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1、本文格式为Word版，下载可任意编辑西门子PLC在隧道监控中的应用 西门子PLC在隧道监控中的应用 随着经济的急速进展，人民生活水平的大幅度提高，马路交通创办规模日益扩大，技术进步达成新的水平，马路隧道创办不仅在山区和丘陵地区马路创办中，而且在东部江河桥隧跨越方案比选中，也有很大进展。进入八十年头，我国马路隧道进展的速度加快， 2000年我国隧道通车里程已达628km/1684座，据不完全统计，到2022年底，我国建成的千米以上的马路隧道已有140余座。我国的隧道运营设施装备水平也逐步提高，目前我国1km以上马路隧道有监控、通信、检测设备者就占19%。 一、系统概述 三福罗盘基隧道为两条平行的
2、隧道。每座隧道为双车道单向行驶，设计时速40km/h。其中东侧隧道长1480.18m，西侧隧道长1501.83m。交通监控系统由隧道中央操纵系统和交通监控外场设备构成。（见图1监控系统拓扑图） 1、中央计算机系统 中央计算机系统设2台交通监控工作站(A、B)、2台网络服务器（A、B）、工程师（通讯）工作站以及模拟显示屏系统。系统采用10/100M自适应交换式SWITCH HUB，形成中控室以太环网，通信协议为TCP/IP，并在client/server布局的根基上建立大型、统一的数据库系统。并可通过路由器与远程网络相连。 中央计算机系统能实时监控各系统的工作，存储运行记录，供值班人员调用、显示
3、、打印。 2、监控系统 监控系统数据采集网络采用工业级以太网光端机OSM和区域操纵器组成光纤冗余环网。区域操纵器采用西门子公司的S7-300系列PLC，其通讯模块支持开放式网络，网络传输介质采用光纤，具有抗干扰才能强、容错性好、传输距离远等优点。 区域操纵器包括系统的处理器模块、各开关量、模拟量输入输出模块、各通信模块。处理器模块负责操纵其他各模块，并能实现就地操纵。各通信模块负责区域操纵器与以太网及其它智能设备的数据通信。 各区域操纵器负责现场各子系统及其检测器的数据采集，并上传至中央计算机系统。在网络展现问题时，区域操纵器可自动升级，对所辖范围举行管理，以确保设备的正常运作。在隧道现场分别
4、设区域操纵器ACU共8台，通过工控以太网光端机，按照TCP/IP通讯协议，以光纤双环网方式相连接，构成监控现场网络。 区域操纵器通过PLC对隧道现场的信号指示灯、照明操纵柜、风机操纵柜、消防操纵柜、CO/VI检测仪、风速检测仪、照度监测仪等设备和仪表举行数据采集和操纵，实现对各子系统的遥控、遥讯、遥测等功能，从而使全隧道设备实现智能、节能调度自动化。 隧道内各种设备的布置参见附图1隧道布置图。 1 显示屏服务器服务器工作站A工作站B工程师工作站投影屏显示屏操纵器交换机中控室隧道光纤冗余以太环网以太网光端机以太网接口区域操纵器以太网接口区域操纵器以太网接口区域操纵器以太网接口区域操纵器以太网接口
5、区域操纵器以太网接口区域操纵器以太网接口区域操纵器以太网接口区域操纵器图1监控系统拓扑图二、区域操纵器 1、系统组成 区域操纵器主要以PLC操纵器为框架构成，该系统中使用西门子S7300系列PLC，其配置见图2。 2、系统功能 电以通通开输开输模输? 交通操纵功能 源太信信关入关出拟入区域操纵器连续检测隧道内的交网量量量通数据，自动分析隧道的交通状况，结合其它系统供给的隧道状况（如火灾、事故等），操纵车道信号灯、交照风信照风消光车可度速号明机防端辆变通灯等以操纵车辆通行，并在情报板监监监灯控控控机监情测测测上显示相关信息，以利于司机了解隧操纵制制测报仪仪仪制器板道状况。 ? 照明操纵功能 图2
6、 PLC模块配置图区域操纵器检测隧道外的照度和隧道口的辉度数据，操纵隧道口的照亮堂度呈梯级逐步变化。同时根据时间和照度结合来操纵隧道照明灯的开启数量，使隧道内的照亮堂度接近隧道外亮度，并可以省电。 ? 通风操纵功能 区域操纵器检测隧道内的一氧化碳（CO）和能见度（VI）的数值，判断隧道内的空气状况，用以启动隧道顶部风机的运行。同时通过网络采纳中央操纵系统发出的消防报警信号，来启动风机派烟。 ? 数据通讯功能 2 通过西门子PLC的以太网模块组成现场操纵级以太网，各区域操纵器在网络内实现数据共享，协同操纵，同时将现场数据传给中央操纵系统举行显示、储存、处理，并接收中央操纵系统的远程遥控信号。 ?
