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 巴塞爾N3 Nordtangente高速路全長3.18公里，有2.79公里的路是隧道或橋，其中240米為地面部分，然后進入Gro?basel隧道（1432米），大部分路段都在地下運行，項目實施非常復雜。在對市場進行仔細評估和研究后，最終采用了Beckhoff C6925系列工業PC、Beckhoff CP6903型控制面板以及Beckhoff CX9001嵌入式控制器。通過倍福的控制技術，快速路監控系統的復雜狀態能夠在出現故障時快速、有目的地干預，實現最大的安全級別。

將所有功能集成到監控管理系統中

Nordtangente的規劃工作由巴塞爾市坎通（Canton）鎮規劃建設監察部門的聯邦高速公路土木工程辦公室負責，當時面臨的難題是，由于修建公路耗時非常長，在技術和可用的產品范圍上要經過多次反復修改。為此，項目經理Eugen Fuchs帶領團隊為該項目所需的控制設備制定了詳盡的“通用技術規范”（GTS）。

其中包含信息流的規劃和實施、信令方案以及Nordtangente控制等方面，明確地描述了有關分級作業、工藝過程、群組管理和現場層等方面的要求。特別是對工業控制計算機（主控計算機和群組計算機）的要求。為了保證道路交通安全、暢通，巴塞爾Nordtangente隧道及地面路段使用的所有機電設備和交通管理系統需要全部連接在一起，并集成到監控管理系統中。

復雜的網絡方案

過程管理系統以嚴格的分層方式構建，使用這種結構的原因在于讓各個層都具備獨立的處理能力，每個層必須在功能和技術上構成一個獨立的單元，不依賴于上一層的基本功能。這樣可確保在某一層發生故障時，其它層不會受到影響。如果系統出現故障，不能正常運行，應變層會立即取而代之。各個相關的系統在監控系統中都連接在一起，但運行盡可能地獨立。

三個不同的網絡構成了所有Nordtangente系統的基礎：

（1）數據傳輸速率為10Gb/s的以太網環；

（2）用于應變層的100Mb/s以太網環（第二個冗余通訊路由，有自己的光纖鏈路）；

（3）100Mb/s以太網環，六個系統各自控制自己的光纖鏈路。

通用技術規范要求，所有計算機都與10Gb以太網連接，該以太網又通過TCP/IP與每個系統的虛擬局域網（V-LAN)）連接，每個系統都有權訪問自己的網絡。運行管理層上的通訊使用過程可視化和控制系統（PVSSII）通過以太網實現。系統層和管理層之間的通訊，以及各層內部的通訊使用OPC和BeckhoffTwinCAT ADS軟件，通過TCP/IP以太網/高速以太網實現。系統層與群組管理層之間的通訊同樣通過高速以太網和TwinCAT ADS實現。

主控計算機和群組計算機的通訊架構

硬件和軟件冗余確保系統可靠性

在軟件方面，通訊鏈全部根據客戶端-服務器原理構建，這表示通訊客戶端（IS服務器）與通訊服務器連接（每個系統和電氣設備一臺主控計算機）。服務器能夠同時管理多個客戶端的多個鏈接，盡可能地避免使用自動監控電路，監控功能在過程層完成，減少特殊情況出現。

所實施的冗余原理并不僅以硬件冗余為基礎，而是將軟件冗余也囊括進去。第二個服務器獨立于第一個服務器，負責收集相關數據及執行相應功能。復雜的監控程序可以檢測出主控計算機出現的任何故障，當故障出現時，第二臺計算機就會取代第一臺計算機，此時第一臺計算機調換成冗余服務器的狀態，不再執行任何激活指令。

堅固耐用、穩定可靠的控制平臺

在對市場進行仔細評估和研究后，項目負責方指定使用倍福的自動化組件。“之所以決定全面使用倍福的硬件組件，是因為其產品堅固耐用且在行業應用中已經獲得廣泛驗證。并能夠使用微軟的Windows XP Embedded和Windows CE操作系統、基于IEC 61131-3的軟TwinCAT PLC、用于過程控制的OPC或OLE（對象鏈接嵌入）等多種方式實現軟件連接。”負責這一項目的經理Eugen Fuchs說道。

