摘要：本文主要以昆石高速公路的智能隧道監(jiān)控系統(tǒng)為背景，介紹和推廣智能隧道監(jiān)控系統(tǒng)方案，希望對(duì)國(guó)內(nèi)隧道控制系統(tǒng)的自主研發(fā)和生產(chǎn)有一定的參考作用。 關(guān)鍵詞：昆石高速，隧道監(jiān)控， PLC，Profibus Abstract: This paper introduces Intelligent monitor and control system about tunnels of express way . The system is used on the KunMing to ShiLin express way. I hope it can improve domestic research of tunnel’s control system.. Key Words: KUNSHI express way, tunnel’s monitor and control system, PLC,Profibus 一、 系統(tǒng)概述 圖1 地圖板顯示圖 圖1 地圖板顯示圖 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高速公路及高速公路隧道的建設(shè)項(xiàng)目與日俱增，隧道安全運(yùn)營(yíng)問(wèn)題顯得越來(lái)越突出，隧道的監(jiān)視與控制管理成為公路隧道安全正常運(yùn)行的重要課題。歐洲、美國(guó)、日本等西方發(fā)達(dá)國(guó)家早從60年代開(kāi)始就相繼開(kāi)始研究先進(jìn)的隧道監(jiān)控系統(tǒng)，由于多種原因，國(guó)內(nèi)關(guān)于隧道監(jiān)控系統(tǒng)的研究才剛剛起步，隨著計(jì)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，使我國(guó)自己研制和生產(chǎn)的隧道監(jiān)視與控制系統(tǒng)高速信息共享成為可能。 本文針對(duì)隧道運(yùn)營(yíng)中的車(chē)道引導(dǎo)、交通信息采集、照明、通風(fēng)，火災(zāi)、環(huán)境、供電、事故監(jiān)視等功能的需求，以昆石高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)和實(shí)施了一種基于Ethernet和Profibus-DP總線技術(shù)的先進(jìn)監(jiān)控系統(tǒng)。 昆石監(jiān)控系統(tǒng)釆用西門(mén)子PLC可編程控制器作為控制中心，Profibus-DP總線完成控制信息級(jí)的控制，MPI總線完成PLC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(cè)技術(shù)完成對(duì)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(bào)板、通風(fēng)、照明、閉路電視、火災(zāi)檢測(cè)與報(bào)警、電話緊急呼救、中央管理與控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通信息檢測(cè)與誘導(dǎo)、供電消防、防雷及接地等十幾個(gè)子系統(tǒng)，并集中在大屏幕系統(tǒng)中顯示操作畫(huà)面，可以完成： Ø CO的監(jiān)測(cè)、可見(jiàn)度及風(fēng)速、風(fēng)向測(cè)量； Ø 洞內(nèi)、外光強(qiáng)度測(cè)量； Ø 通風(fēng)、照明系統(tǒng)控制； Ø 供電、火警、緊急電話的控制、水泵控制、水位的顯示； Ø 事故視頻監(jiān)測(cè)及報(bào)警指示、隧道和車(chē)道的運(yùn)行和封閉、限速指示； Ø 高度控制、車(chē)道引導(dǎo)、SOS(語(yǔ)音提示)； Ø 交通數(shù)據(jù)測(cè)量(車(chē)速測(cè)量、車(chē)輛計(jì)數(shù)，車(chē)道占有率、車(chē)輛分類等)。 二、系統(tǒng)組成及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)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-DP總線網(wǎng)絡(luò)與各子站通信，并在兩個(gè)長(zhǎng)隧道變電所安裝界面友好的中文手操屏實(shí)現(xiàn)本地控制，速率為1.5Mb/s；管理部分釆用以太網(wǎng)連接路上大屏幕、公路MIS、GIS、GPS、收費(fèi)系統(tǒng)及各監(jiān)視操作站，速率10-100Mb／s，實(shí)現(xiàn)信息的共享：模塊化結(jié)構(gòu)，友好中文人機(jī)界面，方便的人機(jī)對(duì)話模式，是世界各國(guó)普遍采用和認(rèn)可的領(lǐng)先的設(shè)計(jì)和實(shí)施方式。 