董琪，MOXA公司
在高速公路機電監(jiān)控行業(yè)中，工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)廣泛的應用在隧道監(jiān)控之中。浙江的麗龍高速就選擇了這種方式來通訊從而監(jiān)控隧道外場的各個設備。
工業(yè)以太網(wǎng)交換機在隧道現(xiàn)場的應用
近二十年來，隨著我國公路交通事業(yè)飛速發(fā)展，公路的等級不斷提高，通車里程逐年攀升，公路建設已成為拉動國民經(jīng)濟增長的支柱產(chǎn)業(yè)和帶動地方經(jīng)濟發(fā)展的龍頭。在山嶺和丘陵地區(qū)乃至越江過河的公路建設中，隧道方案以能縮短行車里程，提高線型標準、保障運營安全，保護生態(tài)環(huán)境等優(yōu)點，得到普遍應用，并且越修越長，規(guī)模越來越大。許多特長隧道、大跨度扁平隧道、雙層隧道、沉管隧道、盾構隧道、高海拔隧道、寒區(qū)隧道相繼建成。在堅持可持續(xù)發(fā)展，切實保護生態(tài)環(huán)境和有限的土地資源的戰(zhàn)略指導下，長大隧道的建設必然任務越來越重，技術要求越來越高。
麗龍高速是麗水到龍泉、云和的必經(jīng)之路，起點在麗水市區(qū)，終點是龍泉出口，全長102公里，是號稱浙江省“兩龍”的龍麗龍高速中的一段。全長222.3公里，分為龍游至麗水段、麗水至龍泉段。這兩條"龍"，把麗水市沿線五縣(市、區(qū))與龍游縣人口超過10萬以上的城鄉(xiāng)全部連接起來，惠及115個鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道，覆蓋百萬以上人口。麗龍高速從北埠到龍泉段共有15座橋梁、29個隧道。在29個隧道中，長度在一公里以上的隧道有10個，其中長度達到2781米的赤石嶺隧道摘取“最長隧道”之稱。
為了使隧道能安全、環(huán)保、高效、經(jīng)濟運行。隧道監(jiān)控系統(tǒng)是長隧道的安全保障必不可少的，也是保證隧道交通暢通與環(huán)保必須的工程設施。
公路長隧道監(jiān)控系統(tǒng)的建設一般包括隧道監(jiān)控室、隧道變電所、隧道內(nèi)現(xiàn)場設備、將這些設備和中控室聯(lián)系起來的信息傳輸網(wǎng)絡、以及使這些設備和諧準確運轉的控制軟件。
隧道控制的核心思想就是將所有縱向及橫向的系統(tǒng)有機地結合起來，通過算法分析，最終實現(xiàn)最人性化的自動控制。而所有這一切的核心就是PLC。各PLC負責采集現(xiàn)場檢測設備的信息，處理后傳給隧道控制室，而隧道控制室的控制命令則發(fā)給PLC，再由PLC直接控制相應設備。
除了PLC本身必須具備高性能以外，貫穿于整個系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡則是保證PLC成為控制核心的關鍵。隨著隧道建設技術的不斷完善，長隧道、特長隧道已經(jīng)越來越多，單洞內(nèi)的PLC就越來越多，這就意味著網(wǎng)絡的結點在不斷增加。通訊網(wǎng)絡不僅要具有較高的通訊速率以保證大量數(shù)據(jù)的有效傳輸，還必須具有容錯的能力以提高通訊的可靠性，即網(wǎng)絡上出現(xiàn)故障時能夠?qū)崿F(xiàn)自恢復，同時，構成通訊網(wǎng)絡的設備必須滿足工業(yè)級要求，以適應隧道內(nèi)苛刻的工作環(huán)境?！ ?/p>
該項目系統(tǒng)設計采用MOXA
EDS-700系列千兆模塊化冗余結構的工業(yè)以太網(wǎng)交換機作為主干通訊控制網(wǎng)絡，速率1000M/s，并且在上位組態(tài)計算機上安裝SNMP OPC
SERVER，這樣就可以使得組態(tài)軟件可以同時監(jiān)控PLC與工業(yè)以太網(wǎng)交換機。隧道現(xiàn)場使用單環(huán)百兆冗余結構的緊固式工業(yè)以太網(wǎng)交換機EDS-500系列（每個PLC上均使用以太網(wǎng)模塊連接一臺工業(yè)以太網(wǎng)交換機）組成通訊鏈路，各隧道與中控室之間采用PORT
TRUNKING方式冗余通訊?！ ?/p>
串口設備聯(lián)網(wǎng)服務器取代PLC串口模塊
有的高速公路運營管理公司在使用了工業(yè)以太網(wǎng)交換機作為PLC的通訊方式后，又采用了更加新穎的方式來完成中控室對外場數(shù)據(jù)的通訊，即開關量與數(shù)據(jù)流分離——隧道外場的情報板、車檢器等設備一般對外的接口為RS-485接口。在原來，由于PLC廠家總線的排他性，這些設備均是接到PLC的串口模塊上面。
而現(xiàn)在隧道現(xiàn)場PLC通訊引入了工業(yè)以太網(wǎng)交換機后，所有的這些串口設備信息，可以用串口設備聯(lián)網(wǎng)服務器來連接并上以太網(wǎng)，從而讓中控室來進行控制。
與直接連接到PLC的串口模塊上相比，這樣做的好處是：
1、降低現(xiàn)場控制端負擔。開關量控制與數(shù)據(jù)流傳輸分離，有效降低了PLC的負擔。
2、更多的接口數(shù)量。一個PLC串口模塊只提供2個串口，而一臺串口服務器提供的串口最多可達32個，減少了PLC模塊槽位的消耗。
3、方便施工的接口種類。接線更加方便。串口服務器上串口除了DB9接頭之外，也可以使用接線端子接頭來接線，方便現(xiàn)場施工。
4、串口服務器帶光電隔離保護，有效保證長距離串口通訊時，串口不受損壞。
5、大部分串口服務器產(chǎn)品支持電阻可調(diào)，可選1KΩ/150KΩ
上拉下拉電阻和120Ω終端電阻。我們可以使用終端電阻消除串口信號的反射，同時正確的設置上下拉電阻可以保證組織匹配，從而使中控室向隧道外場設備發(fā)送指令信息更加的流暢。
現(xiàn)在，包括重慶的云萬高速和上海的大連路隧道，已經(jīng)有多個項目在使用這種隧道現(xiàn)場開關量與數(shù)據(jù)流分離的通訊方式，工業(yè)以太網(wǎng)帶給客戶的好處在慢慢的體現(xiàn)出來。相信會有越來越多的客戶選擇這種靈活開放的網(wǎng)絡。而這些衍生出來的新的變化也會慢慢的把它的優(yōu)勢展現(xiàn)給中國的高速公路管理者們。
