MOXA隧道监控解决方案

时间：2007-09-25

　　随着经济的发展，交通作为经济发展的命脉已经成为我国建设的重中之重。我国幅员辽阔，地理条件复杂，隧道已经成为公路建设中的重要组成部分。由于隧道具有的特殊性，使用其在开通、运行、灾后救助、交通疏导等方面都比较困难，特别是对于中长距离的隧道更是如此。因此，隧道临近系统对隧道的安全、可靠运行起着重要的作用，已经成为当今公路隧道建设项目中不可或缺的部分。
　　行业背景
　　隧道是高速公路及城市公路的重要组成部分，按照目前国际上的设计标准，长隧道和特长隧道需要监控系统以保证隧道内行车的安全和通畅。隧道中又有各种复杂的系统，例如：照明系统、通风系统、交通诱导系统、CCTV系统、火灾报警系统、消防控制系统、紧急电话系统、广播系统等。而连接的设备更的品种复杂，可分为：检测设备、控制设备、显示设备、通讯设备。检测设备如：火灾报警探头、车辆检测器COVI、能见度检测仪、风速风向仪等；控制设备如交通区域控制器、照明区域控制器、通风区域控制器等；显示设备如：计算机工作站、大屏幕监视器、声光报警器等。通讯设备如：交换机、集线器、串口信号传输设备、光端机等。
　　整个系统中又分为区域控制和控制中心两个部分
　　区域控制
　　无论是哪种方法，其思想就是将所有纵向及横向的系统有机地结合起来，通过算法分析，终实现人性化的自动控制。而这一切的就是区域控制器。各区域控制器负责采集现场检测设备的信息，处理后传给本地控制中心，而本地控制中心的控制命令则发给区域控制器，再由区域控制器控制相应设备。而且，在本地控制中心与区域控制器通讯中断的情况下，区域控制器仍然具备独立控制现场设备的能力。因此对区域控制器的要求就是高效且高度可靠。
　　控制中心
　　本地控制中心一般由现场监控工作站（控制计算机）、监控系统软件、主区域控制器及相应的附属设备构成，用于实现对整个隧道监控系统的统一监控。监控系统软件不断与PLC控制器交换数据，实时地把所有设备的当前状态以颜色、闪烁、数值等方式显示在操作界面上；而操作人员在操作界面的每个动作，也由监控系统软件将相关的命令、参数写入PLC，实现设备的手动控制。
　　通讯网络
　　除了区域控制器本身必须具备高性能以外，贯穿于整个系统的通讯网络则是保证区域控制器成为控制的关键。随着隧道建设技术的不断完善，长隧道、特长隧道已经越来越多，洞内的区域控制器就越来越多，这就意味着网络的结点在不断增加。通讯网络不仅需要有较高的通讯速率以保证大量数据有效传输，还必须具有容错能力以提高通讯的可靠性，即网络上出现故障时能够实现自我恢复，同时，构成通讯网络的设备必须符合工业级要求，以适应隧道内苛刻的工作环境。
　　工业以太网
　　以太网通信速率的大幅提高，网络交换技术的普遍应用，大大消除了以太网通信的不确定性，提高了以太网通讯的实时性和QoS。同时，工业自动化系统向分布式，智能化的方向发展，使用通信成为关键，用户对统一的通信协议和网络的要求日益迫切。以上因素使用得以太网从办公自动化领域迅速走向工业自动化领域。
　　工业以太网是将以太网应用于工业控制和管理的局域网技术，其技术上和普通以太网完全兼容，同时考虑到工业现场的丙烯酸工作环境和极高的可靠性要求，工业以太网对普通以太网做了相应的完善，以适应工业应用的要求。
　　Moxa EDS系列介绍
　　 MOXA EtherDevice Switch EDS-508系列是特别为工业应用所设计的8端口以太网络交换器，除具备高性能的以太网络交换功能、冗余以太网络及多种实时网络状态显示功能外，高信赖度的质量更能保证让您的工业自动化系统能24小时不间断地运作。
　　超快速Redundant Ring的功能 (Recovery Time < 300 ms)
　　对工业自动化的应用而言，redundancy是增加系统稳定度的重要条件。MOXA EtherDevice™ Redundant Switch EDS-508具备MOXA所研发的网络备援协议Turbo Ring。Turbo Ring可以让您轻松地建立Redundant Ethernet Network，其迅速及稳定的Redundant Ring，提供自动化系统在网络断线后，于300ms之内迅速自动建立Reudndant Ethernet Ring，马上恢复正常联机。
　　

