光纤环网系统在高速公路隧道监控工程中的应用

邢玮琦

(山西省自动化研究所，山西 太原 030012)

0 引言

隧道光纤环网系统包括本地控制器(PLC)、工业以太网交换机、环网光纤等。隧道本地控制器系统完成隧道内区段控制的功能。对外场设备如:可变信息标志、CO/VI 检测器、能见度检测器、光强检测器、风机、照明、消防设备等进行区域控制，在隧道管理站计算机和外场设备之间起上传下达的作用，以提高通信效率，加强本地手动控制功能。

本地控制器(PLC)采用可编程的存储器，在开关量逻辑控制、模拟量控制、运动控制、数据处理、通信及联网方面均有不同程度的应用。随着近几年高速公路建设的飞速发展，PLC 由于其可靠性高，抗干扰性强，系统的设计、施工工作量小、易于维护、能耗低等特点，其在高速公路隧道监控中得到了广泛应用。

1 系统构成

本地控制器安装在隧道内车行方向右侧壁洞室内(主PLC 安装在变电所内)，根据所连接的各种外场设备的接口类型，本地控制器可通过串口、以太网接口、模拟量接口、数字量接口与之相连。本地控制器视所辖区段内的外场设备类型、数量而配备足够数量的RS485、RS232、数字I/O 及模拟I/O 接口单元。

隧道左右两个洞的本地控制器通过工业以太网交换机光纤构成一个工业级以太自愈环网，隧道通过主本地控制器的工业以太网交换机以太网口、数据光端机将数据传输到隧道管理站。隧道现场设备交换机按隧道划分组成单模光纤环网，当环网内的任意一条链路出现中断的时候，网络可以自动换成总线结构，恢复数据通信。

隧道中的区域控制器所组成的以太网光纤环网通过工业以太网交换机接入位于隧道变电所内的主控区域控制器，并分别通过光端机与监控中心相连，100M的以太网传输速度足可以保证监控数据和指令的实时海量数据传输。

光纤环网系统构成图如图1所示:

图1 光纤环网系统构成图

2 子系统简介

2.1 通风控制子系统

通风控制子系统由通风控制工作站、隧道本地控制器、隧道风机、CO/VI 检测器、风速风向检测器以及传输通道等组成。通过隧道内CO/VI 高低、风速风向、交通量数据对风机进行自动控制和实现节能。通风控制分为自动控制和手动控制两种方式，其中人工控制优先权高于自动控制。

2.2 隧道照明子系统

隧道照明控制子系统由隧道照明控制工作站、隧道本地控制器、隧道口光强检测器、隧道照明设备构成。车行横洞口设置照明控制箱、控制箱内设手动、自动转换开关以及自动控制状态下的接触器，隧道照明控制工作站可以通过PLC远程控制车行横通道内灯具的开闭。隧道管理站或本地控制器来实现对隧道出入口段的照明进行控制。本地控制器控制隧道照明设备配电箱内的交流接触器对隧道照明回路进行控制。

2.3 消防控制子系统

采集高低位消防水池的水位信息、水泵和排污泵的工作状态信息，水泵启/停的工作状态信息，水位报警信息，水泵工作异常信息，并能实现对水泵的远程控制。

水泵房内保温系统数据需上传管理站，管理站需实时监视水泵房内温度。

隧道内各车行横洞防火卷帘门控制、横洞照明控制联动，可实现现场手动、自动、远程自动开启功能，便于交通流组织和火灾下封闭烟雾和车辆人员逃生。

2.4 信息发布及交通控制子系统

片区中心可实现对本路段主线设置的门架式情报板、悬臂式情报板具有发布信息的功能，可根据本路段周边路网交通状况统一考虑进行发布信息，进行路网交通诱导。

3 小结

光纤环网系统是隧道监控的核心部分，对其合理的设计，是隧道监控能否高效、可靠运行的关键。21 世纪后，以太网技术迅猛发展，以太网已成为最标准、最通用、开放性能最好的网络，并且已广泛地应用到了工业自动控制领域，许多应用已采用以太网来取代控制层网络。目前我国大部分高速公路隧道监控就采用了10/100M 自适应的以太网构成隧道内的光纤环网系统。