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作者簡(jiǎn)介：張紅（1982-），黑龍江人，控制理論與控制工程專(zhuān)業(yè)碩士學(xué)位。曾參與大慶采油七廠(chǎng)聯(lián)合站改造工程、蘇里格氣田數字化工程、奧林匹克體育中心（鳥(niǎo)巢）隧道監控項目等，現就職于北京九思易自動(dòng)化軟件有限公司。
摘 要：奧林匹克體育中心是舉辦北京2008年奧運會(huì )的主要場(chǎng)地，其地下交通隧道全長(cháng)9.9公里，主干道5.5公里，隧道內的情況被指揮中心全方位監控，包括交通系統、輔助交通系統的設備系統、消防系統、供電系統、緊急電話(huà)系統、廣播系統、無(wú)線(xiàn)通信系統、網(wǎng)絡(luò )系統和綜合顯示大屏等。該監控系統使用易控（INSPEC）組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)，采用CS架構實(shí)現，系統開(kāi)發(fā)周期短，畫(huà)面功能簡(jiǎn)潔美觀(guān)，成功進(jìn)行集中監控，系統集成度高，功能齊全，穩定可靠，響應速度快，在2008年6月成功交付使用，為奧運會(huì )的成功舉辦發(fā)揮了舉足輕重的作用。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)化軟件；SCADA；隧道；交通；自動(dòng)化控制
Abstract：Olympic Gym Center is the main site where the Beijing 2008 Olympic Games were organized.Its underground traffic tunnel is 9.9 km long，while trunk road is 5. km.ll situations in the tunnel can be supervised in monitoring-center，including transportation systems，equipment systems，fire systems，power systems，emergency telephone systems，radio systems，wireless communication systems，network systems and CCTV etc.The monitoring system was developed by INSPEC and it has been running successfully since June 2008
Key words：automation software；SCADA；tunnel；traffic；automation control
1 概述
奧林匹克體育中心是舉辦北京2008年奧運會(huì )的主要場(chǎng)地，擁有亞洲最大的城區人工水系、亞洲最大的城市綠化景觀(guān)、世界最開(kāi)闊的步行廣場(chǎng)、亞洲最長(cháng)的地下交通環(huán)廊。其地下交通環(huán)廊是一條特別設計的隧道，總投資約13億元，全長(cháng)9.9公里，其中主干道5.5公里，環(huán)形隧道呈樹(shù)型分布，通過(guò)地下通道這張四通八達的交通網(wǎng)絡(luò )，可以暢通無(wú)阻地到達中心區周?chē)母鞣N重要建筑。地下隧道有25個(gè)出入口，出入口與奧林匹克公園中心區周邊的近10條市政道路相通，形成一張復雜的交通網(wǎng)。
環(huán)隧包括5個(gè)獨立的人員逃生出口、消防泵站、監控中心及排風(fēng)機房和送風(fēng)機房等。為了保證通道安全暢通，管理者需要對通道中的各種設備進(jìn)行管理和監控，奧林匹克體育中心區指揮中心需要對通道內的交通情況進(jìn)行全方位監控，包括204個(gè)交通信號燈，120多個(gè)攝像頭，30塊交通情報板，23塊車(chē)庫情報板以及對交通流量、車(chē)速、車(chē)道占有率、可變限速標志、啟閉車(chē)道、車(chē)輛限行和分流等的監控，除此之外，還需要對一些交通輔助設備進(jìn)行監控，包括163臺緊急電話(huà)，60組射流風(fēng)機，9組送排風(fēng)機，9臺雨水泵、廢水泵、消防泵，9臺一氧化碳濃度監測儀，9臺能見(jiàn)度監測儀，1個(gè)主配電室和5個(gè)分配電室。
