（西安金路交通工程科技發(fā)展有限責(zé)任公司  北京云星宇交通工程有限公司  歐姆龍貿(mào)易（上海）有限公司） 

  許志斌  幺進祥  田仲

前言

  八達嶺隧道群位于八達嶺高速公路55公里處，主要由潭峪溝、八達嶺、居庸關(guān)等隧道組成。于1998年建成通車，經(jīng)過多年的運營，原系統(tǒng)許多功能或者不能修復(fù)或者不能滿足使用要求，所以要對其進行改造。此次改造主要是針對監(jiān)控系統(tǒng)的改造：包括RTU（區(qū)域控制器）設(shè)計和監(jiān)控中心軟件設(shè)計開發(fā)，其中上位監(jiān)控軟件主要采用組態(tài)王6.51開發(fā)，最終達到良好的效果。

組態(tài)王介紹

  組態(tài)的英文拼寫是“Configuration”, 與硬件生產(chǎn)相對照，組態(tài)與組裝類似，如要組裝一臺電腦，事先提供了各種型號的主板、CPU、顯示器、硬盤等，我們的工作就是用這些部件拼湊成自己需要的電腦。組態(tài)就是用應(yīng)用軟件中提供的工具、方法完成工程中某一具體任務(wù)的過程。當(dāng)然軟件中的組態(tài)要比硬件的組裝有更大的發(fā)揮空間，因為它一般要比硬件中的“部件”更多更復(fù)雜。

  組態(tài)王軟件是完成數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)王軟件能支持各種工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議，并且可以提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能,是一個使用戶能快速建立自己的HMI的強有力的開發(fā)環(huán)境。

  組態(tài)王軟件主要特點:

  （1）延續(xù)性和可擴充性。用通用組態(tài)軟件開發(fā)的應(yīng)用程序，當(dāng)現(xiàn)場（包括硬件設(shè)備或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）或用戶需求發(fā)生改變時，不需作過多修改即可方便地完成軟件的更新和升級；
 
  （2）封裝性（易學(xué)易用）.通用組態(tài)軟件所能完成的功能都用一種方便用戶使用的方法包裝起來，對于使用者，不需掌握太多的編程語言技術(shù)（甚至不需要編程技術(shù)），就能很好地完成一個復(fù)雜工程所要求的所有功能；

  （3）通用性.每個用戶根據(jù)工程實際情況，利用通用組態(tài)軟件提供的底層設(shè)備（PLC、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等）的I/O Driver、開放式的數(shù)據(jù)庫和畫面制作工具，就能完成一個具有動畫效果、實時數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)和曲線并存、具有多媒體功能和網(wǎng)絡(luò)功能的工程，不受行業(yè)限制。

隧道監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)：

硬件結(jié)構(gòu)如下圖所示：

  系統(tǒng)采用Controller Link工業(yè)現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)組網(wǎng)，是典型的四級控制系統(tǒng),即現(xiàn)場設(shè)備層、現(xiàn)場控制層、中心控制層、上級管理層。

  現(xiàn)場設(shè)備層:主要包括執(zhí)行機構(gòu)交通燈、風(fēng)機、照明和CO、能見度傳感器等。
現(xiàn)場控制層:由OMRON  CS1系列可編程控制器組成，稱為區(qū)域控制器，區(qū)域控制器之間通過Controller Link工業(yè)現(xiàn)場總線組成冗余光纖環(huán)網(wǎng)。

  中心控制層:由雙機熱備服務(wù)器、通信計算機和兩臺監(jiān)控計算機組成。

  上級管理層:由監(jiān)控總中心數(shù)據(jù)服務(wù)器和終端計算機組成,可以進行web發(fā)布。

隧道監(jiān)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu):

  系統(tǒng)軟件采用C/S架構(gòu),隧道監(jiān)控系統(tǒng)軟件按照功能劃分為通信服務(wù)器軟件、信息處理軟件、隧道監(jiān)控軟件、緊急電話處理軟件、CCTV控制軟件和外系統(tǒng)電力監(jiān)控軟件、火災(zāi)報警軟件。 本次設(shè)計，數(shù)據(jù)庫采用SQL Server2000 ,其中隧道監(jiān)控軟件、通信服務(wù)器軟件、信息處理軟件、電力監(jiān)控軟件等采用組態(tài)軟件開發(fā)。

