基于PROFIBUS现场总线的隧道监控系统
摘要
当今社会，信息技术的迅猛发展已经深入到各个领域，对传统的监控模式产生了极大的影响。现场总线技术以其结构简单、费用低、易于维护、可靠性高、开放性等多种优势日渐成为自动化领域的热点。基于现场总线的控制系统(FCS)以其诸多优点在工业监控领域引起了一场划时代的变革。目前，随着国家加大基础设施建设力度，路网建设将成为投资的重点之一，很多地方因为所处的地理位置的缘故，隧道在线路总长中占有很大比例，个别地段可达到40-50％以上。由于隧道特殊的通车环境，大部分需建隧道监控系统，以保证隧道内通车的安全畅通。现在，新建隧道的监控系统以及旧监控系统的改造需要一种更安全、更可靠、更高效的解决方案，融合现场总线技术的隧道监控系统方案，是一种很好的途径。
本文首先介绍了隧道监控系统的现状，然后对PROFIBUS现场总线技术进行了详述。在此基础上，对基于冗余光纤PROFIBUS—DP的隧道监控系统进行了设计研究，并对隧道现场主要监控设备区域控制器进行了研制，最后详细介绍了作者所参入的达万铁路隧道通风监控系统和上界高速公路隧道监控系统的网络结构和软硬件设计，并对其中的一些主要的控制问题进行了研究。
Nowadays, as the development of information technology, the traditional way of monitor and control has been influenced deeply. Fieldbus technology is becoming more and more popular because of its simpleness in structure and easiness in maintain and high reliability and openness. Control system based on Fieldbus(PCS) has caused an epoch-making change in industry control realm. Now, along with the national enlargement foundation on basic establishment, road net developments will become one of the investment's points, lots of places because of their geography position have a large number of tunnel. Because of their special environment, many of them need tunnel monitor and control system(TMCS). So, new tunnel monitor and control system and old ones need a safer and better efficiency resolution. Fieldbus is a good replacement.
First, this text introduced the present condition of TMCS and the PROFIBUS technology, then design a new TMCS based on redundancy ray PROFIBUS. Last, tunnel monitor and control system of DaWan railroad and Shangjie superhighway are introduced in detail.
本文首先介绍了隧道监控系统的现状，然后对PROFIBUS现场总线技术进行了详述。在此基础上，对基于冗余光纤PROFIBUS—DP的隧道监控系统进行了设计研究，并对隧道现场主要监控设备区域控制器进行了研制，最后详细介绍了作者所参入的达万铁路隧道通风监控系统和上界高速公路隧道监控系统的网络结构和软硬件设计，并对其中的一些主要的控制问题进行了研究。
Nowadays, as the development of information technology, the traditional way of monitor and control has been influenced deeply. Fieldbus technology is becoming more and more popular because of its simpleness in structure and easiness in maintain and high reliability and openness. Control system based on Fieldbus(PCS) has caused an epoch-making change in industry control realm. Now, along with the national enlargement foundation on basic establishment, road net developments will become one of the investment's points, lots of places because of their geography position have a large number of tunnel. Because of their special environment, many of them need tunnel monitor and control system(TMCS). So, new tunnel monitor and control system and old ones need a safer and better efficiency resolution. Fieldbus is a good replacement.
First, this text introduced the present condition of TMCS and the PROFIBUS technology, then design a new TMCS based on redundancy ray PROFIBUS. Last, tunnel monitor and control system of DaWan railroad and Shangjie superhighway are introduced in detail.
引文
1．邱公伟．可编程控制器网络通信及应用．清华大学出版社，2000
2．JH．Franz．光纤通信器件与系统．徐宏杰等译．电子工业出版社，2002
3．张宝富．全光网络．人民邮电出版社，2002
4．白焰．分散控制系统与现场总线控制系统—基础、评选、设计和应用．中国电力出版社，2001
5．阳宪惠．现场总线技术及其应用．清华大学出版社，1999
6．SIMATIC S7-300 可编程序控制器硬件和安装．SIEMENS AG．2000
7．SIMATIC S7-300 可编程序控制器产品目录．SIEMENS AG．2000
8．STEP 7 V5.1 编程手册．SIEMENS AG．2000
9．IMATIC 自动化系统S7-400容错系统手册．SIEMENS AG．2000
10．S7-200300 PLC应用论文集。SIEMENS AG．2000
11．S7-300 PLC模板规范手册．SIEMENS AG．2000
12．孙震平．单线铁路隧道通风控制方法研究．西南交通大学硕士学位论文．2001
13．张志勇．基于PROFIBUS和AS-i的现场总线控制系统设计与研究．南京理工大学硕士学位论文．2002
