MOXA隧道監(jiān)控解決方案

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，交通作為經(jīng)濟發(fā)展的命脈已經(jīng)成為我國建設(shè)的重中之重。我國幅員遼闊，地理條件復(fù)雜，隧道已經(jīng)成為公路建設(shè)中的重要組成部分。由于隧道具有的特殊性，使用其在開通、運行、災(zāi)后救助、交通疏導(dǎo)等方面都比較困難，特別是對于中長距離的隧道更是如此。因此，隧道臨近系統(tǒng)對隧道的安全、可靠運行起著重要的作用，已經(jīng)成為當(dāng)今公路隧道建設(shè)項目中不可或缺的部分。

行業(yè)背景

隧道是高速公路及城市公路的重要組成部分，按照目前國際上的設(shè)計標準，長隧道和特長隧道需要監(jiān)控系統(tǒng)以保證隧道內(nèi)行車的安全和通暢。隧道中又有各種復(fù)雜的系統(tǒng)，例如：照明系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、交通誘導(dǎo)系統(tǒng)、CCTV系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)、消防控制系統(tǒng)、緊急電話系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)等。而連接的設(shè)備更的品種復(fù)雜，可分為：檢測設(shè)備、控制設(shè)備、顯示設(shè)備、通訊設(shè)備。檢測設(shè)備如：火災(zāi)報警探頭、車輛檢測器COVI、能見度檢測儀、風(fēng)速風(fēng)向儀等；控制設(shè)備如交通區(qū)域控制器、照明區(qū)域控制器、通風(fēng)區(qū)域控制器等；顯示設(shè)備如：計算機工作站、大屏幕監(jiān)視器、聲光報警器等。通訊設(shè)備如：交換機、集線器、串口信號傳輸設(shè)備、光端機等。

整個系統(tǒng)中又分為區(qū)域控制和控制中心兩個部分

區(qū)域控制

無論是哪種方法，其核心思想就是將所有縱向及橫向的系統(tǒng)有機地結(jié)合起來，通過算法分析，最終實現(xiàn)最人性化的自動控制。而這一切的核心就是區(qū)域控制器。各區(qū)域控制器負責(zé)采集現(xiàn)場檢測設(shè)備的信息，處理后傳給本地控制中心，而本地控制中心的控制命令則發(fā)給區(qū)域控制器，再由區(qū)域控制器控制相應(yīng)設(shè)備。而且，在本地控制中心與區(qū)域控制器通訊中斷的情況下，區(qū)域控制器仍然具備獨立控制現(xiàn)場設(shè)備的能力。因此對區(qū)域控制器的要求就是高效且高度可靠。

控制中心

本地控制中心一般由現(xiàn)場監(jiān)控工作站（控制計算機）、監(jiān)控系統(tǒng)軟件、主區(qū)域控制器及相應(yīng)的附屬設(shè)備構(gòu)成，用于實現(xiàn)對整個隧道監(jiān)控系統(tǒng)的統(tǒng)一監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)軟件不斷與PLC控制器交換數(shù)據(jù)，實時地把所有設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)以顏色、閃爍、數(shù)值等方式顯示在操作界面上；而操作人員在操作界面的每個動作，也由監(jiān)控系統(tǒng)軟件將相關(guān)的命令、參數(shù)寫入PLC，實現(xiàn)設(shè)備的手動控制。

通訊網(wǎng)絡(luò)

除了區(qū)域控制器本身必須具備高性能以外，貫穿于整個系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)則是保證區(qū)域控制器成為控制核心的關(guān)鍵。隨著隧道建設(shè)技術(shù)的不斷完善，長隧道、特長隧道已經(jīng)越來越多，洞內(nèi)的區(qū)域控制器就越來越多，這就意味著網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點在不斷增加。通訊網(wǎng)絡(luò)不僅需要有較高的通訊速率以保證大量數(shù)據(jù)有效傳輸，還必須具有容錯能力以提高通訊的可靠性，即網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)故障時能夠?qū)崿F(xiàn)自我恢復(fù)，同時，構(gòu)成通訊網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備必須符合工業(yè)級要求，以適應(yīng)隧道內(nèi)苛刻的工作環(huán)境。

工業(yè)以太網(wǎng)

以太網(wǎng)通信速率的大幅提高，網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)的普遍應(yīng)用，大大消除了以太網(wǎng)通信的不確定性，提高了以太網(wǎng)通訊的實時性和QoS。同時，工業(yè)自動化系統(tǒng)向分布式，智能化的方向發(fā)展，使用通信成為關(guān)鍵，用戶對統(tǒng)一的通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)的要求日益迫切。以上因素使用得以太網(wǎng)從辦公自動化領(lǐng)域迅速走向工業(yè)自動化領(lǐng)域。

工業(yè)以太網(wǎng)是將以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)控制和管理的局域網(wǎng)技術(shù)，其技術(shù)上和普通以太網(wǎng)完全兼容，同時考慮到工業(yè)現(xiàn)場的丙烯酸工作環(huán)境和極高的可靠性要求，工業(yè)以太網(wǎng)對普通以太網(wǎng)做了相應(yīng)的完善，以適應(yīng)工業(yè)應(yīng)用的要求。

Moxa EDS系列介紹

MOXA EtherDevice Switch EDS-508系列是特別為工業(yè)應(yīng)用所設(shè)計的8端口以太網(wǎng)絡(luò)交換器，除具備高性能的以太網(wǎng)絡(luò)交換功能、冗余以太網(wǎng)絡(luò)及多種實時網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)顯示功能外，高信賴度的質(zhì)量更能保證讓您的工業(yè)自動化系統(tǒng)能24小時不間斷地運作。

