隧道是公路中的一個特殊路段,其管狀的構造和封閉的環境容易誘發諸如追尾、擁堵、火災等事故的發生,為保證車輛在隧道中能夠安全行駛,營造舒適的行車環境,在隧道中安裝了通風、照明、監控、消防等交通工程設施,這些設施相對均勻的分布在隧道當中,為實施對這些設施的控制,并將布設在隧道內的各種檢測裝置所采集的交通流參數值、車輛運行的環境指標和現場設備的運行狀況等信息能夠準確、及時的傳輸到監控中心,則需要建立一套快速、安全、可靠的隧道測控系統。隨著計算機技術的發展,PLC的性能和功能得到了很大的改善和提高,特別是PLC的高可靠性、高抗干擾能力及高機電一體化的特點,使得PLC更適應在公路隧道這樣的特殊環境中應用,加上其通信和網絡功能大大增強,可以方便的實現PLC與計算機、PLC與PLC、PLC與其它現場設備的鏈接。此外,PLC系統可極大的節省配線,方便安裝,簡化系統維護。因此基于PLC網絡的隧道測控系統正在得到廣泛的推崇和應用。

1 網絡結構

1.1 系統方案

隧道測控系統上位管理計算機較多,整個網絡采用二層網絡結構,第一層為管理層(即信息層),采用Ethernet局域網,承擔管理、決策和控制任務;第二層為控制層,采用PLC的光纖環型網絡(Controller link),實施現場數據采集、數據傳輸和設備的控制。現場PLC網絡由主PLC通過以太網模塊與局域網連接,實現以太網通信。這種控制系統實現了區域控制器的現場控制,并且信號傳輸實現了全數字化,從底層到頂層均采用通信網絡連接;系統結構采用全分散化,由現場的控制器直接控制設備;上層通信網絡采用以太網通信,可方便地實現數據共享。此網絡結構體現了FCS控制控制系統的優勢,當環型網絡上的僅有一點發生故障時,數據可正常傳輸,系統可正常工作,當有多點故障時,現場PLC可獨立工作,等待系統恢復正常后再接受指令,交換數據,大大增強了控制系統運行的可靠性。系統構成如圖1所示。

1.2 Controller link網絡特點

Controller link網絡即控制器網絡,是FA領域用于在PLC之間、計算機和PLC之間進行大容量數據交換的網絡。計算機可通過Controller link支持軟件對網絡上的PLC進行監控,用于個人計算機的CLK支持卡有兩種:一種是線纜型的3G8F5-CLK21-E,另一種是光纜型的3G8F5-CLK11-E。Controller link網絡支持數據鏈接、數據共享和信息通信,數據鏈接區域可自由設定構成一個數據鏈接系統。

(1)通信介質可采用雙絞線或光纜

線纜型的Controller link網采用雙絞線連接,雙絞線比同軸電纜或光纜容易處理和維護,減少連網費用。通信距離可達1km。

光纜型的Controller link網采用光纖連接,能夠獲得更多大容量的數據鏈接和更長距離的通信,它的通信距離可達20km。

(2)高速度的數據通信

控制器網絡的通信波特率可達2Mbps,遠遠高于PC link網的128Kbps。

(3)大容量的數據鏈接