一、系統(tǒng)概述
　　
　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路及公路隧道的建設(shè)項目與日俱增，隧道安全運營問題顯得越來越突出，除隧道本身的土建施工質(zhì)量外，隧道的監(jiān)視與控制管理成為公路隧道安全正常運行的重要課題。從60年代開始，國外就相繼開始研究*的隧道控制系統(tǒng)，歐洲、美國、日本等西方發(fā)達(dá)國家先后開發(fā)了相應(yīng)的隧道控制系統(tǒng)，隨著計算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展，以太網(wǎng)技術(shù)和總線技術(shù)突破了原有的技術(shù)瓶頸，使隧道的監(jiān)視與控制系統(tǒng)高速信息共享成為可能。
　　
　　本文針對隧道運營中的通風(fēng)，照明、火災(zāi)、環(huán)境、供電、事故監(jiān)視、車道引導(dǎo)、交通信息采集等功能的需求，設(shè)計了一種基于Ethernet和總線技術(shù)的*控制系統(tǒng)。
　　
　　系統(tǒng)釆用西門子PLC可編程控制器作為控制中心，Profibus總線完成控制信息級與控制中心的通訊，控制中心與外界的通訊用以太網(wǎng)完成，用視頻檢測技術(shù)完成對隧道的交通信息及安全監(jiān)視與控制，系統(tǒng)功能完備，集成度高，系統(tǒng)包括可變情報板、照明、通風(fēng)、閉路電視、火災(zāi)檢測與報警、緊急呼救、*管理與控制、環(huán)境監(jiān)測、交通信息檢測與誘導(dǎo)、供電消防防雷及接地等十個子系統(tǒng)，并集中在大屏幕系統(tǒng)中顯示操作畫面，可以完成：
　　
　　●CO、SO、NO、等的監(jiān)測、可見度及風(fēng)速測量、通風(fēng)系統(tǒng)控制
　　
　　●供電、火警、緊急的控制、水泵控制
　　
　　●事故視頻監(jiān)測及報警指示、隧道和車道的關(guān)/開、限速指示
　　
　　●高度控制、照明系統(tǒng)控制、車道引導(dǎo)、SOS（語音提示）
　　
　　●交通數(shù)據(jù)測量（計數(shù)，車道占有率、車輛分類、車速測量等）
　　
　　二、系統(tǒng)組成及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
　　
　　系統(tǒng)設(shè)計采用雙環(huán)光纜冗余結(jié)構(gòu)的工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)為主干通訊控制網(wǎng)絡(luò)，速率10-100Mb/s，控制部分釆用Profibus總線網(wǎng)絡(luò)與各子站通信，速率zui大12Mb/s，管理部分釆用以太網(wǎng)連接大屏幕、公路MIS、GIS、GPS、收費系統(tǒng)及各監(jiān)視操作站，，速率10-100Mb/s，實現(xiàn)信息的共享：模塊化結(jié)構(gòu)，WINCC友好中文人機(jī)界面，方便的人機(jī)對話模式，是世界各國普遍采用和認(rèn)可的的設(shè)計方式。
　　
　　三、系統(tǒng)的功能設(shè)計
　　
　　1、指揮中心
　　
　　采用2個冗余的服務(wù)器結(jié)構(gòu)，雙機(jī)熱備，保證數(shù)據(jù)的真實性與完整性，對所有的系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實時生成、管理、分配及綜合凋度；利用Profibus控制總線與子站通訊，利用冗余的光纖環(huán)網(wǎng)與*控制器通訊；利用以太網(wǎng)與公路的主控系統(tǒng)或MIS、GIS、GPS、收費系統(tǒng)等通訊；同時利用以太網(wǎng)將系統(tǒng)的運行狀態(tài)送入LCD大屏幕進(jìn)行顯示，大屏幕控制器采用分時畫面分割功能輪換顯示視頻檢測器傳入的隧道運行的交通監(jiān)控圖像信息和交通數(shù)據(jù)（車速、車流量、占有率等），發(fā)現(xiàn)交通事故以聲、光兩種方式報警，同時回放事故錄像，對停車系統(tǒng)、系統(tǒng)、呼救系統(tǒng)、消防火警系統(tǒng)作出相應(yīng)的聯(lián)鎖響應(yīng)；電力監(jiān)測；CO、S02、N02等污染物的監(jiān)測；可見度、能見度及風(fēng)速、風(fēng)量測量；地下水位、通風(fēng)系統(tǒng)控制；水泵控制；照明的控制；報警控制；車刀的開啟控制；視頻檢測及呼救控制；通信；報警及報表的打印等。
　　
