基于BS架构的高速公路隧道监控及运维解决方案

黄健

摘 要：随着“互联网+”技术的发展以及“十三五”高速公路信息化的推进，高速公路的收费、监管、路政、运维等方面还有很大的提升空间。高速公路隧道属于机电设备相对集中的地点，而且又是交通事故发生概率较大的地方，尤其是隧道火灾会严重威胁人的生命财产安全，对于其中设备的监控及运维就变得尤为重要了。该文主要简述WEB浏览器结合PLC技术对于高速公路隧道监控及运维的解决办法。

关键词：可编程控制器 PLC BS架构 WEB 高速隧道监控 运维

中图分类号：U458 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（a）-0141-02

1 概述

1.1 PLC技术概述

PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

1.2 高速公路隧道机电控制概述

随着高速公路在全国的大规模建设，特别是许多长、特长隧道、隧道群的大量建设，对于保证隧道安全运行的隧道机电设施控制也越来越得到政府和行业主管部门的重视。而通过PLC实现的交通监控技术作为运营管理的重要技术手段，在交通管理、信息发布、交通诱导、事故预防及应急救援等各个方面，发挥着十分重要的作用。相关的新技术、新设备不断地得到应用，对监控系统的功能要求更完善，性能要求也更高。

1.3 BS架构概述

B/S架构的全称为Browser/Server，即浏览器/服务器结构。Browser指的是Web浏览器。极少数事务逻辑在前端实现，主要事务逻辑在服务器端实现。Browser客户端、WebApp服务器端和DB端构成所谓的三层架构。B/S架构的系统无须特别安装，只要有Web浏览器即可。B/S架构中，顯示逻辑交给了Web浏览器，事务处理逻辑在放在了WebApp上，这样就避免了庞大的胖客户端，减少了客户端的压力。因为客户端包含的逻辑很少，因此也被成为瘦客户端。

1.4 B/S架构的优势

（1）客户端无需安装，有Web浏览器即可。

（2）BS架构可以直接放在广域网上，通过一定的权限控制实现多客户访问的目的，交互性较强。

（3）BS架构无需升级多个客户端，升级服务器即可。

（4）随着网页语言以及浏览器的进步，BS在表现能力上的处理以及运行的速度上会越来越快，它的缺点将会越来越少，比如现今HTML5在图形的渲染方面以及音频、文件的处理上已经非常强大了。

2 隧道机电系统监控实现技术与运维现状

2.1 隧道监控系统组成

高速公路隧道监控系统主要由交通控制系统、通风控制系统、视频监控系统、火灾报警系统、电力监控系统、照明控制系统、消防控制系统等子系统构成。

不同省份及不同地区的隧道监控系统集成略有不同。例如有些地区将电力监控系统、照明系统、视频监控系统独立出来。现阶段包括照明、电力监控、火灾报警等系统的厂家，集成商也都有用来实现诸如照明系统的时序控制等功能的独立的一套监控软件及相应控制器。

2.2 隧道监控系统现状

在隧道监控系统管理体系中，管理系统可分为远程集中控制系统和区域控制系统两部分。

远程集中控制系统（监控软件）设置在监控分中心或隧道管理所内。可以通过相关通讯协议获取相关子系统的设备状态信息。例如利用交通安全设备和环境信息采集设备、CCTV系统等设备采集的数据来获取有关交通安全和环境异常状况的信息，并由监控软件显示。

区域控制系统主要为PLC+触摸屏，可以实现对交通控制系统、通风控制系统、照明控制系统、消防控制系统等的集中控制及显示。实现对各系统设备的单点及方案控制、火灾报警联动、照明时序控制、交通预案控制等功能。

目前大多数的监控软件选取的或是各种PLC相关的组态软件，或者是基于CS架构的监控软件。组态软件所能实现的功能及显示效果十分有限。相比于BS架构，CS架构所拥有的优势在于：C/S架构的界面和操作可以很丰富。安全性能可以很容易保证，实现多层认证也不难。由于只有一层交互，因此响应速度较快。但同时它的缺点也很明显：需要安装专门的客户端软件，兼容性差，开发、维护成本高，升级换代麻烦等。而随着HTML5、CSS、JS、AJAX等技术的发展，BS架构的优势也是越来越大，虽然不可能完全取代CS架构的产品，但BS架构的产品正逐步成为主流。

