摘要：罗长高速从2002年12月通车起，已经运营6年多时间。该路路段日益增加的车流量；该监控系统的设计越来越不适应目前现场的维护管理。为满足罗长高速的新需求，对原有设备进行改造，从而达到能更好的保证罗长高速公路运行的目的。
关键词：高速公路；监控系统；本地控制器
中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)12-2950-03
Law Reform Long High-speed Monitoring System and Application Analysis
MEI Jian-feng
(Fujian Expressway Co., Ltd., Fuzhou 350015, China)
Abstract: Luo long high-speed traffic from December 2002 onwards, has been in operation for more than 6 years. Growing section of the road traffic; the design of the monitoring system become increasingly unsuited to the current site maintenance and management. To meet the new demands of high-speed long-Lo, to transform the original equipment, so as to achieve a better guarantee for the purpose of Luo long highway run.
Key words: highway; monitoring system; local controller
罗长高速承接福宁高速起点罗源至长乐顺接福泉高速，本段内共有隧道10座，其中1个隧道群，即红山隧道群包括红山1、2、3、4号隧道，其中红山一号隧道为长隧道，红山二号隧道并入红山一号，红山三号和红山四号设置一个机房，另外的长隧道2座为琯头岭隧道和洋门岭隧道，其余均为中短隧道包括（马仔顶隧道、棋盘山隧道、长安隧道）。罗长高速从2002年12月通车起，已经运营6年多时间。该路路段日益增加的车流量；该监控系统的设计越来越不适应目前现场的维护管理。为满足罗长高速的新需求，对原有设备进行改造，从而达到能更好的保证罗长高速公路运行的目的。
1 原监控系统介绍
1.1 长隧道监控系统介绍
1.1.1 长隧道网络系统
罗长高速公路监控系统设置本地控制器（PLC）系统，采用国际现场总线标准PROFIBUS，路段上的三个长大隧道各自构成独立的PROFIBUS-DP总线网络,对隧道内所有的设备进行监控。
三个长隧道系统的网络构架如图1。
1.1.2 长隧道照明系统
隧道内照明分引入段、过度1段、过度2段、过度3 段、基本段及出口段。白天照度由洞口向基本段逐级递增。洞内灯具分白日灯、黄昏白日灯、全日灯及应急灯四种。灯具及洞口外路灯的工作状态由置于隧道配电房配电屏内的微电脑路灯时控器控制。
1.1.3 长隧道通风系统
红山1号隧道风机安装容量近期为240KW；琯头岭隧道风机安装容量近期为180KW；洋门岭隧道风机安装容量近期为180KW；该系统中每台风机功率为15KW,每套风机柜控制两台风机，两台风机用同一个软启动器启动（因此软启的选型为30kw额定功率的PST系列的软启动器）。
1.2 监控功能
隧道照明的监控是在隧道口机房低压配电柜实现的，隧道总配电机房里的低压柜设计总断路器、各种灯型到隧道内部低压照明柜分回路的断路器和接触器，即PLC远程监控的采集和控制点都在隧道口机房，并且在隧道口机房低压照明柜设置时控器实现隧道照明时序控制的要求。而隧道内的照明柜只设置分回路的断路器，以及几个低压柜共用一个灯型控制线路时端子级联线路地实现。
隧道风机的监控：隧道口机房的风机柜只设置电源回路的断路器，而其他二次线路原理图、软启动器设备都安装在隧道内风机柜;并且该风机柜有如下特点：1）一个软启动器同时控制两台等功率的风机；2)当风机柜手动状态时，可以在隧道内风机柜门上控制风机开关；又可以同时在隧道口机房风机控制台上实现风机的本地控制；3）自动状态，通过PLC实现远程监控风机；4）软启动器的故障没有采集；
隧道其他外场设备的监控：LS、TS、柴油发电机、UPS、车检器、情报板等设备都是通过自由口跟PLC通讯，实现对这些外场设备的监控。CO\VI、透过率检测仪等设备通过模拟量的形式传输信号到PLC实现信号采集，和进行相关的控制。
1.3 网络通讯功能