圖2 長(zhǎng)隧道控制拓?fù)鋱D 圖2 長(zhǎng)隧道控制拓?fù)鋱D 三、系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì) 1、 監(jiān)控中心 　　采用2個(gè)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(shí)性與完整性，對(duì)所有的系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)生成、管理、分配及綜合調(diào)度；隧道現(xiàn)場(chǎng)利用Profibus-DP控制總線與子站通訊，利用冗余的光纖環(huán)網(wǎng)與中央控制器通訊；利用以太網(wǎng)與公路的主控系統(tǒng)或MIS、GIS、GPS、收費(fèi)系統(tǒng)等通訊；同時(shí)利用以太網(wǎng)將系統(tǒng)的運(yùn)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(shí)畫(huà)面分割功能輪換顯示視頻檢測(cè)器傳入的隧道運(yùn)行的交通監(jiān)控圖像信息和交通數(shù)據(jù)（車(chē)速、車(chē)流量、占有率等），發(fā)現(xiàn)交通事故以聲、光兩種方式報(bào)警，同時(shí)回放事故錄像，對(duì)停車(chē)系統(tǒng)、電話系統(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(cè)；CO等污染物的監(jiān)測(cè)；能見(jiàn)度及風(fēng)速、風(fēng)向測(cè)量；地下水位、通風(fēng)系統(tǒng)控制；水泵控制；照明的控制；報(bào)警控制；車(chē)道的開(kāi)啟控制；視頻檢測(cè)及呼救電話控制；電話通信；報(bào)警及報(bào)表的打印等。 　　系統(tǒng)提供自主研發(fā)的組態(tài)及監(jiān)控軟件包，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控組態(tài)、控制組態(tài)、操作組態(tài)、畫(huà)面組態(tài)等功能。實(shí)現(xiàn)任意圖形、曲線、報(bào)表的生成；動(dòng)態(tài)畫(huà)面組態(tài)支持系統(tǒng)內(nèi)的各種數(shù)據(jù)，包括實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、人工錄入等，可以打印輸出。 2、操作站 　　監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行；隧道當(dāng)前狀態(tài)顯示；綜合或分類信號(hào)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；緊急電話控制；高度控制；視頻監(jiān)視；火災(zāi)報(bào)警等。操作站畫(huà)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(bào)警畫(huà)面，呼救畫(huà)面，專業(yè)設(shè)備的運(yùn)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(yùn)行情況，及時(shí)調(diào)整隧道運(yùn)行參數(shù)和控制參數(shù)，對(duì)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(bào)板 　　指揮中心可以根據(jù)當(dāng)時(shí)的情況編輯和發(fā)送交通信息、運(yùn)營(yíng)指令、路況資料、報(bào)警信息等多幅信息循環(huán)播放顯示，同時(shí)在大屏幕上進(jìn)行循環(huán)顯示。 5、照明系統(tǒng) 　　利用光強(qiáng)度檢測(cè)儀器，檢測(cè)洞口及洞內(nèi)的光照度值，根據(jù)不同的光照度值打開(kāi)或關(guān)閉不同的照明燈和霧燈及其數(shù)量，以消除玄光和黑洞效應(yīng)，保證車(chē)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)，另外，還可根據(jù)一年四季的日照時(shí)間的差別，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)照明控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)照明模式。 6、通風(fēng)系統(tǒng) 　　通風(fēng)是保證行車(chē)安全的重要一點(diǎn)，系統(tǒng)采用環(huán)境污染檢測(cè)儀測(cè)量隧道的CO等污染物的含量，采用風(fēng)速測(cè)量?jī)x表測(cè)量風(fēng)速，并將所有4-20MA信號(hào)送人控制站，根據(jù)優(yōu)化的隧道運(yùn)行參數(shù)，決定自動(dòng)風(fēng)機(jī)的開(kāi)或關(guān)，車(chē)道的開(kāi)或關(guān)。 7、緊急電話及呼救系統(tǒng) 　　對(duì)火災(zāi)、交通事故，采用熱線方式，直通計(jì)算機(jī)主機(jī)，并進(jìn)行聲光報(bào)警，警察接到報(bào)警后立即響應(yīng)；同時(shí)視頻檢測(cè)器24小時(shí)監(jiān)測(cè)隧道的運(yùn)行情況，指揮中心對(duì)隧道的發(fā)生事故通過(guò)圖像及時(shí)記錄與回放，也可以在幾分鐘內(nèi)了解情況，及時(shí)通過(guò)電話和語(yǔ)音進(jìn)行報(bào)警和提示，及時(shí)處理。 8、視頻檢測(cè)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(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)記錄交通事故及事故自動(dòng)回放，根據(jù)該系統(tǒng)的檢測(cè)和監(jiān)視情況自動(dòng)或手動(dòng)發(fā)布交通信息、決定車(chē)道的開(kāi)、關(guān)，信號(hào)燈的紅與綠，自動(dòng)計(jì)算車(chē)道的擁擠度，自動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉車(chē)道。 