7、 手动操纵功能 系统还设有手动操纵，可由监控员在监控中心计算机上开关任意交通信号灯或交通灯等，并能手动输入信息由情报板显示，以适应特殊处境。为提高系统的稳当性，区域操纵器设手动操纵按钮和指示灯，一一对应隧道的交通灯、车道灯，使系统在网络或监控中心计算机发生故障时可降级使用，操作员可现场操作交通灯、车道灯。 区域操纵器接线图见附图2。 三、光纤环网 光纤环网主要由西门子PLC以太网模块、光纤和西门子OSM以太网光端机组成冗余工业以太网。 工业以太网使为工业应用而特意设计的，它是一种遵循国际标准IEEE802.3（以太网）的开放式、多供给商、高性能的区域和单元级网络。工业以太网将自动化系统相互连接
8、，而且还将自动化系统连接到PC机和工作站上。它能以高达100Mbit/s的速度实现广泛的、开放的网络解决方案。目前，以太网凭其超过80的市场份额，在世界范围内的局域网（LAN）市场上基于主导地位。 以太网具有如下重要特点： ? 启动快速，由于简化了网络连接方法。 ? 生动性大，由于现有设备可以不受影响地随时扩展。 ? 稳当性高，由于采用了冗余地网络拓扑布局。 ? 无限地通信性能，由于使用交换技术可根据用户需求供给可收缩地性能。 ? 笼罩极为广泛地应用，可从办公室到生产现场。 ? 投资稳当，由于该系统正不断得到进一步开发，而且完全向下兼容。 通讯处理器CP343是西门子供给的以太网模块，其作用相
9、当于计算机网卡，将PLC以TCP/IP协议接入工业以太网中。这种连接是全双工连接并可依靠自适应自动转换，供给RJ45和AUI两种连接方式，10/100Mbit/s 的数据传输速率,能快速传输大量数据，通过工业以太网可以独立处理数据的传输。 通讯处理器CP343的优点： ? 通过UDP 连接或群播功能可达成多用户。 ? 利用NTP(网络时间协议)供给时钟同步(使用CP443-1 和CP443-1 IT)。 ? 可选择KeepAlive 功能。 ? 使用10/100Mbit/s 工业以太网可将SIMATIC S7 集成到繁杂的成套装置内。使用S5 兼容通讯可将SIMATIC S7 集成到现有装置内
10、。 ? 借助于TCP/IP 的WAP 功能，通过电话网络(例如ISDN)，CP 也能远距离编程和对设备举行初始调试。 ? 一种模块就能用于不同应用： PG/PC，操作和监视系统(OP 通讯的多路转换；最多可连接16 个OP)以及SIMATIC S5/S7。 ? 使用NCM S7(已集成在STEP 7中)可供给范围广泛的诊断功能，包括显示CP的操作状态，实现通用诊断和统计功能，供给连接诊断和LAN 操纵器统计及诊断缓冲器。 西门子通过带光纤接口的工业以太网交换机OSM来建立10M/100M的光纤工业以太网。集成到OSM模块内的冗余管理器可以建立冗余环型布局，发生故障后，尽快对网络举行重构，其最
11、3 快网络重建时间为0.3秒。冗余网络提高了网络的整体安好性，减小了设备的停机时间。为了达成所要求的快速回响时间。 OSM特点： ? 经过分段(将一个网络分割成几个子网络/段)和将这些网络段连接到一个OSM，可在现有网络中实现负载解耦，从而提高网络性能。 ? 用交换机技术和快速介质冗余技术，集成在OSM内的冗余管理程序支持建立冗余工业以太网环布局(最大重构时间为0.3 秒)。 ? 建立一个光纤环需要OSM的2 对光纤端口。环内的数据传输速率为100Mbit/s，每个环中最多可用50 个OSM。 ? 除了2对或3对环端口外，OSM还有另外6个或5个端口(可任选ITP或RJ45接口，OSM ITP
12、53 无RJ45 接口)，它们可与终端设备或网络段相连接。 ? 通过集成的后备功能，可以冗余地将几个环彼此连接在一起。 光纤冗余以太网OSMPORT1PORT24芯光纤OSMPORT1PORT2图5 光纤配线示意图 四、软件设计 使用西门子STEP7编程软件编制程序，采用模块化设计，包括主程序、串口通讯子程序、网络通讯子程序、开灯子程序、开风机子程序。开信号灯子程序等。 开头 参数初始化通讯连接输入信号检测处理当前时间 和照度值开灯Y调用开灯 子程序开灯N处理COVI值处理当前交通流量NN开风机Y调用开风机 子程序开风机开信号灯Y调用开风机 子程序开风机终止 图6 程序流程框图4 五、程序文本（片面） 三福高速马路罗盘基隧道监控系统PLC（主站OB1）程序图： 由于车检采用的是20S一次的主动寻检，因此Network1,network2是一个晶振发生器，用于产生20S的信号。 在车检协议中：AA是帧头，01表示这是上位机下发的命令，01为地址码，20是操纵域，后20是标志域，CC是终止符，FD71是校验码，MW100是发送长度。 5 8
