摘 要：從優化公路隧道測控系統的目標出發，針對公路隧道的特殊環境，結合公路隧道機電設施多而分散的特征，充分利用PLC抗干擾性好，機電一體化程度高，通信和網絡功能強大的特點，將PLC作為現場區域控制器，論述了Controller Link網絡的特點、硬件配置原則、通信設置及實現方法，搭建了以光纖作為傳輸介質的PLC冗余環網，實現了數據傳遞容量大、通信速率快、傳輸距離遠、可靠性高的測控系統。 關鍵詞：計算機控制; 隧道測控; PLC; 網絡; 通信 0 引言 　　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?，F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。 　?。?）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。 　?。?）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。 　?。?）大容量的數據鏈接 　　每臺PLC發送字數可達1K，發送和接收總字節數可達8K。數據鏈接可以自動設置，也可以根據實際需要人工設置，非常靈活。 　　（4）信息通信 　　信息通信是在用戶程序中執行通信指令SEND、RECV、CMND來實現的。通過執行通信指令可很方便的實現網絡通信。 　　（5）靈活的網絡互聯 　　Controller Link網絡可以配置成單級，即所有的PLC僅安裝一個CLK單元，并由線纜連接起來，單級的最大節點數為32。若有一臺PLC安裝2個或2個以上的CLK單元，分別與其它PLC的CLK單元連接成各自的子網，則形成多級系統。一臺PLC可同時安裝Controller Link單元和Ethernet單元，使用通信命令可實現三級網絡內的無縫通信。 　　（6）改進的錯誤處理 　　由于出錯記錄中有錯誤發生的時間和細節，使得快速處理錯誤成為可能。當令牌節點發生錯誤時，另一個節點會自動變成令牌節點，防止了網絡中一個節點出錯影響其它節點，保證了系統的可靠性。 　　1.3硬件配置 　　正確選擇PLC對于保證整個控制系統的技術與經濟性能指標起著重要作用。選擇PLC，包括機型的選擇、容量的選擇、I/O模塊的選擇、電源的選擇等。 　　為保證PLC與上位監控計算機通信的穩定性，中央控制室設置一臺CS1D系列PLC控制器用于與以上所述的區域控制器相連，用來接收信息和發布中央控制室命令。CS1D系列PLC采用更快速度的CPU并可通過兩個以太網模塊CS1W-ETN21D與上位機（帶雙以太網卡）相連，大大增強系統通信的實時性和穩定性。 　　由于隧道測控系統選用的區域控制器需支持以太網功能、遠程通信功能，而且控制系統穩定可靠，區域控制器要有一定的存儲能力，對于現場PLC的選擇應根據被控對象對控制性能的要求，及PLC的輸入量、輸出量的類型和特點，確定出PLC的型號和硬件配置。對于整體式PLC，應確定基本單元和擴展單元的型號;對模塊式PLC應確定框架（或底板）的型號，及所需模塊的型號和數量。CS1系列PLC能完成對隧道現場設備的控制，節省區域控制箱的空間，減少控制設備的投資，因此選用CS1系列PLC。 2 通信設置及實現 　　2.1 通信設置 　　以薛公嶺隧道為例，系統中設主控PLC1臺，現場PLC（區域控制器）8臺，2#、3#、4#、6#、7#、8#主要用于隧道交通控制與環境檢測，1#、5#站主要用于隧道通風、照明控制。Controller Link網絡通信設置三步完成： 　　（1） 用GI型光纜將由Controller Link模塊CS1-CLK52-V1組成的網絡連接起來。 　　（2） 通過撥動CS1-CLK52-V1面板UNIT No和NODE No旋鈕并按照站的編號設置相應數值的節點號，單元號。通過C-NET軟件給每個站以以太網為2號網絡、Controller Link 網絡為1號網絡創建路由表并將路由表內容下傳給對應的控制站。 　　（3） 數據鏈接表設置。數據鏈接表的設定有兩種方式：自動方式和手動方式。設置方式選擇可使用手握編程器或CX-P軟件在啟動節點PLC的CPU單元DM區設置。 　?、僮詣臃绞皆O定時可以用來建立簡單的數據鏈接，所有的接收節點共享發送節點相同的數據。第1區從區位IR、CIO和LR中選擇，第2區從數據存儲區DM和EM中選擇。每個節點不允許只接收或只發送數據的一部分，所有節點都可以被指定為加入或不加入數據鏈接。 　　②手動設置數據鏈接區分幾種情況，其中：（a）發送和接收節點的次序是自由的;（b）一些節點可以只發送而不接收數據;（c）一些節點可以只接收而不發送數據;（d）一個節點可以只接收從區域起點開始指定數量的字;（e）一個節點可以只接收從指定字位置開始的指定字數的數據，開始字被設置成一個從發送數據起始處開始的偏移量。由于高速公路隧道監控系統中區域控制器之間全部需要通信，因此本文在設置數據鏈接表時接收節點共享發送節點的所有數據，發送節點和接收節點次序采用自由格式，每臺區域控制器設置鏈接區域大小為800字，發送均從D1000開始。 　　