三个长大隧道分别构成独立的PROFIBUS-DP网络,对隧道内所有的监控设备进行数据采集和信息下发；整个网络利用光纤作为媒介，隧道内S7-300PLC主要实现交通设备的监控；隧道口机房PLC实现对隧道所有电力设备的监控，主站设置在隧道口机房，本地设置TP270触摸屏。利用S7-200PLC,采用调制解调器通讯方式，上传整个隧道内所有数据到马尾分中心 ，以及从马尾分中心下发命令到隧道PLC设备上。
2 各系统改造的要求及方案
2.1 通讯工程
本次改造是把原系统中通过MODEM传输信号到分中心模式改造为通过光纤以太网传输到分中心。传输模式是利用主干线的两芯光纤实现对整个改造系统的环网冗余功能。利用光端机实现单芯收发，把总线上的7套PLC和9套情报板连成环网，在主干线的光纤选出两芯，配置光缆到各各隧道口机房的PLC柜以及各情报板上、并给各个终端设备配置光端机和工业以太网交换机。
2.2 短隧道电力监控
对系统控制柜、照明二次控制回路的接线设计。其中控制柜的设计包括硬件配置：配置西门子S7—300系列的PLC和其他柜内接线和辅材的设计。照明柜二次接线的设计：根据现场照明柜的二次回路设计出控制方案，配置控制电缆进行现场拉线和接线工程、以及对柴油发电机和UPS的通讯电缆铺设。软件方面需要对柴油发电机和UPS进行数据采集和控制；并且还对照明柜的二次回路进行监控。
2.3 车检器
车检器总共整合7套 ，其中3个长隧道的左右洞各一套，马仔顶隧道新增一套。长隧道的改造是在原系统的基础上分别安装在各隧道的左右洞的入口第一个车检器控制柜内。需增加RS232转RS485的模块（一个控制柜内一套）。把车检器接入到PLC，采用串口通讯的方式进行控制，通过PLC上传到分中心。马仔顶隧道的车检器为新增的，需重新敷设线圈和制作控制柜，位置在靠近机房的洞口，信号接入到机房内的PLC，同样采用串口通讯的方式进行采集。
2.4 情报板
对路段上和隧道口的所有情报板进行改造，从主干线到情报板重新敷设光纤，配置以太网板卡，配置光端机，把原系统的MODEM传输方式改造成光纤以太网传输方式。直接上传到分中心，在风中心的上位机用一个独立的工作站做为情报板的上位机。
2.5 隧道本地控制系统(PLC)
2.5.1 系统介绍
本改造电力监控系统和交通监控系统共用本地控制器。隧道内本地控制器连接了一定范围内分布在隧道的外场设备，隧道内本地控制器安装在隧道行车道车的小洞室内，负责隧道的交通监控系统，如隧道内的车道指示标志、CO/VI检测器、交通信号灯。
低压配电柜有关的开关量、照明控制回路和风机控制回路等设备直接与隧道口机房的本地控制器相连，隧道口设备机房的本地控制器，通过OLM光环网模块与隧道内其他本地控制器全部相连，组成光纤PROFIBUS-DP主从式总线网络；负责协调各本地控制器及外场设备，并作为与分中心连接的枢纽。
表1是本地控制器所带设备的控制模式。
2.5.2 隧道本地控制器（PLC）的特点
隧道本地控制器可收集、处理和存储隧道内外场设备的检测数据，监视外场设备工作状态，上传给监控分中心并接收监控分中心命令对外场设备进行控制。本地控制器通过主控制器的以太网通信单元与监控分中心计算机系统进行通信。
车道指示标志灯、CO/VI检测器、交通信号灯、低压配电柜有关的开关量、照明控制回路和风机控制回路等设备直接与就近的本地控制器相连；隧道内车检器、洞口的小型可变信息标志均配置了1个RS232/422/485接口，这些设备的数据信号通过光端机直接传输到隧道机房，根据需要配置以太网交换机汇集后由工控机控制。
隧道内的本地控制器可以连接一定范围的外场设备。根据所连接的各种外场设备接口类型，本地控制器可以通过RS232/422/485、DI/DO、模拟量AI接口等与之相连。本地控制器根据所辖区段内的外厂设备类型、数量而配置足够数量的RE232/422/485、DI/DO、模拟量AI接口模块，并有大于等于20%的冗余备用接口并在招标文件中详细描述工程数量。
隧道之间的本地控制器和监控分中心的工控机通过工业以太网交换机相连，并形成一个光纤环网进行数据通讯。
本地控制器的功能
1）本地控制系统具有本地自动控制功能，在维修、测试、监控中心故障、通信故障等情况下可以由本地控制系统代替监控分中心进行控制。
2）收集各隧道检测设备检测的信息，包括交通信息、一氧化碳浓度、隧道内透过率、外场设备运行状态等
3）对收集信息进行预处理，并存储在本地存储单元中。
4）将存储单元中处理好的信息上传到监控分中心计算机上。
5）接收上位机发送的各种命令，将控制命令和设备运行状态比较后，发出对下端执行设备的控制指令（如发给交通信号灯、车道指示标志灯、隧道口小型可变信息标志等的指令）
6）可存储一些常用和应急处理程序，如交通事故处理程序、火灾紧急处理程序等。
7）每个隧道本地控制器是一个独立的控制系统，在监控分中心监控工作站故障、维修或测试、通信中断或其他原因和上位机失去联系的情况，可以通过控制终端或便携式计算机进行手动操作且手动优先级最高。
8）采集隧道照明和风机柜的本地\远程控制转换开关位置状态.