　　系統(tǒng)提供西門子WINCC組態(tài)及監(jiān)控軟件包，可以實現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控組態(tài)、控制組態(tài)、操作組態(tài)、畫面組態(tài)等功能。實現(xiàn)任意圖形、曲線、報表的生成；動態(tài)畫面組態(tài)支持系統(tǒng)內(nèi)的各種數(shù)據(jù)，包括實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、人工錄入等，可以打印輸出。
　　
　　WINCC系統(tǒng)監(jiān)控軟件是世界上zui開放、應(yīng)用zui廣泛的軟件之一、系統(tǒng)基于WINDOWSNT平臺，有良好的兼容性、準(zhǔn)確性和可靠性。本身也不存在2000年問題。支持各種軟件標(biāo)準(zhǔn)如：DDE、OLE、ACTIVEX、ODBC、TCP/IP、OPC等，作為共享基礎(chǔ)，并提供了進(jìn)行二次開發(fā)的工具和手段，以便生成*要求的監(jiān)控系統(tǒng)。WINCC充分釆用客戶/服務(wù)器的體系結(jié)構(gòu)，使得監(jiān)控系統(tǒng)能夠提供數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的集成和共享，提高性能減低成本。除完成包括實時/歷史趨勢、報警、畫面編輯、報表、關(guān)系數(shù)據(jù)庫直接組態(tài)登錄的基本功能外，還有多項選擇功能。
　　
　　WINCC上位機(jī)監(jiān)控軟件釆用當(dāng)今*技術(shù)、系統(tǒng)的配置和畫面組態(tài)方便、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活和開放，運行WINDOWSNT95/98平臺，通過策略和畫面組態(tài)在上位機(jī)上實現(xiàn)對工業(yè)控制系統(tǒng)的監(jiān)視和控制，具有動態(tài)畫面、事件觸發(fā)、報警、趨勢、報表輸出，歷史數(shù)據(jù)存儲等功能，能體現(xiàn)良好的通用性、靈活性、開放性、可靠性和性能價格比，有中文操作模式。
　　
　　能夠進(jìn)行中文畫面組態(tài)。
　　
　　2、操作站
　　
　　監(jiān)視系統(tǒng)運行；隧道當(dāng)前狀態(tài)顯示；綜合或分類信號切換；信息顯示、存貯；數(shù)據(jù)保存、記錄；用戶管理；交通控制；照明控制；緊急控制；高度控制；視頻監(jiān)視；火災(zāi)報警等。操作站畫面顯示包括：電源分布及使用參數(shù)顯示/照明系統(tǒng)顯示/通風(fēng)系統(tǒng)顯示/監(jiān)控系統(tǒng)顯示/泵站顯示/交通信息顯示/交通視頻圖像顯示/報警畫面/呼救畫面/專業(yè)設(shè)備的運行狀態(tài)/隧道的總貌圖等。
　　
　　按權(quán)限進(jìn)行相應(yīng)的操作、修改等。
　　
　　3、管理站
　　
　　按照操作權(quán)限，根據(jù)隧道運行情況，及時調(diào)整隧道運行參數(shù)和控制參數(shù)，對系統(tǒng)的資源、通訊和設(shè)備進(jìn)行設(shè)定、修改等。
　　
　　4、可變情報板
　　
　　指揮中心可以根據(jù)當(dāng)時的情況編輯和發(fā)送交通信息、運營指令、路況資料、報警信息等多幅信息循環(huán)播放顯示，同時在大屏幕上進(jìn)行循環(huán)顯示。
　　
　　5、照明車高系統(tǒng)
　　
　　利用檢測儀器，監(jiān)測洞口及洞內(nèi)的可見度（霧）及能見度，根據(jù)不同的情況打開或關(guān)閉不同的照明燈和霧燈及其數(shù)量，保證車輛通行的正常照明，并在操作站及大屏幕上顯示照明燈的狀態(tài)。
　　
　　對進(jìn)入隧道的車輛的車高進(jìn)行紅外線測量，發(fā)現(xiàn)其高度超出隧道的設(shè)置許可，配合停車收費系統(tǒng)及車牌識別系統(tǒng)，啟動語音系統(tǒng)系統(tǒng)，視頻檢測系統(tǒng)，對車輛的禁止駛?cè)脒M(jìn)行語音報警提示，用停車系統(tǒng)對違章駛?cè)氲能囕v進(jìn)行有效的控制。
　　
　　6、通風(fēng)系統(tǒng)
　　
　　通風(fēng)是保證行車安全的重要一點，系統(tǒng)采用環(huán)境污染檢測儀測量隧道的CO、S02等污染物的含量，采用風(fēng)速測量儀表測量風(fēng)速，壓力變速器測量隧道的壓力，并將所有4-20mA信號送人控制站，根據(jù)優(yōu)化的隧道運行參數(shù)，決定自動風(fēng)機(jī)的開或關(guān)，車道的開或關(guān)。
　　
　　7、緊急及呼救系統(tǒng)
　　
　　對火災(zāi)、交通事故，采用方式，直通計算機(jī)主機(jī)，并進(jìn)行聲光報警，*接到報警后立即響應(yīng)；同時視頻檢測器24小時監(jiān)測隧道的運行情況，指揮中心對隧道的發(fā)生事故通過圖像及時記錄與回放，也可以在幾分鐘內(nèi)了解情況，及時通過和語音進(jìn)行報警和提示，及時處理。
