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

  許志斌  幺進(jìn)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(chē)，經(jīng)過(guò)多年的運營(yíng)，原系統許多功能或者不能修復或者不能滿(mǎn)足使用要求，所以要對其進(jìn)行改造。此次改造主要是針對監控系統的改造：包括RTU（區域控制器）設計和監控中心軟件設計開(kāi)發(fā)，其中上位監控軟件主要采用組態(tài)王6.51開(kāi)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(xiě)是“Configuration”, 與硬件生產(chǎn)相對照，組態(tài)與組裝類(lèi)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(pán)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(guò)程。當然軟件中的組態(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”更多更復雜。

  組態(tài)王軟件是完成數據采集與過(guò)程控制的專(zhuān)用軟件，它是在自動(dòng)控制系統監控層一級的軟件平臺和開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶(hù)提供快速構建工業(yè)自動(dòng)控制系統監控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)王軟件能支持各種工控設備和常見(jiàn)的通信協(xié)議，并且可以提供分布式數據管理和網(wǎng)絡(luò )功能,是一個(gè)使用戶(hù)能快速建立自己的HMI的強有力的開(kāi)發(fā)環(huán)境。

  組態(tài)王軟件主要特點(diǎn):

  （1）延續性和可擴充性。用通用組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)的應用程序，當現場(chǎng)（包括硬件設備或系統結構）或用戶(hù)需求發(fā)生改變時(shí)，不需作過(guò)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(hù)使用的方法包裝起來(lái)，對于使用者，不需掌握太多的編程語(yǔ)言技術(shù)（甚至不需要編程技術(shù)），就能很好地完成一個(gè)復雜工程所要求的所有功能；

  （3）通用性.每個(gè)用戶(hù)根據工程實(shí)際情況，利用通用組態(tài)軟件提供的底層設備（PLC、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等）的I/O Driver、開(kāi)放式的數據庫和畫(huà)面制作工具，就能完成一個(gè)具有動(dòng)畫(huà)效果、實(shí)時(shí)數據處理、歷史數據和曲線(xiàn)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。

隧道監控系統硬件結構：

硬件結構如下圖所示：

  系統采用Controller Link工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)和工業(yè)以太網(wǎng)組網(wǎng)，是典型的四級控制系統,即現場(chǎng)設備層、現場(chǎng)控制層、中心控制層、上級管理層。

  現場(chǎng)設備層:主要包括執行機構交通燈、風(fēng)機、照明和CO、能見(jiàn)度傳感器等。
現場(chǎng)控制層:由OMRON  CS1系列可編程控制器組成，稱(chēng)為區域控制器，區域控制器之間通過(guò)Controller Link工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)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控計算機組成。

  上級管理層:由監控總中心數據服務(wù)器和終端計算機組成,可以進(jìn)行web發(fā)布。

隧道監控系統軟件結構:

  系統軟件采用C/S架構,隧道監控系統軟件按照功能劃分為通信服務(wù)器軟件、信息處理軟件、隧道監控軟件、緊急電話(huà)處理軟件、CCTV控制軟件和外系統電力監控軟件、火災報警軟件。 本次設計，數據庫采用SQL Server2000 ,其中隧道監控軟件、通信服務(wù)器軟件、信息處理軟件、電力監控軟件等采用組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)。

軟件系統邏輯圖如下：

組態(tài)開(kāi)發(fā)及功能介紹

  隧道群包括一個(gè)特長(cháng)隧道和兩個(gè)中長(cháng)隧道，控制總點(diǎn)數大于2600點(diǎn)，數據交互大且頻繁。經(jīng)過(guò)對系統的分析，我們采用C/S組態(tài)網(wǎng)絡(luò )結構，所有數據采集與控制（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(wú)限點(diǎn)運行版組態(tài)。該服務(wù)器在網(wǎng)絡(luò )配置中設置為I/O服務(wù)器、登錄服務(wù)器、報警服務(wù)器、歷史紀錄服務(wù)器。配置如下圖所示。

  隧道監控軟件采用組態(tài)王Netview軟件開(kāi)發(fā)，組態(tài)為客戶(hù)端軟件?？蛻?hù)端所有數據信息都來(lái)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，地圖屏等設備,通信服務(wù)器管理軟件同時(shí)把需要紀錄的信息存入數據庫。

  信息處理軟件采用組態(tài)王Netview組態(tài),只與數據庫進(jìn)行數據交互，實(shí)現數據查詢(xún)和統計。

  用組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)一個(gè)工程項目可以分為以下幾個(gè)步驟。

  以上步驟并不是固定的，可以靈活應用,有些步驟可同時(shí)進(jìn)行，也可以顛倒順序。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中我們需要解決組態(tài)軟件與其他程序進(jìn)行數據傳輸問(wèn)題,所以我們用VB開(kāi)發(fā)了一個(gè)中間控件集成在組態(tài)軟件中，通過(guò)UDP數據包與其通信。

整個(gè)系統開(kāi)發(fā)完成后可以實(shí)現以下功能:

  1. 通過(guò)現場(chǎng)設備層的車(chē)輛檢測器、能見(jiàn)度監測器、光強檢測器、風(fēng)速風(fēng)向檢測器等外場(chǎng)設備獲得交通動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數據、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報警等信息；

  2. 參數設置:交通參數設置，照明控制參數設置，通風(fēng)系統控制參數設置，事件報警參數設置；

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

  4. 照明完全手動(dòng)、模式手動(dòng)、時(shí)序自動(dòng)、光強自動(dòng)控制；

  5. 通風(fēng)手動(dòng)、模式手動(dòng)、事件自動(dòng)控制；

  6. 火災報警聯(lián)動(dòng)、CO/VI超標預案控制；

  7. 地圖屏顯示控制；

  8. 車(chē)檢器、環(huán)境信息數據記錄、查詢(xún)、統計，報表預覽打印等。

  9. 電力設備運行參數顯示，分合閘控制。

應用分析
 
  系統完全采用組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)周期短，與設備通信穩定可靠。由于采用組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)，無(wú)需過(guò)多考慮軟件系統與PLC以及服務(wù)器程序與客戶(hù)端程序數據、信息交互，大大地縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間。在報表開(kāi)發(fā)和數據庫調用方面，也可以直接調用現有的模塊。系統尤其在控制點(diǎn)數多的情況下，更能體現出其優(yōu)越性,不用象采用高級語(yǔ)言那樣需要編寫(xiě)大量的通信代碼，并且考慮多任務(wù)、多線(xiàn)程。

  系統響應速度快，外部設備從控制指令下發(fā)、執行、狀態(tài)反饋到監控界面顯示小于200ms，地圖屏從指令下發(fā)到狀態(tài)顯示響應時(shí)間不超過(guò)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(dòng)畫(huà)等形象的反映設備運行狀態(tài)，與高級語(yǔ)言開(kāi)發(fā)相比容易的多。

  當然組態(tài)軟件本身是在VC等平臺的基礎上開(kāi)發(fā)出來(lái)的，在靈活性方面稍差一些,雖然開(kāi)發(fā)效率提高了，開(kāi)發(fā)難度降低了，但增加了購買(mǎi)軟件的成本。

結束語(yǔ)

  對于這樣一個(gè)四層結構的典型的控制系統，采用組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)完全可以達到預期的要求。雖然增加購買(mǎi)組態(tài)軟件的成本，但大大地提高了開(kāi)發(fā)效率，總體成本不會(huì )增加，并且可以作出界面漂亮形象、操作友好、通信性能穩定的監控程序。