OMRON PLC在北京八达岭隧道控制系统改造中的典型应用

[摘要]本文针对欧姆龙CS1系列PLC在北京八达岭隧道群监控系统改造中的应用，介绍了隧道机电设备进行分散控制、集中管理等内容。系统通过对隧道内外环境和机电设备进行监控，既能满足高速公路隧道对交通、照明和通风等系统的控制要求，又达到整个系统的协调和节能目的。本系统充分利用了OMRON PLC的Controller Link总线方式组成光纤冗余环网代替RS485总线，提高了系统的可靠、稳定、抗干扰性。

[关键词] 隧道区域控制器；OMRON; Controller Link总线方式；光纤冗余环网　

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

八达岭高速公路起点位于北京市区马甸桥，终点位于市界。途经北京市海淀区、昌平县和延庆县，全长约69.665公里，沿线共设有10座隧道，分布在路段的左右两线上构成隧道群，总长度6139米。隧道是单向3车道，于1998年投入使用，当时隧道控制系统完全引进德国BOSCH公司控制系统，隧道设备接入本地控制器（单板机组成），系统采用RS485总线，从站通过主站与监控中心计算机相连。

经过近十年的运营，隧道内现有设施的使用状态已无法达到原隧道机电系统设计的功能需求，影响到隧道正常的运营管理。目前，隧道缺少日常的交通统计分析，火灾检测和CO检测系统无法达到自动检测的功能要求，主要依靠摄像机和人控检测的方式发现异常状况，风机也无法实现自动启动，给道路运营以及隧道安全造成了极大的影响。高速公路运营管理部门经过招标对隧道机电及监控系统进行改造。北京云星宇交通工程有限公司有幸承担本次改造项目，于2005年底开始改造并于2006年底完成。隧道区域控制器主要采用OMRON CS1系列PLC模块集成。系统采用Controller Link总线方式组成光纤冗余环网，传输速率2Mbps，上位监控软件采用组态软件开发。系统改造后达到理想的效果，并得到业内的好评和肯定。

2.系统硬件结构：

硬件结构如下图所示：

系统采用Controller Link工业现场总线和工业以太网组网，是典型的四级控制系统，即现场设备层、现场控制层、中心控制层、上级管理层。
现场设备层：主要由执行机构交通灯、风机、照明和CO、能见度传感器等。
现场控制层：由OMRON CS1系列可编程控制器组成，称为区域控制器，区域控制器之间通过Controller Link工业现场总线组成冗余光纤环网。
中心控制层：由双机热备服务器、通信计算机和两台监控计算机组成。
上级管理层：由监控总中心数据服务器，终端计算机组成，可以进行web发布。

3.隧道区域控制功能

隧道监控系统由通风照明控制系统、交通检测与控制系统、火灾检测与报警系统、闭路电视监视系统、紧急电话系统、有线广播系统等组成，其监控信息通过通信系统上传到监控分中心。监控系统中各类计算机互相通信、共享资源，与PLC网络拓扑采用星形结构，经PLC系统可自动分散控制隧道设施正常运行。

由于隧道集中监控系统传输距离长，控制规模较大，采用四级控制较为灵活、安全、高效。四级控制即总中心计算机系统控制、监控分中心计算机系统控制、隧道PLC网络控制、现场手动控制。隧道监控系统一般情况下是在监控分中心主控计算机的控制下，交由控制器自动控制运行。隧道PLC网络在计算机的控制下，运行各自局部设施的自动控制。监控中心控制计算机采集来自分中心及隧道控制单元、各类检测报警单元的运行数据，并给相应的控制单元发送命令，以执行相应任务。

正常情况下监控中心系统处于自动运行状态，一旦监控计算机出现故障，PLC系统会自动代替监控计算机，完成对隧道设施的基本控制功能。最后一级是设备的手动控制和现场的紧急控制。

3.1 隧道正常运营的控制

各分控系统对现场设备及信息进行实时监测，预处理后上传至监控分中心，并得到确认。在待命确认状态下，分控系统则根据运行程序对隧道照明、通风交通等实施基本控制。监控计算机则对上传的数据信息运算处理，按一定模块存档、制表及显示，并根据所制定的控制模式提出决策建议，发布控制命令供操作人员修改确认执行。应用软件随机生成隧道动态运行工况模拟图及各类数据信息图表。系统控制方式如下：