2.3 隧道机电运维现状

现今高速公路隧道机电设备检修维护的现状是日常巡检人员只能发现表面上的问题。例如某组指示器熄灭。但对于故障原因的确定却需花费大量时间。故障可能来自监控软件本身的配置错误，或软件崩溃、传输线路的问题、PLC模块故障、继电器损坏等诸多方面的问题。这会给维护人员带来很多麻烦，故障点需要一一确定。如果想检测PLC状态又需要安装相应的PLC软件。对于已经交付的工程，找施工单位处理故障问题，无疑需要增加不小的开销。所以，最大可能地减少中间环节，简化检修方案，集监控与维护功能为一体的监控软件变得很有必要。

3 WEB+PLC实现案例

此文只涉及Web页面直接访问PLC的CPU自带的Web Server，对于其他需要开发Web服务端的系统不再赘述。选取高速公路隧道内防火卷帘门的监控、检修功能作为示例。

3.1 软、硬件组成

CPU：SIMATIC S7-1200 1214C；编程软件：TIA Portal V13、Notepad++、Eclipse；浏览器：Chrome。

3.2 卷帘门案例

相比于市面上各种品牌的PLC产品，西门子PLC是国内使用范围最广、功能相比较更加完备的一系列产品。S7-1200系列PLC所提供的Web Server已经可以支持很大自由度的客户自定义页面的设计。同时本身又集成了对PLC状态等的监视功能。既可以实现对经由PLC控制的高速公路隧道子系统的监控，又可以极大地方便维护人员处理相应的故障。

3.3 程序实例

整套卷帘门控制程序由以下部分组成：主程序（负责调用功能块循环执行）。WebToCmd（功能块，负责转化上升沿触发）。Gate_Control（门控制功能块，负责实现门控制功能）。MODBUS_TCP（功能块，负责与上位机通讯）。WWW（功能块，实现Web服务器功能）。

PLC程序可以根据实际需求定义变量表。一部分变量用于实现卷帘门逻辑控制，另一部分可以定义成直接关联IO点位。通过Web程序进行关联，用于运维人员检修。通过操作Web界面中的按钮等来实现规避程序逻辑，直接控制输出点位，从而控制相关设备，达到检修目的。同时可以避免安装种类繁多的PLC编程组态软件，提高效率，简化检修过程。

在客户Web页面中，可以非常灵活地构建监控画面。该例中应用了HTML、CSS、JS、Jquery-Mobile的技術。相对于该例完全可以呈现更加丰富的画面效果。除了可以在PC机上进行显示外，搭配相关技术还可以通过网络在手机端监测PLC的状态并进行控制。根据实际的需求非常灵活地进行私人订制。

3.4 西门子WEB服务器操作步骤

（1）通过浏览器访问PLC的Web服务器，只需在浏览器中输入http：//PLC的IP地址：80/即可登入登录界面。

（2）输入用户名，密码进入主界面。

（3）在变量状态视图中输入PLC内变量的名称，ENTER键，即可监视相应变量信息。

（4）数据通信页面可显示PLC的IP地址、通讯双方的连接类型、连接状态、连接资源使用情况等信息。

（5）诊断缓冲区可以监视PLC相应事件的发生时间、事件原因，方便维护人员检修。

（6）客户页面可以根据具体情况定制显示页面。示例显示的为防火卷帘门控制页面，仅作为说明使用。门的状态由图标显示，具体控制由按钮制定。

3.5 案例分析

利用西门子PLC自定义的Web Server，可自由定义一个BS架构的监控、运维解决页面。一方面实现对设备的实时监控，另一方面可根据具体需求私人订制解决方案。例如：在页面中定义直接关联IO点位的元素，方便检修维护人员直接避开PLC或上位机监控软件中的控制逻辑，同时不需要维护人员安装各种品牌PLC产品的编程或组态软件。这样一方面极大地方便监控与运维；另一方面还可以继续拓展升级，通过手机端实时监测PLC运行状态，让监控、运维更加便捷，更加满足高速公路信息化的需求。

4 结语

高速公路隧道监控、运维页面的设计是让相关人员及时、全面了解隧道内的交通情况，及时发现公路运行障碍并给予及时处理。Web页面结合PLC的应用，即解决监控的需求同时解决现今检修维护等方面的诸多不便，从而达到提高监管效率、节约资源减少成本、提高总体经济效益和社会效益的目的。

参考文献

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[2] 马春龙，李通，党伟荣，等.特长告诉公路隧道火灾自动报警系统设计研究[J].公路交通科技：应用技术版，2016（6）：181-185.