高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王金鑫

遼寧艾特斯智能交通技術(shù)有限公司 遼寧沈陽 110000

1 OPC技術(shù)產(chǎn)生背景及特點(diǎn)

工業(yè)過程控制領(lǐng)域用到大量的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和智能儀表，應(yīng)用程序需要不斷地與這些設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。傳統(tǒng)的方式是通過開發(fā)設(shè)備專有的驅(qū)動(dòng)程序來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的訪問，這就需要耗費(fèi)大量重復(fù)性的勞動(dòng)，不同設(shè)備供應(yīng)商的驅(qū)動(dòng)程序之間的不一致，硬件性能不能得到廣泛的支持，驅(qū)動(dòng)程序不能適應(yīng)升級(jí)后的硬件以及發(fā)生存取沖突等諸多問題。解決這些問題的關(guān)鍵在于一個(gè)統(tǒng)一的中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，正是基于這種需求產(chǎn)生了OPC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。OPC（OLEforProcessControl）是基 于Microsoft公 司OLE/COM和DCOM技術(shù)的通信接口規(guī)范，采用C/S結(jié)構(gòu)。OPC規(guī)范要求硬件銷售商提供他們所發(fā)布的每一種新設(shè)備和協(xié)議的OPC服務(wù)器，為設(shè)備提供基本的協(xié)議接口，并且具有OLE/COM連接。一般用來完成數(shù)據(jù)采集、通訊歸約等的預(yù)處理功能的前置處理部分設(shè)計(jì)成OPC服務(wù)器，這樣任何符合OPC規(guī)范的客戶端都能以標(biāo)準(zhǔn)的接口訪問方式訪問服務(wù)器，客戶端負(fù)責(zé)創(chuàng)建服務(wù)器對(duì)象以及訪問OPC服務(wù)器暴露給客戶的標(biāo)準(zhǔn)訪問接口函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的訪問，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的開放性，易于實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的接口[1]。OPC規(guī)范提供了兩套接口方案，即Custom接口和自動(dòng)化接口。Custom接口效率高，通過該接口，客戶端能夠發(fā)揮OPC服務(wù)器的最佳性能；自動(dòng)化接口使用解釋性語言和宏語言訪問OPC服務(wù)器成為可能，然而運(yùn)行過程中需要進(jìn)行類型檢查，從而犧牲了程序的運(yùn)行速度，但簡(jiǎn)化了客戶應(yīng)用程序的實(shí)現(xiàn)。OPC作為硬件和軟件之間的一個(gè)中間接口，使不同的客戶端能夠訪問任意的數(shù)據(jù)源，為過程控制和工廠自動(dòng)化提供了真正的即插即用的軟件技術(shù)，獲得了多家硬件制造商和軟件開發(fā)商的支持，OPC事實(shí)上已經(jīng)成為新一代工業(yè)過程控制軟件的接口標(biāo)準(zhǔn)。

2 高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)采集控制模塊

數(shù)據(jù)采集控制模塊是隧道監(jiān)控軟件中的基礎(chǔ)和核心部分，這一模塊的主要任務(wù)是負(fù)責(zé)和具體的監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行通信、對(duì)監(jiān)控設(shè)備的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、執(zhí)行監(jiān)控設(shè)備的控制命令。通常隧道監(jiān)控系統(tǒng)的各個(gè)監(jiān)控子系統(tǒng)的絕大多數(shù)監(jiān)測(cè)設(shè)備是直接連接到PLC的。對(duì)于它們的數(shù)據(jù)采集和控制，可以通過組態(tài)軟件來實(shí)現(xiàn)。通過在組態(tài)軟件中內(nèi)嵌與PLC的連接驅(qū)動(dòng)，對(duì)組態(tài)軟件的相應(yīng)標(biāo)簽進(jìn)行配置就可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備和控制系統(tǒng)之間的通信，并對(duì)設(shè)備開關(guān)量和模擬量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，對(duì)標(biāo)簽定時(shí)掃描，并把結(jié)果存儲(chǔ)到內(nèi)存上，與上個(gè)周期的值進(jìn)行比較，對(duì)于發(fā)生變化的數(shù)值，則存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫的設(shè)備狀態(tài)表中。對(duì)于各種模擬量標(biāo)簽值，則以連續(xù)多個(gè)周期的平均值在模擬量歷史表中進(jìn)行存儲(chǔ)[2]。對(duì)于系統(tǒng)中采用串口轉(zhuǎn)換模塊連接到網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和控制功能，則通過高級(jí)語言編程來實(shí)現(xiàn)。并在設(shè)備采樣周期內(nèi)定時(shí)通過串口協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后存儲(chǔ)到歷史數(shù)據(jù)表。鑒于火災(zāi)報(bào)警與緊急電話系統(tǒng)的重要作用，應(yīng)在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)立獨(dú)立的主機(jī)。

