统软件、主区域控制器及相应的附属设施构成，用于实现对整个隧道监控系统的统一监控。监控系统软 件运行于现场监控工作站上，并不断与PLC控制器交换数据，实时地把所有设备的当前状态以颜色、闪烁、数值等方式显示在操作界面上；而操作人员在操作界面 的每个动作，也由监控系统软件将相关的命令、参数写入PLC，实现设备的手动控制。
通讯网络
        除了区域控制器本身必须具备高性能以外，贯穿于整个系统的通讯网络则是保证区域控制器成为控制核心的关键。随着隧道建设技术的不断完善，长隧道、特长隧道 已经越来越多，单洞内的区域控制器就越来越多，这就意味着网络的结点在不断增加。通讯网络不仅要具有较高的通讯速率以保证大量数据的有效传输，还必须具有 容错的能力以提高通讯的可靠性，即网络上出现故障时能够实现自恢复，同时，构成通讯网络的设备必须满足工业级要求，以适应隧道内苛刻的工作环境。

 SUPCON解决方案

        PLC和通讯网络是隧道监控系统的核心组成部分，PLC的选择和监控系统通讯网络的性能对隧道监控系统的性能起到决定性的作用。根据隧道本身的特点和监控需求选择合适的PLC及通讯网络是保证隧道监控系统性能的重要因素。
        我们推荐采用OptiSYS PCS-300分布式可编程控制系统和双环光纤冗余工业以太网的公路隧道监控系统解决方案。稳定可靠的性能、强大的通讯能力、先进的体系构架以及适中的价位使其成为隧道监控系统的高性价比解决方案。
工业以太网
以太网通信速率的大幅提高，网络交换技术的普遍应用，大大消除了以太网通信的不确定性，提高了以太网通信的实时性和QoS。

同时工业自动化系统向分布式、智能化的实时控制方面发展，使通信成为关键，用户对统一的通信协议和网络的要求日益迫切。以上因素使得以太网从办公自动化领域迅速走向工业自动化领域。 
    工业以太网是将以太网应用于工业控制和管理的局域网技术，其技术上和普通以太网完全兼容，同时考虑到工业现场的严酷工作环境和极高的可靠性要求，工业以太网对普通以太网做了相应的完善，以适应工业应用的需要。

 OptiSYS PCS-300
        OptiSYS PCS-300分布式可编程控制系统是中控信息凭借多年来在公用设施自动化领域丰富的设计、施工、研发经验，依托中控集团雄厚的自动化技术、信息技术积累，推出的面向公用设施自动化的系统解决方案。
        OptiSYS PCS-300分布式可编程控制系统采用工业以太网和CAN总线相结合的双层现场总线分布式设计，是针对分布式结构为主、集中式结构为辅的公用设施工程的通用自动化平台和优化解决方案。
        OptiSYS PCS-300系统在工业控制领域有多年的应用经验与业绩，先进开放的通讯、稳定可靠的性能、强大的运算能力与良好的性价比，使其成为最适合于隧道监控系统的产品。 

 OptiSYS PCS-300系统的优势
  节省空间、方便使用的优化结构设计
        ◆外形紧凑、模块化；DIN标准35mm导轨直接安装；
        背板总线集成在模块上；
        ◆可脱卸端子，现场电缆可直接接入，免外部配线。
        先进、实用的分布式现场总线设计
        ◆分布式结构与集中式结构均可，配置灵活，易于扩展
        ◆电源冗余、模块热插拔、电源反接保护、防浪涌保护、总线短路保护等设计，针对分布式系统应用。

节省空间、方便使用的优化结构设计
        ◆工业以太网、CAN、RS485、RS232等多种标准物理接口；
        ◆采用EPA、Modbus RTU/UDP/TCP等标准开放通讯协议，提供OPC Server软件；
        ◆可编程串口、可编程TCP/IP通讯，易于集成外场设备。
标准化程序设计
        ◆符合IEC61131-3 OpenPLC国际标准，提供指令表（IL）、梯形图（LD）、结构化文本（ST）、功能块图（FBD/CFC）、顺序功能块图（SFC）5种编程语言；
        ◆用户友好、面向任务的中文图形化编程环境，并具有在线模拟、
        在线修改和断点调试功能。
功能强大的CPU模块
        ◆采用32位RISC处理器，具有高速、高效的处理能力；
        ◆集成工业以太网接口集成RS232、RS485通讯接口，可选集成IO功能。
高集成度、种类齐全的I/O及功能模块
        OptiSYS PCS-300分布式可编程控制系统的详细信息请参见本公司产品资料《面向公用设施自动化的系统解决方案OptiSYS PCS-300分布式可编程控制系统》。 

