隧道監(jiān)控系統(tǒng)及典型解決方案

隧道是高速公路及城市公路的重要組成部分，按長度分類，隧道可分為短隧道（L<250

m）、中隧道（250m<L<1000m）、長隧道（100（）m<Lv3000m）和特長隧道（3000m<L）四類，一般的,

對于長度大于1000米的長隧道和特長隧道，需要監(jiān)控系統(tǒng)以保證隧道內(nèi)行車的安全和通

暢。

隧道監(jiān)控系統(tǒng)主要包拈監(jiān)測設(shè)備、報警設(shè)備和控制及誘導(dǎo)設(shè)備3大類。一般的，CCTV

系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、報警系統(tǒng)（火災(zāi)檢測、報警按鈕、緊急電話）是自成系統(tǒng)的，除此之外.其它

設(shè)備都通過區(qū)域控制器及其通訊網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)監(jiān)控。一般的，每條隧道的監(jiān)控分為3個層次，

上層為本地控制中心，中間為區(qū)域控制器，下層為各種檢測設(shè)備（車輛檢測器、能見度檢測

器、CO濃度檢測器、風(fēng)速風(fēng)向檢測器、亮度檢測器、超高車輛檢測器等）和控制及誘導(dǎo)設(shè)備

（車道控制器標志、交通燈、可變情報板、可變限速標志等）。在這3個層次中，區(qū)域控制器

是隧道監(jiān)控系統(tǒng)的核心，它負責(zé)采集現(xiàn)場設(shè)備的信息，處理后傳給本地控制中心，而本地控

制中心的控制命令則發(fā)給區(qū)域控制器，再由區(qū)域控制器直接控制相應(yīng)設(shè)備。因此區(qū)域控制器

應(yīng)是高度可靠的。目前多使用PLC（ProgrammablcLogicConirollcr,可編程邏輯控制器）作為

區(qū)域控制器的核心控制部分，PLC設(shè)計用「對穩(wěn)定性、實時性有極高要求的工業(yè)現(xiàn)場控制領(lǐng)

域，對于環(huán)境有很強的適應(yīng)能力，故而可以很好的用于隧道監(jiān)控現(xiàn)場。隧道監(jiān)控系統(tǒng)中的另

外一個重要組成部分就是通訊網(wǎng)絡(luò)。隨著距離超過1000m的隧道越來越多，單個隧道內(nèi)區(qū)域

控制器的數(shù)量越來越多，同時，為了保證隧道的通風(fēng)、照明及交通誘導(dǎo)設(shè)備的正確運行，各

區(qū)域控制器之間的相關(guān)性也越來越強，因此，監(jiān)控系統(tǒng)對通訊網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求，通訊

網(wǎng)絡(luò)不僅要具有較高的通訊速率以保證大量數(shù)據(jù)的有效傳輸，還必須具有容錯的能力以提

高通訊的可靠性，即網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)故障時能夠?qū)崿F(xiàn)自恢復(fù)，同時，構(gòu)成通訊網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備必須滿

足工業(yè)級要求，以適應(yīng)隧道內(nèi)苛刻的工作環(huán)境。本地控制中心一般由現(xiàn)場監(jiān)控工作站（控制

計算機）、監(jiān)控系統(tǒng)軟件、主區(qū)域控制器及相應(yīng)的附屬設(shè)施構(gòu)成，用于實現(xiàn)對整個隧道監(jiān)控

系統(tǒng)的統(tǒng)一監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)軟件運行于現(xiàn)場監(jiān)控工作站上，并不斷與PLC主控制柜交換數(shù)

據(jù)，實時地把所有設(shè)備的當前狀態(tài)以顏色、閃爍、數(shù)值等方式顯示在操作界面上；而操作人

員在操作界面的每個動作、也由監(jiān)控系統(tǒng)軟件將相關(guān)的命令、參數(shù)寫入PLC實現(xiàn)設(shè)備的手

動控制。隧道監(jiān)控系統(tǒng)的主區(qū)域控制器的性能要優(yōu)于普通區(qū)域控制器，因為當現(xiàn)場監(jiān)控工作

站故障而無法完成正常的監(jiān)控功能時，主區(qū)域控制器要能夠自主的進行交通、照明、通風(fēng)等

控制功能。

PLC和通訊網(wǎng)絡(luò)是隧道監(jiān)控系統(tǒng)的核心組成部分，PLC的選擇和監(jiān)控系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)的

