區域控制器RTU在云南某高速公路隧道的應用

[摘要]本文主要介紹應用于昆石高速公路陽宗、小團山隧道的區域控制器RTU,介紹了以西門子SIMATIC系列PLC為基礎構建的系統構架和控制思想，系統的穩定運行，表明區域控制器RTU在昆石高速公路中的應用取得很好的效果。
[關鍵詞] 昆石高速，RTU,西門子PLC, Profibus


一、項目簡介
全長78.07千米的昆明至石林高速公路是中國西部大開發中重點公路建設項目，設計時速為每小時100千米。由于昆石路是昆明通往著名風景區石林的高速公路，云南省政府從建設打通通往東南亞的國際大通道和旅游大環境的需要，將昆石高速公路的質量目標定位為“創全國高原山區一流的高速公路”。昆石路為雙向6車道高速公路，沿途有小團山、陽宗四條長隧道，以及清水溝1#，2#四條短隧道。
北京云星宇交通工程有限公司負責為昆石高速公路上隧道提供全套區域控制器RTU，區域控制器的控制系統選用西門子SIMATIC系列可編程序控制器。承接的工程范圍包括：硬件供貨，系統集成，技術支持和客戶培訓等。
二、系統介紹
1.區域控制器的功能介紹
區域控制器的PLC通過相應的模擬量、開關量模塊和串口通訊模塊收集、處理和存貯各隧道內外場設備的檢測數據，監視外場設備工作狀態，上傳給監控中心，并接收監控中心命令對外場設備進行控制。另外區域控制器系統還具有本地自動控制的功能，在維修、測試、監控中心設備故障、通信故障等情況下可由本地控制系統代替監控中心進行控制。
2.選用西門子自動化產品介紹
在項目中使用了5套S7-300PLC,22套S7-200PLC，幾十個數字量、模擬量模塊以及21套光纖通訊模塊PROFIBU OLM模塊,組成光纖冗余環網。
3.控制對象
接收現場設備CO/VI檢測器的一氧化碳濃度，光透過率數據；車檢器的車流量、車道占有率、車速、車距、車輛逆行等數據；光強檢測器的光照度數據；風速風向檢測器的風速風向信息；火災報警系統的各種數據。
遠程控制風機的正轉、反轉和停止；照明系統的多級實現；交通指示器、車道指示器的配合指示功能；以及情報板的顯示等。
三、控制系統構成
八條隧道共設21個區域控制器（27個PLC站），采用3套CPU314,2套CPU313C-2PtP,22套CPU226,各區域控制器均配置PROFIBUS OLM模塊，采用PROFIBUS-DP協議通過光纖為主干網與中控室主機通訊。另配置三塊手操屏TP270，以實現本地控制。整個系統設計嚴密，尤其是控制部分基本采用西門子公司SIMATIC工業型產品，現場采用高度可靠的Profibus-DP光纖環網，大大加強了網絡抗電磁干擾的能力，使得控制系統安全可靠，保證全天24小時不間斷正常工作。保證了系統可以常年不間斷地監測各種設備，連續采集設備信息和交通信息，保證系統數據處理的及時性、準確型和完整性。兩條長隧道的控制系統結構如圖1，圖2所示：


四、系統完成的主要功能和實現方法
1.系統的工作方式
主PLC通過Profibus-DP網采集現場PLC的所有I/O信號及相關信息，并對這些信息匯總、分析和處理，判斷出整條隧道各部分的當前運行狀態，并把這些運行狀態存入主PLC內的相應數據塊DB。這些信息隨著主PLC運行周期實時更新。現場的隧道管理工作站和遠端監控中心的計算機可以獲取相應的數據，從而得到隧道當前運行狀態信息。


2.各種設備運行的狀態反饋和控制
a)通過PLC的串口接收車輛監測器的車型分類、車流量、車道占有率和平均車速等參數。
b)通過PLC的DI/DO模塊接收和控制車道指示器的顯示和關閉狀態。
c)通過PLC的DI/DO模塊接收和控制交通指示器的顯示和關閉狀態。
d)通過PLC的AI模塊接收風速、風向信息，作為正常通風和火災排煙時的風機運行依據。
e)通過PLC的DI/DO模塊接收和控制車（人）行橫洞指示標志的顯示和關閉狀態；控制車行橫洞門的開啟和關閉。
f)通過PLC的串口模塊接收和控制可變情報板的顯示內容及工作狀態，引導車輛運行。
g)通過PLC的AI模塊接收一氧化碳和光透過率的數據信息，并以此為依據之一開啟和關閉風機，保證隧道內交通的安全和暢通。
h)通過PLC的AI模塊接收洞內、外光強檢測器的信息，并以此為依據調節照明系統，避免司機視覺上眩光和黑洞的出現，保證司機的安全。
3.項目中的難點
NORTECH公司的車輛檢測器提供的串口為四線制RS485，但西門子的SIMATIC S7-200的串口只能接收兩線制的RS485串口信號，最終采用第三方轉換模塊，先把四線制485轉為兩線制485，再作接收處理。
5.典型設備照片


五、結束語
本文介紹了昆石高速公路小團山、陽宗等隧道的PLC控制系統。我國隨著高速公路建設的發展，隧道項目將會越來越多，但隧道控制的安全理念還需進一步加強和實踐，通過這樣的項目，公司希望進一步推廣高速公路隧道系統的“以人為本”理念。
六、應用體會
在該系統中成功地應用了西門子公司SIMATIC產品的技術，其中現場總線Profibus-DP技術在該系統中起到關鍵的作用，他把系統的各部分有機的構成一個整體，實現了復雜的控制和監測功能；主PLC的CPU314運行速度高、存儲量大保證系統實時運行，從站選用CPU314和CPU226以保證較高的性價比。


［作者資料］
張利兵，北京云星宇交通工程有限公司產品開發部，工作電話：010-60246342-29，移動電話：13311084203，電子郵件：zhlbing@sohu.com
趙永忠，北京云星宇交通工程有限公司產品開發部