（1）安全控制：隧道火灾事故报警均24小时在线工作，经PLC系统向监控室发出报警信号，并在显示器模拟显示，有声光报警提示。
（2）交通信号控制：经隧道现场PLC系统对车辆检测信息及各类显示标志状态信息进行实时检测，由分控系统预处理后，上传给监控室监控计算机，运算处理后得出车流量、车速、区段占有率等数据，从而控制隧道信号灯、车道指示器、可变情报板。
（3）隧道照明控制：选择时序或手动控制方式，向分控系统发出控制命令，按照不同亮度等级启动/关闭相应照明配电回路。
（4）隧道通风控制：由监控计算机对隧道CO、VI检测数据、风速风向、交通状态、火灾报警状态的数据运算处理，向分控系统发出启动/关闭相应位置的风机和相应的通风级别指令。
（5）隧道闭路电视监视控制：监控分中心监控计算机根据隧道安全检测系统及交通信号系统的信息，决策出启动/遥控相应位置的摄像机，并做特殊放大显示。

3.2 隧道运营异常的控制

（1）在火灾手动报警、火灾自动报警、紧急电话报警发生后，火灾报警按最优先原则通知火灾报警计算机，向其发送火灾地点及特征信息。监控计算机向隧道闭路电视监视系统发送指令，把事故地段的画面切换到主监视器上，经确认后监控计算机立即依此提出相应的交通控制方案和通风控制方案，快速清除火灾地段车辆，将通风、照明模式转为火灾模式。
（2）在隧道交通拥挤或事故情况下，隧道车辆检测器发出某区段交通阻塞的报警信号，监控计算机同时提出相应的交通控制方案，并向隧道闭路电视监视系统发出指令，把事故地段的画面切换到图像计算机上监视并录像。在隧道CO、VI超标的情况下,隧道监控软件会自动弹出提示信息并根据预先设置好的预案，经过自动判断提示执行满足条件的预案，监控人员经过视频确认，可以对预案进行调整，确认后，系统会开启风机，照明，发布提示信息，开封闭车道等。
（3）为确保隧道运营的安全，最大限度地降低误报警率，计算机在所有异常情况下控制指令的发出，原则上都必须经操作人员确认，由人工键入命令后发出。
（4）根据控制模式，针对各种异常情况，计算机将提出相应的各种控制方案，操作人员可通过键盘/鼠标选择某一种方案，发布正确命令，以控制事故的蔓延。
（5）操作人员键入的命令、发生事故的地点、时间和性质等参数将存入计算机，可随时调用、打印和显示。
（6）操作人员可通过电话向上级及消防、抢救单位求援。

3.3 系统信息的采集、传输和运行周期

隧道监控原始信息来自于各类检测设备，如火灾报警、紧急电话、车辆检测器、CO/VI检测器、光强检测器、设备状态反馈信号等。上述信息经隧道现场设置的PLC及Controller link光纤冗余总线环网传输到通信节点站，并经通信系统上传监控中心。控制信息经上述通道反向传输至设备。

运行周期和表示：

报警：所有报警从发生到显示在5秒以内；
事件：10％在5秒之内，其余在10秒之内；
命令：从发生至执行2秒之内；
模拟量显示：在15秒之内；
图像：一般表示或更换一个图像在5秒之内。

根据招标文件要求，省中心具有路网信息汇集、路网信息处理、路网交通协调、交通控制、信息显示功能。

4.结论

隧道监控系统采用以太网、Controller Link总线网，使系统的稳定性、可靠性、灵活性得到很好的保证和提高。采用光纤冗余环网，使系统的安全性、干扰能力增强；整个系统的有用信息得到完全共享,便于系统集成和相关设备远程维护。这种监控方式较好地发挥了工业PC和PLC的各自优势,充分利用了工业PC在信息管理和处理上的强大能力及PLC在现场控制中的灵活性。

作者资料

许志斌：男，工程师，本科，西安金路交通工程科技发展有限责任公司，E-mail：XUZHIBIN168@163.com
幺进祥：男，工程师，本科，北京云星宇交通工程有限公司技术开发部，工作电话：010-83681820-122，移动电话：13641254699，E-mail：jinxiangyao@163．Com
通信地址：北京丰台区海鹰路1号院4号楼5层，邮编：100070
赵永忠：男，高级工程师，博士，北京云星宇交通工程有限公司技术开发部，工作电话：010-83681820-188