性能對隧道監(jiān)控系統(tǒng)的性能起到?jīng)Q定性的作用。根據(jù)隧道本身的特點和監(jiān)控需求選擇合適的

PLC及通訊網(wǎng)絡(luò)是保證隧道監(jiān)控系統(tǒng)性能的重要因素。

對西門子隧道監(jiān)控系統(tǒng)解決方案來說，S7-300系列PLC是區(qū)域控制器的首選，其穩(wěn)定

的性能、強大的通訊能力以及適中的價位可以為用戶提供高性價比解決方案。

在通訊網(wǎng)絡(luò)方面，西門子為用戶提供了豐富的選擇，無論是基于現(xiàn)場總線技術(shù)構(gòu)建的P

ROFIBUS通訊網(wǎng)絡(luò)還是基于以太網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的工業(yè)以太網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)，都可以很好的滿足隧

道監(jiān)控系統(tǒng)對通訊網(wǎng)絡(luò)的性能及可靠性方面的要求。

下面分別介紹一下基于PROFIBUS技術(shù)的現(xiàn)場總線解決方案和基于以太網(wǎng)技術(shù)的工業(yè)

以太網(wǎng)解決方案：

PROFIBUS冗余環(huán)網(wǎng)

PROFIBUS是目前國際上通用的現(xiàn)場總線標準之一，以其獨特的技術(shù)特點、嚴格的認

證規(guī)范、開放的標準、眾多廠商的支持和不斷發(fā)展的應(yīng)用行規(guī)，已成為最重要的現(xiàn)場總線標

準。PROFIBUS符合國際標準IEC61158和中國標準用“10308.3-20（）1,在各個工業(yè)領(lǐng)域中

都有十分廣泛的應(yīng)用。

對于隧道監(jiān)控系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)來說，PROFIBUS可以很好的滿足其苛刻的要求。

如下圖所示，監(jiān)控系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)選擇PROFIBUS冗余光纖環(huán)網(wǎng)，該光纖環(huán)網(wǎng)具有故I障自恢

復(fù)功能，即環(huán)網(wǎng)上任何一點出現(xiàn)故障都不會影響網(wǎng)絡(luò)的正常通信；本地控制器選擇S7-300

系列PLC來實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)字量、模擬量和串行通信設(shè)備（如大型情報看板）的輸入、輸出及控制,

S7-3OOPLC通過OLM（光纖鏈接模塊）連接到PROFIBUS光纖環(huán)網(wǎng)中；主監(jiān)控室的本地控

制器選擇S7-400PLC,也通過OLM連接到PROFLBUS光纖環(huán)網(wǎng)中，在監(jiān)控室中使用觸摸

屏進行現(xiàn)場控制和監(jiān)視，S7-400PLC負責(zé)整個隧道監(jiān)控系統(tǒng)的控制和協(xié)調(diào)，并將監(jiān)控系統(tǒng)的

信息上傳至監(jiān)控分中心，供操作人員實現(xiàn)集中的監(jiān)控。

工業(yè)以太網(wǎng)冗余環(huán)網(wǎng)

作為當今LAN(局域網(wǎng))領(lǐng)域中首屈一指的網(wǎng)絡(luò)，以太網(wǎng)的市場占有率高達80%,廣泛

的應(yīng)用于辦公網(wǎng)絡(luò)世界。

工業(yè)以太網(wǎng)是基于IEEE8()2.3(Elhernet)的強大的區(qū)域和單元網(wǎng)絡(luò)，其技術(shù)上于普通以太網(wǎng)完

全兼容，同時考慮到工業(yè)現(xiàn)場的嚴酷工作環(huán)境和極高的可靠性要求，工業(yè)以太網(wǎng)對普通以太

網(wǎng)做了相應(yīng)的完善，以適應(yīng)工業(yè)應(yīng)用的需要。

如下圖所示，監(jiān)控系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)選擇工業(yè)以太網(wǎng)冗余元纖環(huán)網(wǎng)，該冗余環(huán)網(wǎng)使用西門子專

有的快速冗余環(huán)技術(shù)，保證了網(wǎng)絡(luò)通訊的可靠性，即網(wǎng)絡(luò)上任一點故障時，可在0.3秒內(nèi)恢復(fù)

網(wǎng)絡(luò)的正常通訊，不影響設(shè)備間的時間交換;本地控制器選擇S7-300系列PLC來實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)

字量、模擬量和串行通信設(shè)備(如大型情報看板)的輸入、輸出及控制，S7-300