基于PLC网络的公路隧道测控系统实现.docx

基于PLC网络的公路隧道测控系统实现摘要：从优化公路隧道测控系统的目的出发，针对公路隧道的特殊环境，结合公路隧道机电设施多而分散的特征，充分利用PLC抗干扰性好，机电一体化程度高，通讯和网络功能强大的特点，将PLC作为现场区域控制器，阐述了ControllerLink网络的特点、硬件配置原那么、通讯设置及实现方法，搭建了以光纤作为传输介质的PLC冗余环网，实现了数据传递容量大、通讯速率快、传输间隔远、可靠性高的测控系统。关键词：计算机控制；隧道测控；PLC；网络；通讯隧道是公路中的一个特殊路段，其管状的构造和封闭的环境轻易诱发诸如追尾、拥堵、火灾等事故的发生，为保证车辆在隧道中可以平安行驶，营造舒适的行车环境，在隧道中安装了透风、照明、监控、消防等交通工程设施，这些设施相对均匀的分布在隧道当中，为施行对这些设施的控制，并将布设在隧道内的各种检测装置所收集的交通流参数值、车辆运行的环境指标和现场设备的运行状况等信息可以准确、及时的传输到监控中心，那么需要建立一套快速、平安、可靠的隧道测控系统。随着计算机技术的开展，PLC的性能和功能得到了很大的改善和进步，十分是PLC的高可靠性、高抗干扰才能及高机电一体化的特点，使得PLC更适应在公路隧道这样的特殊环境中应用，加上其通讯和网络功能大大增强，可以方便的实现PLC与计算机、PLC与PLC、PLC与其它现场设备的链接。此外，PLC系统可极大的节省配线，方便安装，简化系统维护。因此基于PLC网络的隧道测控系统正在得到广泛的推崇和应用。1、网络构造1.1系统方案隧道测控系统上位治理计算机较多，整个网络采用二层网络构造，第一层为治理层即信息层，采用Ethernet局域网，承当治理、决策和控制任务；第二层为控制层，采用PLC的光纤环型网络ControllerLink，施行现场数据收集、数据传输和设备的控制。现场PLC网络由主PLC通过以太网模块与局域网连接，实现以太网通讯。这种控制系统实现了区域控制器的现场控制，并且信号传输实现了全数字化，从底层到顶层均采用通讯网络连接；系统构造采用全分散化，由现场的控制器直接控制设备；上层通讯网络采用以太网通讯，可方便地实现数据分享。此网络构造表达了FCS控制控制系统的上风，当环型网络上的仅有一点发生故障时，数据可正常传输，系统可正常工作，当有多点故障时，现场PLC可独立工作，等待系统恢复正常后再承受指令，交换数据，大大增强了控制系统运行的可靠性。系统构成如图1所示。1.2ControllerLink网络特点ControllerLink网络即控制器网络，是FA领域用于在PLC之间、计算机和PLC之间进展大容量数据交换的网络。计算机可通过ControllerLink支持软件对网络上的PLC进展监控，用于个人计算机的CLK支持卡有两种：一种是线缆型的3G8F5-CLK21-E，另一种是光缆型的3G8F5-CLK11-E。ControllerLink网络支持数据链接、数据分享和信息通讯，数据链接区域可自由设定构成一个数据链接系统。1通讯介质可采用双绞线或者光缆线缆型的ControllerLink网采用双绞线连接，双绞线比同轴电缆或者光缆轻易处理和维护，减少连网费用。通讯间隔可达1km。光缆型的ControllerLink网采用光纤连接，可以获得更多大容量的数据链接和更长间隔的通讯，它的通讯间隔可达20km。2高速度的数据通讯控制器网络的通讯波特率可达2Mbps，远远高于PCLink网的128Kbps。3大容量的数据链接每台PLC发送字数可达1K，发送和接收总字节数可达8K。数据链接可以自动设置，也可以根据实际需要人工设置，非常灵敏。4信息通讯信息通讯是在用户程序中执行通讯指令SEND、RECV、CMND来实现的。通过执行通讯指令可很方便的实现网络通讯。5灵敏的网络互联ControllerLink网络可以配置成单级，即所有的PLC仅安装一个CLK单元，并由线缆连接起来，单级的最大节点数为32。假设有一台PLC安装2个或者2个以上的CLK单元，分别与其它PLC的CLK单元连接成各自的子网，那么形成多级系统。一台PLC可同时安装ControllerLink单元和Ethernet单元，使用通讯命令可实现三级网络内的无缝通讯。6改良的错误处理由于出错记录中有错误发生的时间和细节，使得快速处理错误成为可能。当令牌节点发生错误时，另一个节点会自动变成令牌节点，防止了网络中一个节点出错影响其它节点，保证了系统的可靠性。1.3硬件配置正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术与经济性能指标起着重要作用。选择PLC，包括机型的选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源的选择等。为保证PLC与上位监控计算机通讯的稳定性，中央控制室设置一台CS1D系列PLC控制器用于与以上所述的区域控制器相连，用来接收信息和发布中央控制室命令。