9）采集隧道照明和风机柜内接触器状态信号。
10）实现远程控制配电柜内接触器的分、合。
11）具有自诊断功能。
2.6 数据传输
本改造工程主线监控外场监控数据及站点的电力监控数据均利用数据光端机通过原监控系统主干线备用的4芯单模光缆上传至附近通信站。
隧道监控外场数据传输方式：线圈车辆检测器、可变信息标志、CO/VI检测器、交通信号灯、车道指示标志、消防数据、通风照明控制回路数据以及其他电力监控数据等均由隧道内PLC系统收集，通过隧道西门子OLM模块构成光纤自愈环网，传至隧道口设备机房汇聚后通过以太网数据光端机上传就近通信站，进而上传各自监控分中心。部分中隧道及短隧道的电力监控数据则通过PLC收集后利用以太网数据光端机及通信系统提供的光纤上传就近通信站，进而上传各自监控分中心。
分中心数据通过通信系统提供的10/100Mbps通道上传区域分中心、省中心，实现数据联网。传至隧道口设备机房汇聚后通过以太网数据光端机上传就近通信站，进而上传各自监控分中心。部分中隧道及短隧道的电力监控数据则通过PLC收集后利用以太网数据光端机及通信系统提供的光纤上传就近通信站，进而上传各自监控分中心。
2.7 分中心监控大厅上位机软件
监控系统的上位机实现与现场PLC的远程监控该系统用一套独立的工作站来实现。情报板的上位机设计也是由一套独立的工作站来实现。
2.7.1 罗长高速监控界面
如图2所示。
2.7.2 隧道网络连接系统
如图3所示。
2.7.3 监控软件实现的功能
1）”信息采集。采集路段上和隧道内的设备的各种数据(交通量、速度、占有率、车间距、CO八工检测值、光强检测值、火灾报警、事故等)。
2）信息处理。对采集到的数据进行实时运算、分析处理及存储在数据库服务器。
3）查询统计。对数据库服务器上的数据进行处理生成历史数据，供用户进行统计、查询等。
4）模拟屏的显示控制。根据采集来的外场设备数据，实时刷新模拟屏上的显示信息，让监控中心的工作人员及时了解整个高速公路设备的运行情况。
5）大屏幕投影仪控制及报警录象。根据需要将指定的监视器画面切换到大屏幕投影仪，进行观察和跟踪，一旦发生报警还可以对报警点进行录象。
6）实时下发控制命令。根据对外场设备及高速公路的监视，通过监控管理机下发实时控制命令控制外场设备的运行等。
7）报警器报警及广播。检测到有报警时，打开报警器报警，还可根据情况进行全路广播。
8）降档模式的切换。一旦网络发生故障，在监控中心无法对外场设备进行控制时，系统应该自动进入降档模式工作。
9）其它系统的融合。其它系统如收费系统、紧急电话系统和CCTV闭路电视监视系统等数据接收。
参考文献：
[1] 钟玲.高速公路交通监控系统的设计与实现[J].邵阳学院学报:自然科学版,2006(2).
[2] 揣锦华,李续龙,许宏科.基于视频图像处理的交通流检测方法[J].长安大学学报:自然科学版,2005(5).
相关热词搜索： 监控系统 改造 分析 罗长高