14．陈粤．以现场总线为底层的企业测控网络系统．天津工业大学硕士学位论文．2001
15．何巧丽．现场总线技术研究及其在低压电力监控行业的应用．西北工业大学硕士学位论文．2001
16．重庆上桥至界石高速公路项目交通机电工程路段和隧道监控系统施工图设计．广东六达交通工程有限公司．2002
17. Programming with STEP 7. SIEMENS AG.2000
18. Statement List for S7-300 and S7-400.SIEMENS AG.2000
19. System and Standard Functions for S7-300 and S7-400.SIEMENS AG.2000
20. Working with STEP 7.SIEMENS AG.2000
21. STL for V5.0. SIEMENS AG.1999
22. Statement List for S7-300 and S7-400.SIEMENS AG.2000
23. CP340 Point-to-Point Communication Installation and Parameter
Assignment. SIEMENS AG.2000
24. S7-300 Programmable Controller CPU Specifications. SIEMENS AG.2000
25. ET200S_Distributed IO System. SIEMENS AG.2000
26. ET200SM_Motor starters Safety integrated SIGUARD system. SIEMENS AG.2000
27. Diagnostic Repeater for PROFIBUS-DP. SIEMENS AG.2000
28. S7400M7400 Programmable controllers Module Specifications. SIEMENS AG.2000
29. Configuring Hardware with STEP 7.2000
30. Function Block Diagram for S7-300 and S7-400. SIEMENS AG.2000
31. PROFIBUS Technical Description. PNO, 1999
32．唐济扬．现场总线与工厂底层自动化及信息集成技术．制造业自动化．2000，22(7)：14—18
33．王明年，何林生，吴永清．隧道智能监控中心计算机系统．公路交通科技．2001 Vol18：33—36
34．刘天正．高等级长大公路隧道监控系统设计．公路隧道．2002 Vol8：42—48
35．莫松海，俞晓锋，叶德明．高速公路隧道监控系统的设计与实现．工业控制计算机．1997 Vol5：27—29
36．钟汉枢，甘永成等。公路隧道分布式计算机控制系统．华南理工大学学报(自然科学版)．1998，26(5)：20—27
37．黄建民．双环光网新技术在隧道监控中的应用．上海市政工程．1998，47(3)：91—99
38．王东兴，庄斌，候明．基于PROFIBUS总线的双机冗余远程配电检测管理系统．计算机自动测量与控制．2001，9(6)：35—37
39．李向阳，翁小雄．高速公路隧道纵向通风的智能控制。华东理工大学学报．2002，Vol 28Sp1：60—64
40．张云飞，郭晓光．公路隧道机电控制系统及应用．光学精密工程．1998，6(4)：105—110
41．宋颖华．高速公路隧道监控系统的方案设计．东北公路．2000，25(8)：80—83
42．郑金吾，王宇红．三冗余现场总线控制系统的实现．化工自动化及仪表．2000，27(4)：50—53
43．刘强，甘永梅．PROFIBUS—DP现场总线通讯接口的开发．电子技术应用．2001，22(9)：39—42
44．王珍熙．可靠性·冗余及容错技术．航空工业出版社，1991
45．王信义等．生产系统中的监控检测技术．北京理工大学出版社，1998
46．张常年．计算机通信与工业控制．化学工业出版社，2002
47．宋伯生．可编程控制器配置·编程·联网．中国劳动出版社，1998
48．徐世许．可编程控制器原理应用网络．中国科学技术大学出版社，2000
49．Richard Heathfield, Lawrence Kirby．标准C语言实用全书．张晓晖等译．电子工业出版社，2001
50．白公．怎样阅读电气工程图．机械工业出版社，2001
2．JH．Franz．光纤通信器件与系统．徐宏杰等译．电子工业出版社，2002
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8．STEP 7 V5.1 编程手册．SIEMENS AG．2000
9．IMATIC 自动化系统S7-400容错系统手册．SIEMENS AG．2000
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16．重庆上桥至界石高速公路项目交通机电工程路段和隧道监控系统施工图设计．广东六达交通工程有限公司．2002
17. Programming with STEP 7. SIEMENS AG.2000
18. Statement List for S7-300 and S7-400.SIEMENS AG.2000
19. System and Standard Functions for S7-300 and S7-400.SIEMENS AG.2000
20. Working with STEP 7.SIEMENS AG.2000
21. STL for V5.0. SIEMENS AG.1999
22. Statement List for S7-300 and S7-400.SIEMENS AG.2000
23. CP340 Point-to-Point Communication Installation and Parameter
Assignment. SIEMENS AG.2000
24. S7-300 Programmable Controller CPU Specifications. SIEMENS AG.2000
25. ET200S_Distributed IO System. SIEMENS AG.2000
26. ET200SM_Motor starters Safety integrated SIGUARD system. SIEMENS AG.2000
27. Diagnostic Repeater for PROFIBUS-DP. SIEMENS AG.2000
28. S7400M7400 Programmable controllers Module Specifications. SIEMENS AG.2000
29. Configuring Hardware with STEP 7.2000
30. Function Block Diagram for S7-300 and S7-400. SIEMENS AG.2000
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43．刘强，甘永梅．PROFIBUS—DP现场总线通讯接口的开发．电子技术应用．2001，22(9)：39—42
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46．张常年．计算机通信与工业控制．化学工业出版社，2002
47．宋伯生．可编程控制器配置·编程·联网．中国劳动出版社，1998
48．徐世许．可编程控制器原理应用网络．中国科学技术大学出版社，2000
49．Richard Heathfield, Lawrence Kirby．标准C语言实用全书．张晓晖等译．电子工业出版社，2001
50．白公．怎样阅读电气工程图．机械工业出版社，2001