　　
　　8、視頻檢測系統(tǒng)
　　
　　包括交通數(shù)據(jù)的采集、電視監(jiān)控兩部分，全天候監(jiān)視隧道的運行狀態(tài)，自動記錄交通事故及事故自動回放，根據(jù)該系統(tǒng)的檢測和監(jiān)視情況自動或手動發(fā)布交通信息、決定車道的開、關(guān)，信號燈的紅與綠，自動計算車道的擁擠度，自動打開或關(guān)閉車道。
　　
　　9、火災(zāi)報警系統(tǒng)
　　
　　包括SOS等，備有火災(zāi)等事故自動和手動報警器，當(dāng)報警時執(zhí)行關(guān)閉隧道、打開風(fēng)機(jī)和照明、啟動消防水泵等動作。
　　
　　10、信號燈控制系統(tǒng)
　　
　　由控制站通過接收其他系統(tǒng)的指令決定系統(tǒng)的信號燈的開關(guān)及時間的長短，運行的狀態(tài)。
　　
　　11、車位引導(dǎo)系統(tǒng)
　　
　　采用超聲波車位傳感器，對車位進(jìn)行檢測，并將信號傳人控制站，控制站對LCD指示牌發(fā)出指令，對車輛的行車路線進(jìn)行引導(dǎo)。并在操作站顯示。
　　
　　12、水位水泵控制
　　
　　利用液位儀表對水道的積水進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)水位超出隧道運行條件，自動啟動排水泵進(jìn)行排水。
　　
　　另外，當(dāng)視頻系統(tǒng)和火災(zāi)報警發(fā)現(xiàn)某區(qū)域火災(zāi)時，系統(tǒng)自動啟動該區(qū)域隧道每30-50米一個的定位消防泵，打開萬向高壓水頭，進(jìn)行救火。
　　
　　13、電力監(jiān)測
　　
　　系統(tǒng)釆用電力綜合監(jiān)測儀，對電力的分布、設(shè)備的用電情況（電壓、電流、功耗等）、系統(tǒng)總能耗等進(jìn)行監(jiān)測，控制電源的開、關(guān)等。
　　
　　14、相關(guān)功能的連鎖控制。
　　
　　四、系統(tǒng)主要設(shè)備
　　
　　1、PLC控制器及通訊模塊，目前主要有西門子SIEMENS、羅克韋爾AB、施耐德SCHINDLER、通用電氣GE等公司
　　
　　新版《中國儀器儀表廠商名錄》征集中
　　
　　的PLC產(chǎn)品
　　
　　儀器儀表產(chǎn)品目錄
　　
　　《全國擬在建項目匯編》征訂
　　
　　。
　　
　　2、視頻檢測器，目前主要有西門子SIEMENS、費路通FLOWTRAFFIC等公司的產(chǎn)品。
　　
　　3、污染檢測器，目前主要有西門子SIEMENS、日電DKK、E+H等公司的產(chǎn)品。
　　
　　4、LED信號燈及控制器，目前主要有西門子SIEMENS、京安、荷蘭等。
　　
　　5、車輛線圈檢測器，產(chǎn)品比較普遍。
　　
　　6、工業(yè)控制計算機(jī)，HP、IBMNEC、DELL等公司生產(chǎn)的高品質(zhì)的工業(yè)PC機(jī)，另配3COM/D-LINK等公司的以太網(wǎng)卡。
　　
　　7、背投式LCD大屏幕顯示系統(tǒng)，目前有BARCO、JUPITER、CLARITY、ELECTROSONIC、SONY、PHLIPS等公司生產(chǎn)的拼圖控制器和屏幕。
　　
　　8、能見度及可見度檢測儀，比較普遍產(chǎn)品。
　　
　　9、緊急呼救設(shè)備，主要廠商有西門子、ISS等。
　　
　　10、報警器、水泵、風(fēng)機(jī)、照明燈等，比較普遍。
　　
　　11、中文監(jiān)控軟件，主要有WINCC、FIX、組態(tài)王等。
　　
　　五、系統(tǒng)的應(yīng)用
　　
　　由于系統(tǒng)采用以太網(wǎng)和總線結(jié)構(gòu)，是標(biāo)準(zhǔn)開放式、模塊化的系統(tǒng)，所以系統(tǒng)大小可以任意的變化，第三方設(shè)備可以方便接入，系統(tǒng)的擴(kuò)展比較靈活，在停車管理系統(tǒng)中增加收費功能即可實現(xiàn)不停車收費或自動收費，可廣泛用于公路隧道的管理與控制，完成諸如視頻檢測、電視監(jiān)控、照明、報警、緊急救援、車道引導(dǎo)、不停車收費、通風(fēng)、環(huán)境檢測、事故監(jiān)視與記錄等功能。
　　
　　六、結(jié)束語
　　
　　該系統(tǒng)的*性體現(xiàn)在采用通用的以太網(wǎng)和PROFIBUS總線技術(shù)，使過去比較復(fù)雜的子系統(tǒng)與主系統(tǒng)之間的信息交換及通訊簡單化，同時采用高可靠性的PLC及其檢測設(shè)備，保證系統(tǒng)*運行時間顯著增加，針對現(xiàn)場條件，制定完善控制方案和靈活的控制策略，類似結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)在國外和國內(nèi)均有不同的應(yīng)用。