2.2 通信實現 　　（1）啟動數據鏈接表實現PLC之間通信 　　通過啟動數據鏈接表可實現上述設定數據鏈接表鏈接區的數據共享，達到通信的目的。這種方式實現起來簡單、方便，但不靈活，PLC不能實現其它內存區的數據共享。起、停數據鏈接表有三種方式： 　?、偈褂镁幊淘O備或用戶程序 　　CS1系列PLC的啟動位是啟動節點字DM30000×CLK單元號中的第0位。設置啟動位從OFF變為ON或當接通電源時已為ON時，啟動數據鏈接，啟動位從ON變為OFF時停止數據鏈接。 　?、谑褂肅ontroller Link支持軟件 　　在上位機或上位機節點上，使用Controller Link支持軟件向數據鏈接中的節點發出啟動/停止數據鏈接命令。 　　③使用FINS命令 　　使用網絡通信指令CMND從一個Controller Link節點（PLC或計算機）向一個數據鏈接中的節點發送RUN（“0401”）/STOP（“0402”）指令來啟動/停止數據鏈接。 　?。?）網絡指令通信 　　在網絡內通過發送網絡指令SEND、RECV和CMND可實現FINS通信。這種通信方式靈活，可對目標節點PLC進行任何操作。發送網絡指令是先將需發送的命令數據存儲到給定的內存區，確定連接的本地內存地址和目標站內存地址，通過網絡指令就可實現對遠程站通信。 　?。?）操作過程 　　基于PLC網絡的隧道測控系統的操作步驟是區域控制器首先根據控制器狀態、內存區狀態、端口狀態診斷控制器是否在正常狀態下工作。其次，區域控制器采集本地控制的輸入設備的輸入數據，進行處理后并將結果數據發送到數據鏈接共享區，同時讀取其它控制器共享到數據鏈接區的數據，通過對所有的采集數據來判斷整個隧道的狀態，并按照判斷結果質詢上位機是否執行相應程序，得到確認后，現場區域控制器立即執行相應的程序。若區域控制器長時間沒有得到上位機命令，根據具體情況按照規定的預案進行控制。根據預案程序的運行改變現場設備的控制狀態，并按照控制狀態對應邏輯真值表輸出到顯示設備中，PLC執行完外部響應和控制程序，I/O刷新則將結果輸出到現場設備中。 3 結語 　　以PLC作為本地控制器，用PLC網絡實現隧道測控，集數據采集控制于一體，避免了錯綜復雜的布線，減少了出錯的概率。從而提高了整個系統的可靠性和安全性。 　　本文的創新點在于，將PLC及其網絡應用于公路隧道測控系統，一方面使PLC抗干擾性好，機電一體化程度高，通信和網絡功能強大等特點得到了充分的利用，拓寬了PLC的應用領域;另一方滿足了隧道內溫度、濕度、噪音、灰塵、振動、汽車點火高頻干擾等惡劣環境的要求，確保了測控系統的穩定性和可靠性。 參考文獻： 　　[1] 王成剛.PLC網絡在大型捏合機控制系統中的應用[J].微計算機信息,2005,21（9-1）:69-70. 　　WANG Cheng-gang.Application of PLC Network Technigue in the control system for a Large Kneading Deavice[J].Micro computer information,2005,21（9-1）:69-70. 　　[2] 趙忠杰.公路隧道機電設備PLC控制方案研究[J].長安大學學報,1999,19（3）:64-66. 　　ZHAO Zhong-jie.Sudy on PLC control plan of electromechanical devices in the highway tunnel[J].Journal of Chang’an University,1999,19（3）:64-66. 　　[3] 張建林.基于PLC網絡的檢測系統及其SCADA的集成[J].江蘇電機工程,2004,23（3）:52-54. 　　ZHANG Jian-lin.A Supervision System Based on PLC Networks and Integration With SCADA[J].Jiangsu Electrical Engineering,2004,23（3）:52-54 　　[4] 丁恒.高速公路隧道交通誘導與控制策略研究及系統實現[D].長安大學碩士學位論文，2005,（4）:44-64. 　　DING Heng. A strategy of highway tunnel traffic inducement and controlling[D]. The paper of master’s degree of Chang’an university,2005,（4）:44-64. 　　[5] 王衛兵.PLC系統通信、擴展與網絡互連技術[M].機械工業出版社,2004,（9）:215-224. 　　WANG Wei-Bing. The PLC system communication、the technique of the expansion and the network interlink[M].China machine press,2004,（9）:215-224.