位于奧林匹克體育中心區地下指揮中心的“北京奧林匹克中心地下交通隧道監控系統”對隧道內的交通系統、輔助交通系統的設備系統、消防系統、供電系統、緊急電話(huà)系統、廣播系統、無(wú)線(xiàn)通信系統、網(wǎng)絡(luò )系統和綜合顯示大屏等進(jìn)行集中監控，通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)和監控系統與22臺PLC進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，采集和控制整個(gè)地下隧道的各種信號和設備，與其它智能系統交換信息，通過(guò)其它接口和100多種硬件設備進(jìn)行通信連接。在緊急情況發(fā)生時(shí)，系統自動(dòng)執行事先設計好的應急處理預案，將自動(dòng)調用相關(guān)畫(huà)面顯示在綜合顯示大屏上，也可進(jìn)行手動(dòng)處理。系統與附近的其它交通系統和北京市交管中心實(shí)現互聯(lián)集成。
監控系統的設計和實(shí)施對系統的集成度、可靠性、開(kāi)放性、和可擴充性都提出了極高的要求。系統要求采用開(kāi)放的技術(shù)平臺，預留功能接口，以在增加功能、系統升級時(shí)不影響已實(shí)現的功能。
該監控系統使用易控（INSPEC）組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)，采用CS架構實(shí)現。系統開(kāi)發(fā)周期短，畫(huà)面功能簡(jiǎn)潔美觀(guān)，成功對隧道中的交通、設備、供電、緊急電話(huà)、廣播、無(wú)線(xiàn)通信、網(wǎng)絡(luò )和CCTV各系統進(jìn)行了集中監控，系統集成度高，功能齊全，穩定可靠，響應速度快，為奧運會(huì )的成功舉辦發(fā)揮了舉足輕重的作用。
2 系統構成
奧林匹克中心區地下隧道交通監控系統包括：交通系統、設備系統、消防系統、供電系統、通信系統、網(wǎng)絡(luò )系統和CCTV系統。其中：
交通系統包含204個(gè)交通信號燈，30塊可變情報板，23塊車(chē)庫情報板，120多個(gè)監控攝像頭，9個(gè)視頻分析儀。
設備系統包含9組送排風(fēng)機，60組射流風(fēng)機，9臺水泵、消防泵，9臺CO濃度監測儀，9臺能見(jiàn)度監測儀。
消防系統包含295個(gè)消防器件。
供電系統包含1個(gè)主配電室中的14臺高低壓柜，2臺變壓柜，1個(gè)直流屏，1臺UPS；5個(gè)分配電室中的50臺高低壓柜，10臺變壓柜，5臺UPS。所有供電室的設備數量達到244個(gè)。
通信系統包含緊急電話(huà)系統、廣播系統和無(wú)線(xiàn)系統。緊急電話(huà)系統中有163臺緊急電話(huà)；廣播系統中有65個(gè)PAK廣播；線(xiàn)系統中有1臺廣播主機，1臺近端機和8臺遠端機。
網(wǎng)絡(luò )系統包含22個(gè)光環(huán)網(wǎng)交換機。
CCTV系統包含64個(gè)監視器和8塊DLP大屏。
隧道交通系統與周邊交通區域和北京市交警中心進(jìn)行集成，交通系統根據道路和監控的需要進(jìn)行分區管理。根據監控的內容和系統架構設計，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )分為數據采集和實(shí)時(shí)數據服務(wù)器、歷史數據服務(wù)器、設備和交通監控工作站，并且預留接口以供后續系統升級等等。
圖1 系統結構圖
如圖1所示，系統由I/O服務(wù)器、數據庫服務(wù)器、六個(gè)操作員站以及配套的網(wǎng)絡(luò )打印機、交換機、計算機網(wǎng)絡(luò )等組成。