軟件系統(tǒng)邏輯圖如下：

組態(tài)開發(fā)及功能介紹

  隧道群包括一個特長隧道和兩個中長隧道，控制總點數(shù)大于2600點，數(shù)據(jù)交互大且頻繁。經(jīng)過對系統(tǒng)的分析，我們采用C/S組態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所有數(shù)據(jù)采集與控制（包括地圖屏顯示控制）都先集中于一臺通信工作站,工作站服務(wù)器通信管理軟件采用組態(tài)王無限點運行版組態(tài)。該服務(wù)器在網(wǎng)絡(luò)配置中設(shè)置為I/O服務(wù)器、登錄服務(wù)器、報警服務(wù)器、歷史紀(jì)錄服務(wù)器。配置如下圖所示。

  隧道監(jiān)控軟件采用組態(tài)王Netview軟件開發(fā)，組態(tài)為客戶端軟件。客戶端所有數(shù)據(jù)信息都來自于通信服務(wù)器軟件，所有控制都先傳到通信服務(wù)器，再由通信服務(wù)器下發(fā)到PLC，地圖屏等設(shè)備,通信服務(wù)器管理軟件同時把需要紀(jì)錄的信息存入數(shù)據(jù)庫。

  信息處理軟件采用組態(tài)王Netview組態(tài),只與數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計。

  用組態(tài)軟件開發(fā)一個工程項目可以分為以下幾個步驟。

  以上步驟并不是固定的，可以靈活應(yīng)用,有些步驟可同時進行，也可以顛倒順序。在開發(fā)過程中我們需要解決組態(tài)軟件與其他程序進行數(shù)據(jù)傳輸問題,所以我們用VB開發(fā)了一個中間控件集成在組態(tài)軟件中，通過UDP數(shù)據(jù)包與其通信。

整個系統(tǒng)開發(fā)完成后可以實現(xiàn)以下功能:

  1. 通過現(xiàn)場設(shè)備層的車輛檢測器、能見度監(jiān)測器、光強檢測器、風(fēng)速風(fēng)向檢測器等外場設(shè)備獲得交通動態(tài)實時數(shù)據(jù)、光強、風(fēng)速及風(fēng)機狀態(tài)等隧道環(huán)境相關(guān)信息和交通事件及火災(zāi)報警等信息；

  2. 參數(shù)設(shè)置:交通參數(shù)設(shè)置，照明控制參數(shù)設(shè)置，通風(fēng)系統(tǒng)控制參數(shù)設(shè)置，事件報警參數(shù)設(shè)置；

  3. 交通燈、車道指示器、隧道限速標(biāo)志、情報板控制及故障反饋；

  4. 照明完全手動、模式手動、時序自動、光強自動控制；

  5. 通風(fēng)手動、模式手動、事件自動控制；

  6. 火災(zāi)報警聯(lián)動、CO/VI超標(biāo)預(yù)案控制；

  7. 地圖屏顯示控制；

  8. 車檢器、環(huán)境信息數(shù)據(jù)記錄、查詢、統(tǒng)計，報表預(yù)覽打印等。

  9. 電力設(shè)備運行參數(shù)顯示，分合閘控制。

應(yīng)用分析
 
  系統(tǒng)完全采用組態(tài)軟件開發(fā)，開發(fā)周期短，與設(shè)備通信穩(wěn)定可靠。由于采用組態(tài)軟件開發(fā)，無需過多考慮軟件系統(tǒng)與PLC以及服務(wù)器程序與客戶端程序數(shù)據(jù)、信息交互，大大地縮短了開發(fā)時間。在報表開發(fā)和數(shù)據(jù)庫調(diào)用方面，也可以直接調(diào)用現(xiàn)有的模塊。系統(tǒng)尤其在控制點數(shù)多的情況下，更能體現(xiàn)出其優(yōu)越性,不用象采用高級語言那樣需要編寫大量的通信代碼，并且考慮多任務(wù)、多線程。

  系統(tǒng)響應(yīng)速度快，外部設(shè)備從控制指令下發(fā)、執(zhí)行、狀態(tài)反饋到監(jiān)控界面顯示小于200ms，地圖屏從指令下發(fā)到狀態(tài)顯示響應(yīng)時間不超過1秒。此外, 采用組態(tài)軟件還可以更加逼真地大量采用圖形動畫等形象的反映設(shè)備運行狀態(tài)，與高級語言開發(fā)相比容易的多。

  當(dāng)然組態(tài)軟件本身是在VC等平臺的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，在靈活性方面稍差一些,雖然開發(fā)效率提高了，開發(fā)難度降低了，但增加了購買軟件的成本。

結(jié)束語

  對于這樣一個四層結(jié)構(gòu)的典型的控制系統(tǒng)，采用組態(tài)軟件開發(fā)完全可以達到預(yù)期的要求。雖然增加購買組態(tài)軟件的成本，但大大地提高了開發(fā)效率，總體成本不會增加，并且可以作出界面漂亮形象、操作友好、通信性能穩(wěn)定的監(jiān)控程序。