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[摘要]主要介紹川東高速公路(廣-鄰)華鎣山隧道PLC交通監控系統的構成、作用和應用效果。
[關鍵詞]可編程控制器(PLC) PLC本地測控終端Modbus
Plus(MB+)網絡
一、引言
　　近年來出現的利用PLC網絡技術來實現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采樣和控制輸出，各采樣單元間通過工業控制網絡相連構成監控系統的下位機系統。該網絡可根據用戶需求構成冗余網絡，在技術上充分滿足了現場采樣的需求。在監控系統的上位機，采用圖形化的監控終端來完成受控設備的集中控制、數據分析、統一調度和管理。在上位機與下位機之間的通訊，可選擇工業控制網以構成當地監控系統，或選擇電話通訊線路等以構成遠程監控系統。而PLC在網絡技術及系統控制領域中也具有相當的優勢，就國外各大公司而言，Schneider、AB、GE公司等已把PLC聯網動手術應用于許多大型的工程項目中，做最底層的控制、聯鎖、通訊。
　　在高速公路隧道交通監控系統中，隨著自動化監控系統功能要求的不斷提高，要求綜合自動化控制技術的不斷改善和提高。由于隧道的長度和交通控制的復雜度增加，在發生交通事故后，隧道的交通控制應依據交通現場的情況而控制，中央控制室上位機對現場的情況有時不能及時了解，因此需要通過隧道內的下位機PLC控制單元直接對整個交通監控系統進行直接控制。而一般隧道監控系統中的PLC下位機系統只是一個執行機構，響應上位機系統的操作或只對PLC本單元的操作，不可能實現對整個隧道交通進行控制；并且在一般的隧道交通監控系統中PLC的自動化控制功能沒有完全發揮出來，也沒有將工業控制網絡的高速傳輸性能充分發揮出來。這種隧道交通監控系統在很多情況下不能滿足隧道內現場交通控制的要求。而采用PLC聯網群控技術可解決這一問題。
　　隧道交通監控系統PLC聯網群控技術是指利用集成方法，將智能型計算機技術、高性能的網絡通信技術、信息處理技術、綜合自動化控制技術與交通控制有機結合，通過對隧道附近的交通狀況、交通設備的監視、諧調、自動控制各種交通控制設備的一種隧道交通監控技術，在這種隧道交通監控系統中，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視并控制，改善隧道內交通狀態。這種隧道交通監控系統能對隧道附近區域的效能狀況實施監控，預防并及時感知和排除隧道內的各種交通事故，以保證高速公路上隧道內外的交通安全和暢通。

二、系統概述
　　華鎣山隧道位于四川省廣安市境內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控系統是對廣鄰高速公路上的華鎣山隧道及其附近區域的運營狀況實施監控，預防并及時感知和排除隧道內的各種交通事故，以保證高速公路上的行車安全和暢通。系統主要是對交通參數進行檢測和統計及監視交通狀況，并對隧道的各種交通設施進行集中監控和管理。
　　華鎣山隧道交通監控系統是利用PLC工業控制技術和網絡通訊技術，以實現變隧道交通監控系統的綜合控制系統。本系統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產品，并采用該公司的Concept2.2下位機編程組態軟件進行系統開發，該軟件支持梯形圖、功能塊圖，結構化文本語言等多編程語言進行系統開發。而上位機則配備工業控制用主機、網卡等相關設備，做為圖形化監視控制終端，在WINDOWS　2000做軟件環境下，采用VC＋＋編程軟件，自行開發監控軟件，用于實現隧道內外所有設備的統一監控。下位機PLC本地測控終端系統由工業控制ModBus Plus（MB＋）網絡協議組成本地控制網，通過交換機軟件以太網與中心監控系統（上位機）相連，交通監控系統通過中心監控系統的控制計算機或各PLC單元自帶的MAGELIS（人機界面）操作系統，對整個隧道的交通狀況及各種交通設備進行全面的監視、諧調、控制。
　　隧道交通監控系統下位機PLC控制器自帶有兩個RS232串口，一個用于聯接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、調試和系統維護；一個MODBUS　PLUS網絡通訊口，用于與整個交通監控系統的本地工業控制（MB＋）網絡相連。操作員可在上位機圖形監控終端或通過本地MAGELIS（人機操作界面）對整個隧道的交通誘導設備等進行監控與控制管理。

