[摘要]主要介紹川東高速公路(廣-鄰)華鎣山隧道PLC交通監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成、作用和應用效果。
[關(guān)鍵詞]可編程控制器(PLC) PLC本地測控終端Modbus
Plus(MB+)網(wǎng)絡
一、引言
近年來出現(xiàn)的利用PLC網(wǎng)絡技術(shù)來實現(xiàn)分布式采樣已成為一種共識，即在被控點附近設置采樣單元一套，就近完成被控點的狀態(tài)采樣和控制輸出，各采樣單元間通過工業(yè)控制網(wǎng)絡相連構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)的下位機系統(tǒng)。該網(wǎng)絡可根據(jù)用戶需求構(gòu)成冗余網(wǎng)絡，在技術(shù)上充分滿足了現(xiàn)場采樣的需求。在監(jiān)控系統(tǒng)的上位機，采用圖形化的監(jiān)控終端來完成受控設備的集中控制、數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)一調(diào)度和管理。在上位機與下位機之間的通訊，可選擇工業(yè)控制網(wǎng)以構(gòu)成當?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)，或選擇電話通訊線路等以構(gòu)成遠程監(jiān)控系統(tǒng)。而PLC在網(wǎng)絡技術(shù)及系統(tǒng)控制領(lǐng)域中也具有相當?shù)膬?yōu)勢，就國外各大公司而言，Schneider、AB、GE公司等已把PLC聯(lián)網(wǎng)動手術(shù)應用于許多大型的工程項目中，做最底層的控制、聯(lián)鎖、通訊。
在高速公路隧道交通監(jiān)控系統(tǒng)中，隨著自動化監(jiān)控系統(tǒng)功能要求的不斷提高，要求綜合自動化控制技術(shù)的不斷改善和提高。由于隧道的長度和交通控制的復雜度增加，在發(fā)生交通事故后，隧道的交通控制應依據(jù)交通現(xiàn)場的情況而控制，中央控制室上位機對現(xiàn)場的情況有時不能及時了解，因此需要通過隧道內(nèi)的下位機PLC控制單元直接對整個交通監(jiān)控系統(tǒng)進行直接控制。而一般隧道監(jiān)控系統(tǒng)中的PLC下位機系統(tǒng)只是一個執(zhí)行機構(gòu)，響應上位機系統(tǒng)的操作或只對PLC本單元的操作，不可能實現(xiàn)對整個隧道交通進行控制；并且在一般的隧道交通監(jiān)控系統(tǒng)中PLC的自動化控制功能沒有完全發(fā)揮出來，也沒有將工業(yè)控制網(wǎng)絡的高速傳輸性能充分發(fā)揮出來。這種隧道交通監(jiān)控系統(tǒng)在很多情況下不能滿足隧道內(nèi)現(xiàn)場交通控制的要求。而采用PLC聯(lián)網(wǎng)群控技術(shù)可解決這一問題。
隧道交通監(jiān)控系統(tǒng)PLC聯(lián)網(wǎng)群控技術(shù)是指利用集成方法，將智能型計算機技術(shù)、高性能的網(wǎng)絡通信技術(shù)、信息處理技術(shù)、綜合自動化控制技術(shù)與交通控制有機結(jié)合，通過對隧道附近的交通狀況、交通設備的監(jiān)視、諧調(diào)、自動控制各種交通控制設備的一種隧道交通監(jiān)控技術(shù)，在這種隧道交通監(jiān)控系統(tǒng)中，各下位機PLC本地測控終端都配備有本地人機操作界面，以便通過本地測控終端對整個隧道交通進行監(jiān)視并控制，改善隧道內(nèi)交通狀態(tài)。這種隧道交通監(jiān)控系統(tǒng)能對隧道附近區(qū)域的效能狀況實施監(jiān)控，預防并及時感知和排除隧道內(nèi)的各種交通事故，以保證高速公路上隧道內(nèi)外的交通安全和暢通。
二、系統(tǒng)概述
華鎣山隧道位于四川省廣安市境內(nèi)的廣安至鄰水的高速公路上。華鎣山隧道全長4706米，是中國現(xiàn)已開通的最長的一條雙洞雙車道的高速公路隧道。廣鄰高速公路華鎣山隧道交通監(jiān)控系統(tǒng)是對廣鄰高速公路上的華鎣山隧道及其附近區(qū)域的運營狀況實施監(jiān)控，預防并及時感知和排除隧道內(nèi)的各種交通事故，以保證高速公路上的行車安全和暢通。系統(tǒng)主要是對交通參數(shù)進行檢測和統(tǒng)計及監(jiān)視交通狀況，并對隧道的各種交通設施進行集中監(jiān)控和管理。