9、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) 　　包括SOS等，備有火災(zāi)等事故自動(dòng)和手動(dòng)報(bào)警器，當(dāng)報(bào)警時(shí)執(zhí)行關(guān)閉隧道、打開(kāi)風(fēng)機(jī)和照明、啟動(dòng)消防水泵等動(dòng)作。 10、信號(hào)燈控制系統(tǒng) 　　由控制站通過(guò)接收其他系統(tǒng)的指令決定系統(tǒng)的信號(hào)燈的開(kāi)關(guān)及時(shí)間的長(zhǎng)短，運(yùn)行的狀態(tài)。 11、車(chē)位引導(dǎo)系統(tǒng) 　　采用Nortech車(chē)輛檢測(cè)器，對(duì)車(chē)位進(jìn)行檢測(cè)，并將信號(hào)傳入控制站，控制站交通燈和車(chē)道燈發(fā)出指令，對(duì)車(chē)輛的行車(chē)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(duì)消防水池水位進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)水位不滿足隧道運(yùn)行條件，自動(dòng)報(bào)警提示監(jiān)控員，以便讓監(jiān)控員采取解決措施。 　　另外，當(dāng)視頻系統(tǒng)和火災(zāi)報(bào)警發(fā)現(xiàn)某區(qū)域火災(zāi)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)該區(qū)域隧道每30-50米一個(gè)的定位消防泵，打開(kāi)萬(wàn)向高壓水頭，進(jìn)行救火。 13、電力監(jiān)測(cè) 　　系統(tǒng)釆用電力綜合監(jiān)測(cè)儀，對(duì)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(cè)，控制電源的開(kāi)、關(guān)等。 14、相關(guān)功能的連鎖控制。 四、系統(tǒng)主要設(shè)備 1、區(qū)域控制器，采用北京云星宇交通工程有限公司的產(chǎn)品（其中PLC控制器及通訊模塊，采用西門(mén)子SIEMENS產(chǎn)品。） 2、視頻檢測(cè)器，采用深圳三立視訊公司的產(chǎn)品。 3、交通燈和車(chē)道燈，采用北京云星宇交通工程有限公司的產(chǎn)品。 4、車(chē)輛線圈檢測(cè)器，采用Nortech的產(chǎn)品。 5、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，IBM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。 6、背投式PHLIPS公司生產(chǎn)的拼圖控制器和屏幕。 7、能見(jiàn)度及可見(jiàn)度檢測(cè)儀，采用SICK公司的產(chǎn)品。 8、緊急呼救電話設(shè)備，采用成都曙光光纖網(wǎng)絡(luò)有限公司產(chǎn)品。 9、火災(zāi)報(bào)警器，采用美國(guó)Notifier公司的產(chǎn)品。 10、照明燈，采用GE公司的產(chǎn)品。 11、中文監(jiān)控軟件，采用成都曙光光纖網(wǎng)絡(luò)有限公司產(chǎn)品。 　　五、系統(tǒng)的推廣應(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(kāi)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(chē)管理系統(tǒng)中增加收費(fèi)功能即可實(shí)現(xiàn)不停車(chē)收費(fèi)或自動(dòng)收費(fèi)，可廣泛用于高速公路隧道和普通公路隧道的管理與控制，完成諸如視頻檢測(cè)、電視監(jiān)控、照明、報(bào)警、緊急救援、車(chē)道引導(dǎo)、不停車(chē)收費(fèi)、通風(fēng)、環(huán)境檢測(cè)、事故監(jiān)視與記錄等功能。 　　六、結(jié)束語(yǔ) 　　該系統(tǒng)的優(yōu)越性體現(xiàn)在采用國(guó)際通用的以太網(wǎng)和PROFIBUS-DP總線技術(shù)，使過(guò)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(jiǎn)單化，同時(shí)采用高可靠性的PLC及其檢測(cè)設(shè)備，保證系統(tǒng)無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間顯著增加。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件，制定更完善的控制方案和靈活的控制策略，類似結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)可以適當(dāng)推廣。 作者資料 張利兵，北京云星宇交通工程有限公司產(chǎn)品開(kāi)發(fā)部 康 濤，北京云星宇交通工程有限公司產(chǎn)品開(kāi)發(fā)部 劉海燕，北京云星宇交通工<