2.2 監(jiān)控計(jì)算機(jī)和子系統(tǒng)通訊

各子系統(tǒng)與中控的遠(yuǎn)控接口即通訊協(xié)議各不相同。子系統(tǒng)通訊接口主要分三類：西門子PLC，歐姆龍PLC，自定義串口協(xié)議。LabWindows/CVI的功能強(qiáng)大在于它提供了豐富的函數(shù)庫，儀器庫是LabWin-dows/CVI的特殊資源。它包GPIB、VXI和RS-232儀器的驅(qū)動(dòng)程序。利用Lab-Windows/CVI庫函數(shù)中RS-232串口通信庫函數(shù)和相應(yīng)的通訊協(xié)議編寫程序和子系統(tǒng)通訊。隧道交通子系統(tǒng)通訊協(xié)議采用SIEMENPPI協(xié)議，子系統(tǒng)與監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的通訊采用主從問答方式。隧道照明和通風(fēng)子系統(tǒng)采用OMRONHostLink通訊協(xié)議和監(jiān)控計(jì)算機(jī)通訊，監(jiān)控計(jì)算機(jī)遵循通訊協(xié)議來讀寫PLC內(nèi)部相應(yīng)的存貯單元，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)子系統(tǒng)的控制。隧道火災(zāi)監(jiān)控子系統(tǒng)通訊協(xié)議為自定義協(xié)議。監(jiān)控計(jì)算機(jī)遵循這些通訊協(xié)議就可實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)監(jiān)控子系統(tǒng)控制。子系統(tǒng)還有一些設(shè)備的遠(yuǎn)控接口只能提供模擬量，監(jiān)控計(jì)算機(jī)沒法直接處理。為此，增加OMRONCJ1MPLC作為本地控制器控制這些設(shè)備，監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過CJ1M的模擬量輸入單元CJ1W-AD081-V1和模擬量輸出單元CJ1W-DA041控制這些設(shè)備[3]。

2.3 遠(yuǎn)程遙控子系統(tǒng)

如果需要，系統(tǒng)可以根據(jù)設(shè)備種類的不同，隧道管理救援站操作員一次對(duì)單個(gè)或一組外場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控。當(dāng)采用遠(yuǎn)程遙控模式時(shí)，當(dāng)要控制的外場(chǎng)設(shè)備同系統(tǒng)通訊中斷時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)提示操作員。如果下發(fā)控制指令執(zhí)行失敗，系統(tǒng)也應(yīng)提示操作員。①隧道通風(fēng)風(fēng)機(jī)組是操作員對(duì)風(fēng)機(jī)控制的最小單位，操作員可以啟動(dòng)或停止一組風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。每次啟動(dòng)風(fēng)機(jī)組時(shí)系統(tǒng)應(yīng)建議啟動(dòng)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間最短的一組，以平均設(shè)備的使用壽命。同一組風(fēng)機(jī)的啟停次數(shù)不應(yīng)過頻，防止風(fēng)機(jī)出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，為此系統(tǒng)應(yīng)控制風(fēng)機(jī)啟停的間隔時(shí)間，避免操作員頻繁操作同一組風(fēng)機(jī)。操作員通過向隧道本地控制器下發(fā)風(fēng)機(jī)組編號(hào)可以實(shí)現(xiàn)隧道通風(fēng)的遠(yuǎn)程遙控。②隧道照明正常情況下，遠(yuǎn)程遙控隧道照明的控制級(jí)別分為四類．隧道應(yīng)急照明：白天和晚上都開啟。隧道基本照明：白天和晚上都開啟，但夜間右洞左側(cè)基本照明和左洞左側(cè)基本照明關(guān)閉。隧道加強(qiáng)照明一：晴天開啟，陰天和晚上關(guān)閉。隧道加強(qiáng)照明二：白天開啟，晚上關(guān)閉。操作員通過向隧道本地控制器下發(fā)隧道照明級(jí)別編號(hào)可以實(shí)現(xiàn)隧道照明的遠(yuǎn)程遙控功能，達(dá)到調(diào)節(jié)隧道洞內(nèi)外光照度的目的。

3 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，高速公路的隧道監(jiān)控系統(tǒng)正在向著信息化和智能化邁進(jìn)。在這一過程中，監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用軟件開發(fā)起到了至關(guān)重要的作用。本文對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行了分析，并對(duì)高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)方案和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了探討，希望對(duì)高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)提供一定的參考價(jià)值。