華鎣山隧道交通監(jiān)控系統(tǒng)是利用PLC工業(yè)控制技術(shù)和網(wǎng)絡通訊技術(shù)，以實現(xiàn)變隧道交通監(jiān)控系統(tǒng)的綜合控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)分為下位機與上位機兩個部分，其中：下位機采用Schneider公司的Campact系列的PLC產(chǎn)品，并采用該公司的Concept2.2下位機編程組態(tài)軟件進行系統(tǒng)開發(fā)，該軟件支持梯形圖、功能塊圖，結(jié)構(gòu)化文本語言等多編程語言進行系統(tǒng)開發(fā)。而上位機則配備工業(yè)控制用主機、網(wǎng)卡等相關(guān)設備，做為圖形化監(jiān)視控制終端，在WINDOWS 2000做軟件環(huán)境下，采用VC＋＋編程軟件，自行開發(fā)監(jiān)控軟件，用于實現(xiàn)隧道內(nèi)外所有設備的統(tǒng)一監(jiān)控。下位機PLC本地測控終端系統(tǒng)由工業(yè)控制ModBus Plus（MB＋）網(wǎng)絡協(xié)議組成本地控制網(wǎng)，通過交換機軟件以太網(wǎng)與中心監(jiān)控系統(tǒng)（上位機）相連，交通監(jiān)控系統(tǒng)通過中心監(jiān)控系統(tǒng)的控制計算機或各PLC單元自帶的MAGELIS（人機界面）操作系統(tǒng)，對整個隧道的交通狀況及各種交通設備進行全面的監(jiān)視、諧調(diào)、控制。
隧道交通監(jiān)控系統(tǒng)下位機PLC控制器自帶有兩個RS232串口，一個用于聯(lián)接MAGELIS（人機操作界面），另一個作為預留，可用于下位機程序的編制下載、調(diào)試和系統(tǒng)維護；一個MODBUS PLUS網(wǎng)絡通訊口，用于與整個交通監(jiān)控系統(tǒng)的本地工業(yè)控制（MB＋）網(wǎng)絡相連。操作員可在上位機圖形監(jiān)控終端或通過本地MAGELIS（人機操作界面）對整個隧道的交通誘導設備等進行監(jiān)控與控制管理。
三、方案比選
結(jié)合華鎣山隧道工程現(xiàn)場運行的方便，我們提出如下三個交通監(jiān)控系統(tǒng)方案以供比選：
方案(一)：利用PLC網(wǎng)絡技術(shù)來實現(xiàn)分布式采樣，即在被控點附近設置采樣單元一套，就近完成被控點的狀態(tài)采樣和控制輸出，主要為響就控制信號輸出和信息采集，各采樣單元間通過工業(yè)控制網(wǎng)絡相連構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)的下位機系統(tǒng)。另設圖形化監(jiān)控終端一套構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)的上位機，通過工業(yè)控制網(wǎng)絡通訊，控制各采樣單元之間控制信號；實現(xiàn)對隧道內(nèi)設備、交通狀況的監(jiān)控。
方案(二)：利用PLC網(wǎng)絡技術(shù)來實現(xiàn)分布式，即在被控點附近設置采樣單元一套，就近完成被控點的狀態(tài)采樣和控制輸出，并完成該采樣單元內(nèi)部各控制信號的互鎖；各采樣單元間通過工業(yè)控制網(wǎng)絡相連構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)的下位機系統(tǒng)。另設圖形化監(jiān)控終端一套構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)的上位機，通過工業(yè)控制網(wǎng)絡通訊，諧調(diào)并控制各采樣單元之間控制信號；實現(xiàn)對隧道內(nèi)設備、交通狀況的監(jiān)控。
方案(三)：利用PLC網(wǎng)絡技術(shù)來實現(xiàn)分布式采樣，即在被控點附近設置采樣單元一套，就近完成被控點的狀態(tài)采樣和控制輸出，并完成該采樣單元內(nèi)部各控制信號的互鎖；并增加各采樣單元間的通訊功能，即在各采樣單元之間，通過工業(yè)控制網(wǎng)絡通訊，進行相互諧調(diào)、控制；各采樣單元組成下位機系統(tǒng)。另外，設圖形化監(jiān)控終端一套構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)的上位機，通過工業(yè)控制網(wǎng)絡通訊，諧調(diào)并控制各采樣單元之間控制信號；實現(xiàn)對隧道內(nèi)設備、交通狀況的監(jiān)控。
以上三個方案中，方案(一)僅僅只是利用PLC網(wǎng)絡技術(shù)來實現(xiàn)分布式采樣，再將各PLC控制單元通過工業(yè)控制網(wǎng)與圖形上位機系統(tǒng)聯(lián)接，完成信號的采集，傳送、處理。這樣的系統(tǒng)下，不能實現(xiàn)整個隧道的群控。
方案(二)在方案(一)的基礎上，增加了上位機對下位機各PLC控制單元的諧調(diào)功能，也即具有群控功能，但PLC的功能及高速MB+網(wǎng)絡的通訊功能沒有完全發(fā)揮出來。并且可編程控制器性能也沒有充分發(fā)揮出來。
方案(三)在方案(二)的基礎上，充分利用高速的工業(yè)控制網(wǎng)（MB＋網(wǎng)）通訊技術(shù)及PLC的自動化控制性能，增加了各采樣單元間的通訊功能，即使下位機各PLC控制單元之間能相互諧調(diào)控制（也就是所說的群控）。這樣不但充分發(fā)揮可編程控制器高性能的自動化控制優(yōu)勢，而且發(fā)揮出了工業(yè)控制網(wǎng)（MB+網(wǎng)）的高速通訊性能，使得隧道監(jiān)控系統(tǒng)自動化程度更高，穩(wěn)定性更好；這樣的采用群控技術(shù)的隧道交通監(jiān)控系統(tǒng)特別適應當今要求越來越高的高速公路綜合自動化交通控制系統(tǒng)的需求。
四、系統(tǒng)配置
整個華鎣山隧道交通監(jiān)控系統(tǒng)如下圖。
