[摘要]本文針對(duì)歐姆龍CS1系列PLC在北京八達(dá)嶺隧道群監(jiān)控系統(tǒng)改造中的應(yīng)用，介紹了隧道機(jī)電設(shè)備進(jìn)行分散控制、集中管理等內(nèi)容。系統(tǒng)通過(guò)對(duì)隧道內(nèi)外環(huán)境和機(jī)電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，既能滿足高速公路隧道對(duì)交通、照明和通風(fēng)等系統(tǒng)的控制要求，又達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和節(jié)能目的。本系統(tǒng)充分利用了OMRON PLC的Controller Link總線方式組成光纖冗余環(huán)網(wǎng)代替RS485總線，提高了系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定、抗干擾性。 [關(guān)鍵詞] 隧道區(qū)域控制器；OMRON; Controller Link總線方式；光纖冗余環(huán)網(wǎng)　 Abstract:This essay introduces OMRON series Programmable Logic Controller be used in rebuilding monitor system of BADALING’s tunnels of BeiJing .Which introduces decentralization control and centralize manage be used in the tunnels. The system is bit for the control of traffic and lighting and ventilation as well as reaches the aim of correspond and saving energy.The Controller Link of OMRON PLC replaced RS485 .It advanced stability and anti-jamming and reliability. Key Words：Tunnel RTU，OMRON, Controller Link, Circle net 1.概述 八達(dá)嶺高速公路起點(diǎn)位于北京市區(qū)馬甸橋，終點(diǎn)位于市界。途經(jīng)北京市海淀區(qū)、昌平縣和延慶縣，全長(zhǎng)約69.665公里，沿線共設(shè)有10座隧道，分布在路段的左右兩線上構(gòu)成隧道群，總長(zhǎng)度6139米。隧道是單向3車(chē)道，于1998年投入使用，當(dāng)時(shí)隧道控制系統(tǒng)完全引進(jìn)德國(guó)BOSCH公司控制系統(tǒng)，隧道設(shè)備接入本地控制器（單板機(jī)組成），系統(tǒng)采用RS485總線，從站通過(guò)主站與監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)相連。 經(jīng)過(guò)近十年的運(yùn)營(yíng)，隧道內(nèi)現(xiàn)有設(shè)施的使用狀態(tài)已無(wú)法達(dá)到原隧道機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能需求，影響到隧道正常的運(yùn)營(yíng)管理。目前，隧道缺少日常的交通統(tǒng)計(jì)分析，火災(zāi)檢測(cè)和CO檢測(cè)系統(tǒng)無(wú)法達(dá)到自動(dòng)檢測(cè)的功能要求，主要依靠攝像機(jī)和人控檢測(cè)的方式發(fā)現(xiàn)異常狀況，風(fēng)機(jī)也無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)，給道路運(yùn)營(yíng)以及隧道安全造成了極大的影響。高速公路運(yùn)營(yíng)管理部門(mén)經(jīng)過(guò)招標(biāo)對(duì)隧道機(jī)電及監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行改造。北京云星宇交通工程有限公司有幸承擔(dān)本次改造項(xiàng)目，于2005年底開(kāi)始改造并于2006年底完成。隧道區(qū)域控制器主要采用OMRON CS1系列PLC模塊集成。系統(tǒng)采用Controller Link總線方式組成光纖冗余環(huán)網(wǎng)，傳輸速率2Mbps，上位監(jiān)控軟件采用組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)改造后達(dá)到理想的效果，并得到業(yè)內(nèi)的好評(píng)和肯定。 2.系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)： 硬件結(jié)構(gòu)如下圖所示： 系統(tǒng)采用Controller Link工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)組網(wǎng)，是典型的四級(jí)控制系統(tǒng)，即現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、現(xiàn)場(chǎng)控制層、中心控制層、上級(jí)管理層。 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層：主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)交通燈、風(fēng)機(jī)、照明和CO、能見(jiàn)度傳感器等。 現(xiàn)場(chǎng)控制層：由OMRON CS1系列可編程控制器組成，稱(chēng)為區(qū)域控制器，區(qū)域控制器之間通過(guò)Controller Link工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線組成冗余光纖環(huán)網(wǎng)。 