CS1D系列PLC采用更快速度的CPU并可通过两个以太网模块CS1WETN21D与上位机带双以太网卡相连，大大增强系统通讯的实时性和稳定性。由于隧道测控系统选用的区域控制器需支持以太网功能、远程通讯功能，而且控制系统稳定可靠，区域控制器要有一定的存储才能，对于现场PLC的选择应根据被控对象对控制性能的要求，及PLC的输入量、输出量的类型和特点，确定出PLC的型号和硬件配置。对于整体式PLC，应确定根本单元和扩展单元的型号；对模块式PLC应确定框架或者底板的型号，及所需模块的型号和数目。CS1系列PLC能完成对隧道现场设备的控制，节省区域控制箱的空间，减少控制设备的投资，因此选用CS1系列PLC。2、通讯设置及实现2.1通讯设置以薛公岭隧道为例，系统中设主控PLC1台，现场PLC区域控制器8台，2、3、4、6、7、8主要用于隧道交通控制与环境检测，1、5站主要用于隧道透风、照明控制。ControllerLink网络通讯设置三步完成：1用GI型光缆将由ControllerLink模块CS1-CLK52-V1组成的网络连接起来。2通过拨动CS1-CLK52-V1面板UNITNo和NODENo旋钮并按照站的编号设置相应数值的节点号，单元号。通过C-NET软件给每个站以以太网为2号网络、ControllerLink网络为1号网络创立路由表并将路由表内容下传给对应的控制站。3数据链接表设置。数据链接表的设定有两种方式：自动方式和手动方式。设置方式选择可使用手握编程器或者CX-P软件在启动节点PLC的CPU单元DM区设置。自动方式设定时可以用来建立简单的数据链接，所有的接收节点分享发送节点一样的数据。第1区从区位IR、CIO和LR中选择，第2区从数据存储区DM和EM中选择。每个节点不允许只接收或者只发送数据的一局部，所有节点都可以被指定为参加或者不参加数据链接。手动设置数据链接区分几种情况，其中：a发送和接收节点的次序是自由的；b一些节点可以只发送而不接收数据；c一些节点可以只接收而不发送数据；d一个节点可以只接收从区域出发点开场指定数目的字；e一个节点可以只接收从指定字位置开场的指定字数的数据，开场字被设置成一个从发送数据起始处开场的偏移量。由于高速公路隧道监控系统中区域控制器之间全部需要通讯，因此本文在设置数据链接表时接收节点分享发送节点的所有数据，发送节点和接收节点次序采用自由格式，每台区域控制器设置链接区域大小为800字，发送均从D1000开场。2.2通讯实现1启动数据链接表实现PLC之间通讯通过启动数据链接表可实现上述设定数据链接表链接区的数据分享，到达通讯的目的。这种方式实现起来简单、方便，但不灵敏，PLC不能实现其它内存区的数据分享。起、停数据链接表有三种方式：使用编程设备或者用户程序CS1系列PLC的启动位是启动节点字DM30000×CLK单元号中的第0位。设置启动位从OFF变为ON或者当接通电源时已为ON时，启动数据链接，启动位从ON变为OFF时停顿数据链接。使用ControllerLink支持软件在上位机或者上位机节点上，使用ControllerLink支持软件向数据链接中的节点发出启动/停顿数据链接命令。使用FINS命令使用网络通讯指令CMND从一个ControllerLink节点PLC或者计算机向一个数据链接中的节点发送RUN“0401/STOP“0402指令来启动/停顿数据链接。2网络指令通讯在网络内通过发送网络指令SEND、RECV和CMND可实现FINS通讯。这种通讯方式灵敏，可对目的节点PLC进展任何操纵。发送网络指令是先将需发送的命令数据存储到给定的内存区，确定连接的本地内存地址和目的站内存地址，通过网络指令就可实现对远程站通讯。3操纵经过基于PLC网络的隧道测控系统的操纵步骤是区域控制器首先根据控制器状态、内存区状态、端口状态诊断控制器是否在正常状态下工作。其次，区域控制器收集本地控制的输入设备的输入数据，进展处理后并将结果数据发送到数据链接分享区，同时读取其它控制器分享到数据链接区的数据，通过对所有的收集数据来判定整个隧道的状态，并按照判定结果质询上位机是否执行相应程序，得到确认后，现场区域控制器立即执行相应的程序。假设区域控制器长时间没有得到上位机命令，根据详细情况按照规定的预案进展控制。根据预案程序的运行改变现场设备的控制状态，并按照控制状态对应逻辑真值表输出到显示设备中，PLC执行完外部响应和控制程序，I/O刷新那么将结果输出到现场设备中。以PLC作为本地控制器，用PLC网络实现隧道测控，集数据收集控制于一体，防止了错综复杂的布线，减少了出错的概率。进而进步了整个系统的可靠性和平安性。本文的创新点在于，将PLC及其网络应用于公路隧道测控系统，一方面使PLC抗干扰性好，机电一体化程度高，通讯和网络功能强大等特点得到了充分的利用，拓宽了PLC的应用领域；另一方知足了隧道内温度、湿度、噪音、灰尘、振动、汽车点火高频干扰等恶劣环境的要求，确保了测控系统的稳定性和可靠性。0