　　
　　利用IGMP Snooping来控制网络流量
　　 IGMP (Internet Group Management Protocol)功能对于工业连网应用来说颇为重要，且可与field bus协议共同应用在以太网络上，如Allen-Bradley EtherNet/IP, Siemens Profibus,和Foundation Fieldbus HSE (高速以太网络)。这些工业以太网络协议利用publisher/subscriber通讯模型来multicast封包，避免封包过多造成网络流量过大。IGMP Snooping可以整理multicast的流量，让封包传输至真正需要这些流量的目的地，进而减少以太网络上的流量。
　　

　　
　　VLAN让网络规划更容易
　　 VLAN由一群设备所组成，可位在网络的任何一个地方，其交流的方式彷佛所有设备都位在同一个实体层。 VLANs可用于切割网络，却不受限于实体连结。这是传统网络设计所无法做到的。除此之外，因为所有自动化系统都包含敏感的设备，而这些设备都需要预防未经授权的存取动作。因此，身分系统的建立非常重要，只有经过授权的使用者才能进出系统。如果设备分别属于不同的VLAN，它们彼此之间不能互相沟通，以提供安全性及避免未经授权的进出或流量。IEEE 802.1Q标准和GVRP协议可以交换彼此之间的参数，让整个网络内的VLAN设定是一致的。
　　

　　
　　QoS提高确定性
　　 Quality of Service (QoS)功能提供了流量优先化的能力，确保重要的资料可以一致地、可预期地传送出去。EDS-508系列可以侦测IEEE 802.1p/1Q layer 2 CoS tag和layer 3 TOS的信息，以便对整个网络进行一致性的分级。EDS-508系列的QoS功能改善了工业网络内mission-critical应用的效能及确定性。
　　

　　
　　 Redundant Ethernet Ring的功能 (全流量时的recovery time < 300 ms)
　　利用IGMP Snooping控制网络流量
　　支持IEEE 802.1Q VLAN和GVRP协议, 让网络规划更容易
　　支持QoS—IEEE 802.1p/1Q和TOS/DiffServ 以提高确定性
　　适用于严苛的工业环境设计
　　带宽流量管理功能避免不可预计的网络状态
　　 Port Lock让只有特定MAC address可进行存取动作
　　 Port mirroring功能提供在线除错
　　侦测到异常状态时自动发出email、Relay输出警告
　　透过数字输入端整合感应器及警报器
　　自动取得连网设备的IP地址
　　 Line-swap fast recovery
　　双直流可备接DC电源输入
　　操作温度范围从-40 to 75°C (-T宽温机型)
　　坚固耐用的IP 30高强度外壳
　　 DIN-Rail或壁挂式安装
　　平均故障时间(MTBF)超过260,000小时
　　可运用Web browser, Telnet/Serial console及Windows utility进行设定
　　利用ping指令检查网络区段的完整性
　　 1：单隧道监控
　　在单隧道监控中，一般被分为几个区域，由区域控制器来控制本区域内的现场设备。其它的照明系统及通风系统等由变电所的控制器控制，主控制器负责将监控计算机的命令解析后，下达给各个区域控制器及通风照明控制器；同时，区控、通控、控的反馈信号也通过主控制器解析后，显示在临近计算机的人机界面上。
　　

　　
　　 2：隧道群监控
　　对于隧道群的临近可将多个单独的光纤环网相连接。通常，整个隧道群由一个监控中心控制，因此无端的隧道必定远离监控中心较远，所以在光缆连接时需要先用单模光纤的光缆。如图所示，先用单模光纤转换器，就可将普通的以太网交换机的电口信号转为光纤信号，从而达到远距离舆的目的，并将各个光纤环网连接到监控中心，由监控中心集中控制。
　　由于隧道群中的各隧道长箴短不一，对于很多距离短的小隧道，控制点数较少，配以全套的输入输出显得较为浪费。所以更适合应用分布式PLC控制系统。
　　

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