中心控制層：由雙機(jī)熱備服務(wù)器、通信計(jì)算機(jī)和兩臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)組成。 上級(jí)管理層：由監(jiān)控總中心數(shù)據(jù)服務(wù)器，終端計(jì)算機(jī)組成，可以進(jìn)行web發(fā)布。 3.隧道區(qū)域控制功能 隧道監(jiān)控系統(tǒng)由通風(fēng)照明控制系統(tǒng)、交通檢測(cè)與控制系統(tǒng)、火災(zāi)檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)、緊急電話系統(tǒng)、有線廣播系統(tǒng)等組成，其監(jiān)控信息通過(guò)通信系統(tǒng)上傳到監(jiān)控分中心。監(jiān)控系統(tǒng)中各類(lèi)計(jì)算機(jī)互相通信、共享資源，與PLC網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳捎眯切谓Y(jié)構(gòu)，經(jīng)PLC系統(tǒng)可自動(dòng)分散控制隧道設(shè)施正常運(yùn)行。 由于隧道集中監(jiān)控系統(tǒng)傳輸距離長(zhǎng)，控制規(guī)模較大，采用四級(jí)控制較為靈活、安全、高效。四級(jí)控制即總中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制、監(jiān)控分中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制、隧道PLC網(wǎng)絡(luò)控制、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制。隧道監(jiān)控系統(tǒng)一般情況下是在監(jiān)控分中心主控計(jì)算機(jī)的控制下，交由控制器自動(dòng)控制運(yùn)行。隧道PLC網(wǎng)絡(luò)在計(jì)算機(jī)的控制下，運(yùn)行各自局部設(shè)施的自動(dòng)控制。監(jiān)控中心控制計(jì)算機(jī)采集來(lái)自分中心及隧道控制單元、各類(lèi)檢測(cè)報(bào)警單元的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并給相應(yīng)的控制單元發(fā)送命令，以執(zhí)行相應(yīng)任務(wù)。 正常情況下監(jiān)控中心系統(tǒng)處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，一旦監(jiān)控計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，PLC系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)代替監(jiān)控計(jì)算機(jī)，完成對(duì)隧道設(shè)施的基本控制功能。最后一級(jí)是設(shè)備的手動(dòng)控制和現(xiàn)場(chǎng)的緊急控制。 3.1 隧道正常運(yùn)營(yíng)的控制 各分控系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，預(yù)處理后上傳至監(jiān)控分中心，并得到確認(rèn)。在待命確認(rèn)狀態(tài)下，分控系統(tǒng)則根據(jù)運(yùn)行程序?qū)λ淼勒彰?、通風(fēng)交通等實(shí)施基本控制。監(jiān)控計(jì)算機(jī)則對(duì)上傳的數(shù)據(jù)信息運(yùn)算處理，按一定模塊存檔、制表及顯示，并根據(jù)所制定的控制模式提出決策建議，發(fā)布控制命令供操作人員修改確認(rèn)執(zhí)行。應(yīng)用軟件隨機(jī)生成隧道動(dòng)態(tài)運(yùn)行工況模擬圖及各類(lèi)數(shù)據(jù)信息圖表。系統(tǒng)控制方式如下： （1）安全控制：隧道火災(zāi)事故報(bào)警均24小時(shí)在線工作，經(jīng)PLC系統(tǒng)向監(jiān)控室發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并在顯示器模擬顯示，有聲光報(bào)警提示。 （2）交通信號(hào)控制：經(jīng)隧道現(xiàn)場(chǎng)PLC系統(tǒng)對(duì)車(chē)輛檢測(cè)信息及各類(lèi)顯示標(biāo)志狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，由分控系統(tǒng)預(yù)處理后，上傳給監(jiān)控室監(jiān)控計(jì)算機(jī)，運(yùn)算處理后得出車(chē)流量、車(chē)速、區(qū)段占有率等數(shù)據(jù)，從而控制隧道信號(hào)燈、車(chē)道指示器、可變情報(bào)板。 （3）隧道照明控制：選擇時(shí)序或手動(dòng)控制方式，向分控系統(tǒng)發(fā)出控制命令，按照不同亮度等級(jí)啟動(dòng)/關(guān)閉相應(yīng)照明配電回路。 （4）隧道通風(fēng)控制：由監(jiān)控計(jì)算機(jī)對(duì)隧道CO、VI檢測(cè)數(shù)據(jù)、風(fēng)速風(fēng)向、交通狀態(tài)、火災(zāi)報(bào)警狀態(tài)的數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，向分控系統(tǒng)發(fā)出啟動(dòng)/關(guān)閉相應(yīng)位置的風(fēng)機(jī)和相應(yīng)的通風(fēng)級(jí)別指令。 （5）隧道閉路電視監(jiān)視控制：監(jiān)控分中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)根據(jù)隧道安全檢測(cè)系統(tǒng)及交通信號(hào)系統(tǒng)的信息，決策出啟動(dòng)/遙控相應(yīng)位置的攝像機(jī)，并做特殊放大顯示。 