三、方案比選
　　結合華鎣山隧道工程現場運行的方便，我們提出如下三個交通監控系統方案以供比選：
　　方案(一)：利用PLC網絡技術來實現分布式采樣，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控制網絡相連構成監控系統的下位機系統。另設圖形化監控終端一套構成監控系統的上位機，通過工業控制網絡通訊，控制各采樣單元之間控制信號；實現對隧道內設備、交通狀況的監控。
　　方案(二)：利用PLC網絡技術來實現分布式，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采樣和控制輸出，并完成該采樣單元內部各控制信號的互鎖；各采樣單元間通過工業控制網絡相連構成監控系統的下位機系統。另設圖形化監控終端一套構成監控系統的上位機，通過工業控制網絡通訊，諧調并控制各采樣單元之間控制信號；實現對隧道內設備、交通狀況的監控。
　　方案(三)：利用PLC網絡技術來實現分布式采樣，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采樣和控制輸出，并完成該采樣單元內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，通過工業控制網絡通訊，進行相互諧調、控制；各采樣單元組成下位機系統。另外，設圖形化監控終端一套構成監控系統的上位機，通過工業控制網絡通訊，諧調并控制各采樣單元之間控制信號；實現對隧道內設備、交通狀況的監控。
　　以上三個方案中，方案(一)僅僅只是利用PLC網絡技術來實現分布式采樣，再將各PLC控制單元通過工業控制網與圖形上位機系統聯接，完成信號的采集，傳送、處理。這樣的系統下，不能實現整個隧道的群控。
　　方案(二)在方案(一)的基礎上，增加了上位機對下位機各PLC控制單元的諧調功能，也即具有群控功能，但PLC的功能及高速MB+網絡的通訊功能沒有完全發揮出來。并且可編程控制器性能也沒有充分發揮出來。
　　方案(三)在方案(二)的基礎上，充分利用高速的工業控制網（MB＋網）通訊技術及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控制（也就是所說的群控）。這樣不但充分發揮可編程控制器高性能的自動化控制優勢，而且發揮出了工業控制網（MB+網）的高速通訊性能，使得隧道監控系統自動化程度更高，穩定性更好；這樣的采用群控技術的隧道交通監控系統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的需求。

四、系統配置
　　整個華鎣山隧道交通監控系統如下圖。

　　華鎣山隧道交通監控系統方案，技術指標要求及隧道的具體情況，經設備比選，我們最終選定了Schneider公司的Compact系列PLC產品來構成系統的下位機。該PLC的特點是：以性能可靠、穩定而著稱的專為基礎設計生產的PLC系列。作為同行業中在價格和性能方面的佼佼者，該系列PLC具有簡單、結實的特點；特別適應于室外、隧道內等惡劣環境下的自動化控制；同時又針對行業的發展趨勢增加了很新的特點。該系列PLC具有兼容性好，處理速度快，具有可擦寫的存儲器，完整的I/O選項，具有遠程I/O能力；具有無與倫比的網絡連接能力，特別是應用于MODBUS　PLUS網絡的站間通訊（Peer Cop）技術，其快速、準確、可靠的性能充分滿足群控功能要求。同時其具有強大的編程功能，PLC組態軟件Concept2.2支持梯形圖（LD）、功能塊圖（FBD）、結構化文本（ST）等多PLC編程語言，保證了系統的各類控制功能的需求。
　　在華鎣山隧道交通監控系統中，我們所需監控的數據包括以下三類，離散量輸入（DI），包括開關的位置狀態，操動機構狀態，故障狀態等；離散量輸出（DO），如開關的分、合閘控制；模擬量輸入（AI），指CO、VI（能見度）等測量值。以華鎣山隧道群控系統交通監控系統的一個PLC本地交通測控分站為例，其內所需的采樣點容量大致如下：


　　在模塊構成上，我們所選用的各模塊規格及技術指標如下：


　　隧道交通監控系統要地工業控制網：我們選用了法國施耐德公司的MODBUS　PLUS工業控制網絡，傳輸媒體為多模光纖。我們采用MODBUS　PLUS是對等的光纖令牌網，其通訊速率達1兆字節，最大通訊距離可達13公里。
　　交通監控系統的上位機，即中央監控交通監控系統，我們選用工業控制機和WINDOWS　2000做為基礎的硬件平臺和軟件平臺，以構成圖形化的監控終端，該終端通過網卡或遠程通信線路與下位機進行數據傳輸，同時用VC＋＋編程軟件進行系統開發，其內部設置了動態實時數據庫、歷史記錄數據庫、監控對象數據庫等多種關系型數據庫。在系統的上位機，即中央監控系統，我們選用工業控制機和WINDOWS　2000做為基礎的硬件平臺和軟件平臺，以構成圖形化的監控終端，該終端通過網卡或遠程通信線路與下位機進行數據傳輸，同時用VC＋＋編程軟件進行系統開發，在系統內部設置了動態實時數據庫、歷史記錄數據庫