超快速Redundant Ring的功能 (Recovery Time < 300 ms)

對工業(yè)自動化的應(yīng)用而言，redundancy是增加系統(tǒng)穩(wěn)定度的重要條件。MOXA EtherDevice? Redundant Switch EDS-508具備MOXA所研發(fā)的網(wǎng)絡(luò)備援協(xié)議Turbo Ring。Turbo Ring可以讓您輕松地建立Redundant Ethernet Network，其迅速及穩(wěn)定的Redundant Ring，提供自動化系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)斷線后，于300ms之內(nèi)迅速自動建立Reudndant Ethernet Ring，馬上恢復(fù)正常聯(lián)機。

利用IGMP Snooping來控制網(wǎng)絡(luò)流量

IGMP (Internet Group Management Protocol)功能對于工業(yè)連網(wǎng)應(yīng)用來說頗為重要，且可與field bus協(xié)議共同應(yīng)用在以太網(wǎng)絡(luò)上，如Allen-Bradley EtherNet/IP, Siemens Profibus,和Foundation Fieldbus HSE (高速以太網(wǎng)絡(luò))。這些工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)協(xié)議利用publisher/subscriber通訊模型來multicast封包，避免封包過多造成網(wǎng)絡(luò)流量過大。IGMP Snooping可以整理multicast的流量，讓封包傳輸至真正需要這些流量的目的地，進而減少以太網(wǎng)絡(luò)上的流量。

VLAN讓網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃更容易

VLAN由一群設(shè)備所組成，可位在網(wǎng)絡(luò)的任何一個地方，其交流的方式彷佛所有設(shè)備都位在同一個實體層。 VLANs可用于切割網(wǎng)絡(luò)，卻不受限于實體連結(jié)。這是傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計所無法做到的。除此之外，因為所有自動化系統(tǒng)都包含敏感的設(shè)備，而這些設(shè)備都需要預(yù)防未經(jīng)授權(quán)的存取動作。因此，身分認證系統(tǒng)的建立非常重要，只有經(jīng)過授權(quán)的使用者才能進出系統(tǒng)。如果設(shè)備分別屬于不同的VLAN，它們彼此之間不能互相溝通，以提供安全性及避免未經(jīng)授權(quán)的進出或流量。IEEE 802.1Q標準和GVRP協(xié)議可以交換彼此之間的參數(shù)，讓整個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的VLAN設(shè)定是一致的。

QoS提高確定性

Quality of Service (QoS)功能提供了流量優(yōu)先化的能力，確保重要的資料可以一致地、可預(yù)期地傳送出去。EDS-508系列可以偵測IEEE 802.1p/1Q layer 2 CoS tag和layer 3 TOS的信息，以便對整個網(wǎng)絡(luò)進行一致性的分級。EDS-508系列的QoS功能改善了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)mission-critical應(yīng)用的效能及確定性。

Redundant Ethernet Ring的功能 (全流量時的recovery time < 300 ms)

利用IGMP Snooping控制網(wǎng)絡(luò)流量

支持IEEE 802.1Q VLAN和GVRP協(xié)議, 讓網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃更容易

支持QoS—IEEE 802.1p/1Q和TOS/DiffServ 以提高確定性

適用于嚴苛的工業(yè)環(huán)境設(shè)計

帶寬流量管理功能避免不可預(yù)計的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)

Port Lock讓只有特定MAC address可進行存取動作

Port mirroring功能提供在線除錯

偵測到異常狀態(tài)時自動發(fā)出email、Relay輸出警告

透過數(shù)字輸入端整合感應(yīng)器及警報器

自動取得連網(wǎng)設(shè)備的IP地址

專利Line-swap fast recovery

雙直流可備接DC電源輸入

操作溫度范圍從-40 to 75°C (-T寬溫機型)

堅固耐用的IP 30高強度外殼

DIN-Rail或壁掛式安裝

平均故障時間(MTBF)超過260,000小時

可運用Web browser, Telnet/Serial console及Windows utility進行設(shè)定

利用ping指令檢查網(wǎng)絡(luò)區(qū)段的完整性

案例1：單隧道監(jiān)控

在單隧道監(jiān)控中，一般被分為幾個區(qū)域，由區(qū)域控制器來控制本區(qū)域內(nèi)的現(xiàn)場設(shè)備。其它的照明系統(tǒng)及通風(fēng)系統(tǒng)等由變電所的控制器控制，主控制器負責(zé)將監(jiān)控計算機的命令解析后，下達給各個區(qū)域控制器及通風(fēng)照明控制器；同時，區(qū)控、通控、最控的反饋信號也通過主控制器解析后，顯示在臨近計算機的人機界面上。

案例2：隧道群監(jiān)控

對于隧道群的臨近可將多個單獨的光纖環(huán)網(wǎng)相連接。通常，整個隧道群由一個監(jiān)控中心控制，因此無端的隧道必定遠離監(jiān)控中心較遠，所以在光纜連接時需要先用單模光纖的光纜。如圖所示，先用單模光纖轉(zhuǎn)換器，就可將普通的以太網(wǎng)交換機的電口信號轉(zhuǎn)為光纖信號，從而達到遠距離輿的目的，并將各個光纖環(huán)網(wǎng)連接到監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心集中控制。

由于隧道群中的各隧道長箴短不一，對于很多距離短的小隧道，控制點數(shù)較少，配以全套的輸入輸出顯得較為浪費。所以更適合應(yīng)用分布式PLC控制系統(tǒng)。