運行管理層和節點計算機構成了監控管理系統（IS）,它能夠集中控制、可視化和監控所有其它系統。在監控管理系統（IS）中共應用35臺Beckhoff C6925系列工業PC被用作主控計算機，與Beckhoff CP6903型控制面板一起實現可視化。每個IS節點計算機都能夠配備一個本地可視化系統。系統層將主控計算機，通過TCP/IP以太網技術構建成一套系統網絡。系統層的系統控制采用獨立、分布的方式實現，即使在運行管理層出現故障的情況下，主控計算機也會獨立進行過程控制。

運行管理層下面的群組管理層由Beckhoff CX9001嵌入式控制器構成，它們通過TCP/IP以太網控制與Beckhoff總線端子模塊的執行器和傳感器，如繼電器、接觸器等相連接。CX9001系列群組管理計算機采用Windows CE操作系統，并裝有TwinCAT PLC軟件。在群組管理層共應用了倍福的185臺CX9001型號的嵌入式控制器，負責連接、管理近40,000個物理數據點。

現場層由分布式安裝的總線端子模塊站構成，除了模擬量總線端子模塊之外，還使用了DALI通訊端子模塊來實現照明控制。所有測量輸入在電流輸入（4~20mA）方面都盡可能寬泛地執行，目的是創建清晰可測量的接口。

Nordtangente安全系統概

包含各種功能的隧道控制軟件包

復雜的交通管理系統擔任著交通控制任務，用戶可以毫不費力地處理出現的所有運行狀態。信令系統主要用于關閉隧道（即隧道出入）、警告來往車輛有哪些危險情況、關閉各條道、將人員或車輛移往相鄰的隧道等。“供電/雜項”系統負責監控所有電氣廠商的基礎設施，如火災報警系統、系統安全防護、電力輸入、變壓器、中央建筑的測量單元和基礎設施系統。

其中一個中央安全元件就是隧道通風控制器，確保隧道內最理想的氣流條件，在很大程度上影響著隧道用戶的安全以及發生火災時的事件處理順序。隧道中的測量單元隨時將有關電流和電壓情況的信息傳輸給控制系統，系統根據這一數據計算出82個渦輪風扇（總功率超過2MW）所需的開關程序，以獲得最佳的壓力條件。

安全系統記錄安全相關的所有信息，并發送給交警部門，一旦緊急出口門被打開、隧道內有車輛停止不動，或者滅火器不在架子上，交警部門會立即接到通知。同樣，照明設備控制系統能夠提供操作各個照明系統所需的所有相關信息：例如，手動或自動激活各個運行模式，如緊急操作或火災/事故。光敏傳感器測量隧道外面的亮度并調節光的適應亮度，讓人眼能夠慢慢習慣進入隧道時被減弱的亮度，還可以測量有效照明度，通過這種方式可以彌補任何臟污或者照明設備老化所造成的光照偏差。

集成現有的子系統來優化監控工作、降低系統成本

在項目實施階段， 從1 9 7 0 年到2 0 0 3 年安裝的現有的Osttangente子系統都連接到IS上。借助這一綜合性的集成，所有信息和干涉選項可在同一個平臺上提供給操作人員。所有當前和未來的數據點都通過靈活的倍福組計算機以高效的方式使用各種端子模塊記錄。“瑞士西北聯邦高速公路有限公司”（NSNW）負責城市快速路的運營和維護的Roland Gysin在總結經驗時說道：“系統運行非常穩定，幾乎沒有出現過故障。我們之前僅為管理系統維護這一項所投入的成本比現在所有系統加在一起的維護成本還要多。”

實踐證明，分層的系統結構以及分布式解決方案完全能夠實現無故障運行。控制系統的過程映像代表了各個系統的數據，其中包含形象的圖形元素用于顯示來自現場層的傳感器信號引起的狀態變化；獨立運行的系統與控制技術之間也會以最佳方式協作，如重要的報警和故障通過遠程報警系統傳輸。

摘自《自動化博覽》2016年6月刊