董琪，MOXA公司
在高速公路機(jī)電監(jiān)控行業(yè)中，工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在隧道監(jiān)控之中。浙江的麗龍高速就選擇了這種方式來通訊從而監(jiān)控隧道外場的各個(gè)設(shè)備。
工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)在隧道現(xiàn)場的應(yīng)用
近二十年來，隨著我國公路交通事業(yè)飛速發(fā)展，公路的等級(jí)不斷提高，通車?yán)锍讨鹉昱噬?，公路建設(shè)已成為拉動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)增長的支柱產(chǎn)業(yè)和帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的龍頭。在山嶺和丘陵地區(qū)乃至越江過河的公路建設(shè)中，隧道方案以能縮短行車?yán)锍蹋岣呔€型標(biāo)準(zhǔn)、保障運(yùn)營安全，保護(hù)生態(tài)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，得到普遍應(yīng)用，并且越修越長，規(guī)模越來越大。許多特長隧道、大跨度扁平隧道、雙層隧道、沉管隧道、盾構(gòu)隧道、高海拔隧道、寒區(qū)隧道相繼建成。在堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展，切實(shí)保護(hù)生態(tài)環(huán)境和有限的土地資源的戰(zhàn)略指導(dǎo)下，長大隧道的建設(shè)必然任務(wù)越來越重，技術(shù)要求越來越高。
麗龍高速是麗水到龍泉、云和的必經(jīng)之路，起點(diǎn)在麗水市區(qū)，終點(diǎn)是龍泉出口，全長102公里，是號(hào)稱浙江省“兩龍”的龍麗龍高速中的一段。全長222.3公里，分為龍游至麗水段、麗水至龍泉段。這兩條"龍"，把麗水市沿線五縣(市、區(qū))與龍游縣人口超過10萬以上的城鄉(xiāng)全部連接起來，惠及115個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道，覆蓋百萬以上人口。麗龍高速從北埠到龍泉段共有15座橋梁、29個(gè)隧道。在29個(gè)隧道中，長度在一公里以上的隧道有10個(gè)，其中長度達(dá)到2781米的赤石嶺隧道摘取“最長隧道”之稱。
為了使隧道能安全、環(huán)保、高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。隧道監(jiān)控系統(tǒng)是長隧道的安全保障必不可少的，也是保證隧道交通暢通與環(huán)保必須的工程設(shè)施。
公路長隧道監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)一般包括隧道監(jiān)控室、隧道變電所、隧道內(nèi)現(xiàn)場設(shè)備、將這些設(shè)備和中控室聯(lián)系起來的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)、以及使這些設(shè)備和諧準(zhǔn)確運(yùn)轉(zhuǎn)的控制軟件。
隧道控制的核心思想就是將所有縱向及橫向的系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來，通過算法分析，最終實(shí)現(xiàn)最人性化的自動(dòng)控制。而所有這一切的核心就是PLC。各PLC負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場檢測設(shè)備的信息，處理后傳給隧道控制室，而隧道控制室的控制命令則發(fā)給PLC，再由PLC直接控制相應(yīng)設(shè)備。
除了PLC本身必須具備高性能以外，貫穿于整個(gè)系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)則是保證PLC成為控制核心的關(guān)鍵。隨著隧道建設(shè)技術(shù)的不斷完善，長隧道、特長隧道已經(jīng)越來越多，單洞內(nèi)的PLC就越來越多，這就意味著網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)在不斷增加。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(cuò)的能力以提高通訊的可靠性，即網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)故障時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)自恢復(fù)，同時(shí)，構(gòu)成通訊網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備必須滿足工業(yè)級(jí)要求，以適應(yīng)隧道內(nèi)苛刻的工作環(huán)境。
該項(xiàng)目系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用MOXA
EDS-700系列千兆模塊化冗余結(jié)構(gòu)的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)作為主干通訊控制網(wǎng)絡(luò)，速率1000M/s，并且在上位組態(tài)計(jì)算機(jī)上安裝SNMP OPC
SERVER，這樣就可以使得組態(tài)軟件可以同時(shí)監(jiān)控PLC與工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。隧道現(xiàn)場使用單環(huán)百兆冗余結(jié)構(gòu)的緊固式工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)EDS-500系列（每個(gè)PLC上均使用以太網(wǎng)模塊連接一臺(tái)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)）組成通訊鏈路，各隧道與中控室之間采用PORT
TRUNKING方式冗余通訊?！ ?/p>
串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器取代PLC串口模塊
有的高速公路運(yùn)營管理公司在使用了工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)作為PLC的通訊方式后，又采用了更加新穎的方式來完成中控室對(duì)外場數(shù)據(jù)的通訊，即開關(guān)量與數(shù)據(jù)流分離——隧道外場的情報(bào)板、車檢器等設(shè)備一般對(duì)外的接口為RS-485接口。在原來，由于PLC廠家總線的排他性，這些設(shè)備均是接到PLC的串口模塊上面。
而現(xiàn)在隧道現(xiàn)場PLC通訊引入了工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)后，所有的這些串口設(shè)備信息，可以用串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器來連接并上以太網(wǎng)，從而讓中控室來進(jìn)行控制。
與直接連接到PLC的串口模塊上相比，這樣做的好處是：
1、降低現(xiàn)場控制端負(fù)擔(dān)。開關(guān)量控制與數(shù)據(jù)流傳輸分離，有效降低了PLC的負(fù)擔(dān)。
2、更多的接口數(shù)量。一個(gè)PLC串口模塊只提供2個(gè)串口，而一臺(tái)串口服務(wù)器提供的串口最多可達(dá)32個(gè)，減少了PLC模塊槽位的消耗。
3、方便施工的接口種類。接線更加方便。串口服務(wù)器上串口除了DB9接頭之外，也可以使用接線端子接頭來接線，方便現(xiàn)場施工。
4、串口服務(wù)器帶光電隔離保護(hù)，有效保證長距離串口通訊時(shí)，串口不受損壞。
5、大部分串口服務(wù)器產(chǎn)品支持電阻可調(diào)，可選1KΩ/150KΩ
上拉下拉電阻和120Ω終端電阻。我們可以使用終端電阻消除串口信號(hào)的反射，同時(shí)正確的設(shè)置上下拉電阻可以保證組織匹配，從而使中控室向隧道外場設(shè)備發(fā)送指令信息更加的流暢。
現(xiàn)在，包括重慶的云萬高速和上海的大連路隧道，已經(jīng)有多個(gè)項(xiàng)目在使用這種隧道現(xiàn)場開關(guān)量與數(shù)據(jù)流分離的通訊方式，工業(yè)以太網(wǎng)帶給客戶的好處在慢慢的體現(xiàn)出來。相信會(huì)有越來越多的客戶選擇這種靈活開放的網(wǎng)絡(luò)。而這些衍生出來的新的變化也會(huì)慢慢的把它的優(yōu)勢展現(xiàn)給中國的高速公路管理者們。