 典 型 案 例
 案例1：单隧道

设备一览：
        ◆隧道单洞长度2KM
        ◆区控1控制的设备：情报板西、限速标志西、车道指示器1、广播1、照度仪1、车辆检测器
        ◆区控2控制的设备：左洞小型情报板、车道指示器2、广播2、照度仪2、左洞COVI
        ◆区控3控制的设备：三色信号灯东、车道指示器3、广播3、照度仪3
        ◆区控4控制的设备：情报板东、限速标志东、车道指示器4、广播4、照度仪4、车辆检测器
        ◆区控5控制的设备：右洞小型情报板、车道指示器5、广播5、照度仪5、右洞COVI
        ◆区控6控制的设备：三色信号灯西、车道指示器6、广播6、照度仪6
        ◆照明控制器控制设备：64路钠灯
        ◆通风控制器控制设备：4组风机
        ◆中控室主控PLC控制设备：火灾报警、风速风向仪、紧急电话、视频矩阵解决方案：

        如上图所示，隧道单洞被划分为三个区域，两个洞共被分为6个区域，分别由6个区域控制器控制本区域内的现场设备。照明系统由位于变电所的照明控制器控制， 通风系统由位于变电所的通风控制器控制。主控制器负责将监控计算机的命令解析后，下达给各个区域控制器及通风、照明控制器；同时，区控、通控、照控的反馈 信号也通过主控制器解析后，显示在监控计算机的人机界面上。

各控制器：
        每台区域控制器配置一套PCS-300分布式可编程控制系统，传统数字量、模拟量信号通过相应IO模块接入控制系统，外场智能设备，如可变情报板、限速标 志、车辆检测器等通过CPU内置的可编程串行通讯接口、可编程以太网TCP/IP协议接口实现通讯和集成，达到控制与检测现场设备的功能。
        每台照明控制器配置一套PCS-300分布式可编程控制系统，通过DO模块控制钠灯的开、关；通过DI模块检测钠灯当前的状态。
        每台通风控制器配置一套PCS-300分布式可编程控制系统，通过DO模块控制风机的启停、运转方向等；通过DI模块检测风机当前的运行状态等。
        CPU模块通过内置10M/100M以太网口接入工业以太网交换机，工业以太网交换机通过光纤组成100M（或1000M）的光纤环网。
        可选为每台控制器配置液晶操作面板，在与主控制器或监控计算机失去通讯的情况下，操作人员可以在现场直接对区控进行操作，或实行程序控制，或实行手动操作。
主控制器：
        每台主控制器配置一套PCS-300分布式可编程控制系统，通过内置的10M/100M以太网口直接接入双环光纤冗余工业以太网，一方面通过以太网实现主 控制器与其他控制器的数据交换，同时以内置的可编程串行通讯接口、可编程以太网TCP/IP协议接口与紧急电话系统、火灾报警系统、视频监控系统等其他子 系统相连，从而实现各子系统的集成和整个监控系统的联动控制。
监控计算机：
        监控计算机设置在本地监控中心，通过工业以太网交换机接入光纤环网，实现与各控制器的通讯。通过本公司或第三方提供的EPA、Modbus协议OPC服务 器软件，人机界面软件（HMI，如SUPCON HIMS、IntellutioniFix、Wondware InTouch、组态王等）可方便地实现整个隧道机电设备的监视与控制。
案例2：隧道群
        对于隧道群的监控可将多个单独的光环相连接。通常，整个隧道群由一个监控中心控制，因此远端的隧道必定离监控中心较远，所以在光缆连接时需选用单模光缆。 如图所示，选用单模光纤转换器，就可将普通的多模以太网交换机的电口转换为单模光口，从而达到远距离传输，将各个光环连接到监控中心，由监控中心集中控 制。
        由于隧道群中的各隧道长短不一，对于很多距离短的小隧道，控制点数较少，配以全套的输入、输出显得较为浪费。PCS-300分布式可编程控制系统的为小规 模的控制系统专门设计了PCS-32x系列控制器。该控制器的主要特点是：在PCS-31x的基础上集成了I/O功能，使整个控制器系统的成本大大降低， 最适合于小隧道内使用。