·IO服務(wù)器：擔負監控系統和現場(chǎng)之間的數據采集工作。采集的數據提供給網(wǎng)絡(luò )上的操作員站和其它服務(wù)器。IO服務(wù)器中的數據主要來(lái)自PLC傳送上來(lái)的現場(chǎng)設備信息、其他系統傳送過(guò)來(lái)的信息、進(jìn)行歷史記錄的IO數據。
·數據庫服務(wù)器：擔負歷史記錄服務(wù)器和報警記錄服務(wù)器的功能，SQL Server擔任具體的數據存儲業(yè)務(wù)。數據庫服務(wù)器上運行的工程配置有數據庫變量、歷史記錄變量、報警配置，數據長(cháng)期連續記錄和存儲。
·操作員站：即工作站。系統包含6臺工作站，工作站提供系統的人機界面功能，所有監控操作在操作站上完成，支持設備交通監控、電力監控、閉路電視（CCTV）監控、火災報警等功能，并支持多媒體大屏幕綜合顯示?；谝蕴钟蚓W(wǎng)，實(shí)現分功能、分級別網(wǎng)上資源共享，網(wǎng)絡(luò )協(xié)調運作。各操作站上安裝有易控（INSPEC）軟件，根據登錄用戶(hù)的身份限定其能夠操作的內容。
操作站通過(guò)與IO服務(wù)器通信獲取系統IO數據，通過(guò)數據庫服務(wù)器查詢(xún)歷史記錄、報警歷史記錄。操作站本身也包含報警服務(wù)器，顯示產(chǎn)生的實(shí)時(shí)報警信息。
3 系統特點(diǎn)
·集成度高。綜合集成了設備、交通、供電、通信廣播、環(huán)境監測、消防和CCTV等子系統。
·開(kāi)放性和可擴充性好。系統基于開(kāi)放的技術(shù)和軟件平臺、架構和接口靈活，升級方便。
·規模大。系統的IO點(diǎn)數達3萬(wàn)點(diǎn)，工程畫(huà)面100多幅。下位設備廠(chǎng)商眾多，設備數量超過(guò)100個(gè)。
·預案控制程序復雜。
·開(kāi)發(fā)周期短，實(shí)施和維護簡(jiǎn)單。
·穩定性高。
4 軟件應用
4.1 與硬件和其他獨立系統的連接
該項目下位硬件設備廠(chǎng)商眾多，設備數量超過(guò)100個(gè)，易控（INSPEC）提供了多種便捷的與下位設備的連接方式，可以通過(guò)串口、以太網(wǎng)或其它網(wǎng)卡等多種方式與硬件設備相連。與傳統的組態(tài)軟件相比，易控（INSPEC）在IO通信上為用戶(hù)提供了更多功能，如能動(dòng)態(tài)啟停和一臺或多臺設備的通信、支持結構數據以及設備的歷史數據、可以快速批量配置設備中的變量。
4.2 信息、嵌入網(wǎng)關(guān)功能、開(kāi)放通信程序框架等一系列更加方便用戶(hù)的功能
在該隧道監控系統中，通過(guò)IO服務(wù)器與下位PLC進(jìn)行通信，服務(wù)器上安裝易控（INSPEC），通過(guò)以太網(wǎng)通道與22個(gè)PLC進(jìn)行通信。與其他系統的通信也采用以太網(wǎng)傳輸，對于部分僅支持串口的設備，采用串口轉以太網(wǎng)的方式進(jìn)行通信。
4.3 IO服務(wù)器
IO服務(wù)器完成IO數據采集，并與數據服務(wù)器和操作站進(jìn)行連接，提供數據。服務(wù)器工程中包含97個(gè)以太網(wǎng)通道，下掛97種106個(gè)設備。整個(gè)系統采集IO點(diǎn)數大約為3萬(wàn)點(diǎn)，IO數據采集的時(shí)間為1s，保證數據的及時(shí)有效。IO服務(wù)器與操作站和數據服務(wù)器進(jìn)行交互的變量數量上萬(wàn)，所有操作站的操作響應時(shí)間小于3s。易控（INSPEC）優(yōu)化的采集很好地滿(mǎn)足了系統對響應時(shí)效性高的需求。
4.4 數據服務(wù)器
系統使用易控（INSPEC）和SQL Server2005協(xié)同運行，進(jìn)行數據的存儲和服務(wù)。數據服務(wù)器要求長(cháng)時(shí)間保存系統中的歷史數據、報警信息等，為數據統計、查詢(xún)提供了基本數據。數據服務(wù)器同時(shí)與IO服務(wù)器和操作站進(jìn)行交互，數據吞吐量大，趨勢、報表和畫(huà)面形式的數據查詢(xún)，打印數據快、穩定可靠。
4.5 操作站