3.2 隧道運(yùn)營(yíng)異常的控制 （1）在火災(zāi)手動(dòng)報(bào)警、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、緊急電話報(bào)警發(fā)生后，火災(zāi)報(bào)警按最優(yōu)先原則通知火災(zāi)報(bào)警計(jì)算機(jī)，向其發(fā)送火災(zāi)地點(diǎn)及特征信息。監(jiān)控計(jì)算機(jī)向隧道閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)送指令，把事故地段的畫(huà)面切換到主監(jiān)視器上，經(jīng)確認(rèn)后監(jiān)控計(jì)算機(jī)立即依此提出相應(yīng)的交通控制方案和通風(fēng)控制方案，快速清除火災(zāi)地段車(chē)輛，將通風(fēng)、照明模式轉(zhuǎn)為火災(zāi)模式。 （2）在隧道交通擁擠或事故情況下，隧道車(chē)輛檢測(cè)器發(fā)出某區(qū)段交通阻塞的報(bào)警信號(hào)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)同時(shí)提出相應(yīng)的交通控制方案，并向隧道閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)出指令，把事故地段的畫(huà)面切換到圖像計(jì)算機(jī)上監(jiān)視并錄像。在隧道CO、VI超標(biāo)的情況下,隧道監(jiān)控軟件會(huì)自動(dòng)彈出提示信息并根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的預(yù)案，經(jīng)過(guò)自動(dòng)判斷提示執(zhí)行滿足條件的預(yù)案，監(jiān)控人員經(jīng)過(guò)視頻確認(rèn)，可以對(duì)預(yù)案進(jìn)行調(diào)整，確認(rèn)后，系統(tǒng)會(huì)開(kāi)啟風(fēng)機(jī)，照明，發(fā)布提示信息，開(kāi)封閉車(chē)道等。 （3）為確保隧道運(yùn)營(yíng)的安全，最大限度地降低誤報(bào)警率，計(jì)算機(jī)在所有異常情況下控制指令的發(fā)出，原則上都必須經(jīng)操作人員確認(rèn)，由人工鍵入命令后發(fā)出。 （4）根據(jù)控制模式，針對(duì)各種異常情況，計(jì)算機(jī)將提出相應(yīng)的各種控制方案，操作人員可通過(guò)鍵盤(pán)/鼠標(biāo)選擇某一種方案，發(fā)布正確命令，以控制事故的蔓延。 （5）操作人員鍵入的命令、發(fā)生事故的地點(diǎn)、時(shí)間和性質(zhì)等參數(shù)將存入計(jì)算機(jī)，可隨時(shí)調(diào)用、打印和顯示。 （6）操作人員可通過(guò)電話向上級(jí)及消防、搶救單位求援。 3.3 系統(tǒng)信息的采集、傳輸和運(yùn)行周期 隧道監(jiān)控原始信息來(lái)自于各類(lèi)檢測(cè)設(shè)備，如火災(zāi)報(bào)警、緊急電話、車(chē)輛檢測(cè)器、CO/VI檢測(cè)器、光強(qiáng)檢測(cè)器、設(shè)備狀態(tài)反饋信號(hào)等。上述信息經(jīng)隧道現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的PLC及Controller link光纖冗余總線環(huán)網(wǎng)傳輸?shù)酵ㄐ殴?jié)點(diǎn)站，并經(jīng)通信系統(tǒng)上傳監(jiān)控中心?？刂菩畔⒔?jīng)上述通道反向傳輸至設(shè)備。 運(yùn)行周期和表示： 報(bào)警：所有報(bào)警從發(fā)生到顯示在5秒以?xún)?nèi)； 事件：10％在5秒之內(nèi)，其余在10秒之內(nèi)； 命令：從發(fā)生至執(zhí)行2秒之內(nèi)； 模擬量顯示：在15秒之內(nèi)； 圖像：一般表示或更換一個(gè)圖像在5秒之內(nèi)。 根據(jù)招標(biāo)文件要求，省中心具有路網(wǎng)信息匯集、路網(wǎng)信息處理、路網(wǎng)交通協(xié)調(diào)、交通控制、信息顯示功能。 4.結(jié)論 隧道監(jiān)控系統(tǒng)采用以太網(wǎng)、Controller Link總線網(wǎng)，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、靈活性得到很好的保證和提高。采用光纖冗余環(huán)網(wǎng)，使系統(tǒng)的安全性、干擾能力增強(qiáng)；整個(gè)系統(tǒng)的有用信息得到完全共享,便于系統(tǒng)集成和相關(guān)設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)。這種監(jiān)控方式較好地發(fā)揮了工業(yè)PC和PLC的各自?xún)?yōu)勢(shì),充分利用了工業(yè)PC在信息管理和處理上的強(qiáng)大能力及PLC在現(xiàn)場(chǎng)控制中的靈活性。 作者資料 許志斌：男，工程師，本科，西安金路交通工程科技發(fā)展有限責(zé)任公司，E-mail：XUZHIBIN168@163.com 幺進(jìn)祥：男，工程師，本科，北京云星宇交通工程有限公司技術(shù)開(kāi)發(fā)部，工作電話：010-83681820-122，移動(dòng)電話：13641254699，E-mail：jinxiangyao@163．Com 通信地址：北京豐臺(tái)區(qū)海鷹路1號(hào)院4號(hào)樓5層，郵編：100070 趙永忠：男，高級(jí)工程師，博士，北京云星宇交通工程有限公司技術(shù)開(kāi)發(fā)部，工作電話：010-83681820-188