操作站從服務(wù)器取得數據。操作站內容分成交通系統、設備系統、消防系統、供電系統、通信系統、網(wǎng)絡(luò )系統和CCTV系統等七個(gè)子系統。畫(huà)面風(fēng)格簡(jiǎn)潔，非常直觀(guān)地模擬和呈現了隧道的真實(shí)情況。復雜的子系統采用總貌圖和分區圖進(jìn)行逐級信息顯示。在總貌圖上移動(dòng)，鼠標至相應區域，該區域會(huì )反色顯示，點(diǎn)擊可進(jìn)入相應分區。在分區圖中詳細標注了各種設備所在的位置和參數。
圖2 交通全貌圖
5 系統功能
5.1 交通系統
如圖2所示，分為12個(gè)區，主要對交通情況進(jìn)行信號監控，比如交通流量、車(chē)行速度、車(chē)道占有率，同時(shí)對可變情報板、可變限速標志、交通信號燈、啟閉車(chē)道等進(jìn)行監控，并提供各種預案，實(shí)現對交通事故處理、道路分流等科學(xué)的控制和管理。
在交通系統畫(huà)面中，可直接控制交通信號燈的狀態(tài)。當系統出現交通事故時(shí)，系統自動(dòng)切換到事故所在的分區畫(huà)面，顯示事故類(lèi)型，并把事故信息，事故位置的視頻切換到綜合顯示大屏上，便于及時(shí)了解和處理各種交通情況?？芍苯釉O定畫(huà)面上選中情報板的各種導航信息，包括信息內容、字體、顏色等。
5.2 設備系統
如圖4所示分為12個(gè)區，主要是對射流風(fēng)機、送排風(fēng)機、排水泵、消防泵、供電等設備進(jìn)行監控，還包括對隧道內一氧化碳濃度、可見(jiàn)度等環(huán)境參數進(jìn)行監控。
圖3 設備區
5.3 消防系統
分為12個(gè)區，主要對各種消防器件進(jìn)行監控。當出現消防報警時(shí)，報警情況直接反應在畫(huà)面中各個(gè)區的報警設備上，同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)發(fā)生警報區的廣播系統，進(jìn)行消防廣播。如圖4所示，該系統還包括其他消防預案，例如：車(chē)輛禁行、車(chē)輛分流控制等。
分為12個(gè)區，主要對各種消防器件進(jìn)行監控。當出現消防報警時(shí)，報警情況直接反應在畫(huà)面中各個(gè)區的報警設備上，同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)發(fā)生警報區的廣播系統，進(jìn)行消防廣播。如圖4所示，該系統還包括其他消防預案，例如：車(chē)輛禁行、車(chē)輛分流控制等。
通信系統分為緊急電話(huà)系統、無(wú)線(xiàn)通信系統和廣播系統。當有緊急電話(huà)呼叫時(shí)，系統會(huì )自動(dòng)切換到主叫電話(huà)所在區域，并且能夠實(shí)時(shí)顯示撥號、通話(huà)和掛機等狀態(tài)，以及執行其他預案；無(wú)線(xiàn)通信系統包括廣播主機系統、廣播直放站、調度直放站；廣播系統可以選擇需要進(jìn)行廣播播音的區域、選擇各種不同聲源、調節音量等。
無(wú)線(xiàn)通信，可以改變頻率值，在不同波段廣播信息。
圖4 廣播主畫(huà)面
圖5 配電室參數圖
5.4 供電系統
包括主配電室和5個(gè)分配電室。能夠實(shí)時(shí)監視每一個(gè)配電室中設備的工作情況，包括：各種電壓、電流等。同時(shí)監控64臺高低壓柜，12臺變壓柜，1個(gè)直流屏，7臺UPS。
點(diǎn)擊配電站中的設備，查看設備的各種參數。如圖5所示。
5.5 網(wǎng)絡(luò )系統
主要負責監視22個(gè)光環(huán)網(wǎng)交換機，包括每個(gè)交換機的供電情況、光纖溫度、端口狀態(tài)等。把所有光環(huán)網(wǎng)交換機的參數顯示在同一個(gè)畫(huà)面，并以信號燈標識，各交換機工作正常與否，一目了然。
5.6 CCTV系統
通過(guò)64個(gè)監視器和8塊DLP大屏監控，系統可把任一指定攝像頭的圖像切換到指定的監視器或者大屏上，系統還可以更換大屏顯示模式，例如單屏顯示、2×2模式、全屏模式等，還可以直接在畫(huà)面上操作帶云臺的攝像頭的視角、焦距、縮放等。
——轉自《自動(dòng)化博覽》
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號