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（西安金路交通工程科技發展有限責任公司  北京云星宇交通工程有限公司  歐姆龍貿易（上海）有限公司） 

  許志斌  幺進祥  田仲

前言

  八達嶺隧道群位于八達嶺高速公路55公里處，主要由潭峪溝、八達嶺、居庸關等隧道組成。于1998年建成通車，經過多年的運營，原系統許多功能或者不能修復或者不能滿足使用要求，所以要對其進行改造。此次改造主要是針對監控系統的改造：包括RTU（區域控制器）設計和監控中心軟件設計開發，其中上位監控軟件主要采用組態王6.51開發，最終達到良好的效果。

組態王介紹

  組態的英文拼寫是“Configuration”, 與硬件生產相對照，組態與組裝類似，如要組裝一臺電腦，事先提供了各種型號的主板、CPU、顯示器、硬盤等，我們的工作就是用這些部件拼湊成自己需要的電腦。組態就是用應用軟件中提供的工具、方法完成工程中某一具體任務的過程。當然軟件中的組態要比硬件的組裝有更大的發揮空間，因為它一般要比硬件中的“部件”更多更復雜。

  組態王軟件是完成數據采集與過程控制的專用軟件，它是在自動控制系統監控層一級的軟件平臺和開發環境，使用靈活的組態方式，為用戶提供快速構建工業自動控制系統監控功能的、通用層次的軟件工具。組態王軟件能支持各種工控設備和常見的通信協議，并且可以提供分布式數據管理和網絡功能,是一個使用戶能快速建立自己的HMI的強有力的開發環境。

  組態王軟件主要特點:

  （1）延續性和可擴充性。用通用組態軟件開發的應用程序，當現場（包括硬件設備或系統結構）或用戶需求發生改變時，不需作過多修改即可方便地完成軟件的更新和升級；
 
  （2）封裝性（易學易用）.通用組態軟件所能完成的功能都用一種方便用戶使用的方法包裝起來，對于使用者，不需掌握太多的編程語言技術（甚至不需要編程技術），就能很好地完成一個復雜工程所要求的所有功能；

  （3）通用性.每個用戶根據工程實際情況，利用通用組態軟件提供的底層設備（PLC、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等）的I/O Driver、開放式的數據庫和畫面制作工具，就能完成一個具有動畫效果、實時數據處理、歷史數據和曲線并存、具有多媒體功能和網絡功能的工程，不受行業限制。

隧道監控系統硬件結構：

硬件結構如下圖所示：

  系統采用Controller Link工業現場總線和工業以太網組網，是典型的四級控制系統,即現場設備層、現場控制層、中心控制層、上級管理層。

  現場設備層:主要包括執行機構交通燈、風機、照明和CO、能見度傳感器等。
現場控制層:由OMRON  CS1系列可編程控制器組成，稱為區域控制器，區域控制器之間通過Controller Link工業現場總線組成冗余光纖環網。

  中心控制層:由雙機熱備服務器、通信計算機和兩臺監控計算機組成。

  上級管理層:由監控總中心數據服務器和終端計算機組成,可以進行web發布。

隧道監控系統軟件結構:

  系統軟件采用C/S架構,隧道監控系統軟件按照功能劃分為通信服務器軟件、信息處理軟件、隧道監控軟件、緊急電話處理軟件、CCTV控制軟件和外系統電力監控軟件、火災報警軟件。 本次設計，數據庫采用SQL Server2000 ,其中隧道監控軟件、通信服務器軟件、信息處理軟件、電力監控軟件等采用組態軟件開發。

軟件系統邏輯圖如下：

組態開發及功能介紹

  隧道群包括一個特長隧道和兩個中長隧道，控制總點數大于2600點，數據交互大且頻繁。經過對系統的分析，我們采用C/S組態網絡結構，所有數據采集與控制（包括地圖屏顯示控制）都先集中于一臺通信工作站,工作站服務器通信管理軟件采用組態王無限點運行版組態。該服務器在網絡配置中設置為I/O服務器、登錄服務器、報警服務器、歷史紀錄服務器。配置如下圖所示。

  隧道監控軟件采用組態王Netview軟件開發，組態為客戶端軟件。客戶端所有數據信息都來自于通信服務器軟件，所有控制都先傳到通信服務器，再由通信服務器下發到PLC，地圖屏等設備,通信服務器管理軟件同時把需要紀錄的信息存入數據庫。

  信息處理軟件采用組態王Netview組態,只與數據庫進行數據交互，實現數據查詢和統計。

  用組態軟件開發一個工程項目可以分為以下幾個步驟。

  以上步驟并不是固定的，可以靈活應用,有些步驟可同時進行，也可以顛倒順序。在開發過程中我們需要解決組態軟件與其他程序進行數據傳輸問題,所以我們用VB開發了一個中間控件集成在組態軟件中，通過UDP數據包與其通信。

整個系統開發完成后可以實現以下功能:

  1. 通過現場設備層的車輛檢測器、能見度監測器、光強檢測器、風速風向檢測器等外場設備獲得交通動態實時數據、光強、風速及風機狀態等隧道環境相關信息和交通事件及火災報警等信息；

  2. 參數設置:交通參數設置，照明控制參數設置，通風系統控制參數設置，事件報警參數設置；

  3. 交通燈、車道指示器、隧道限速標志、情報板控制及故障反饋；

  4. 照明完全手動、模式手動、時序自動、光強自動控制；

  5. 通風手動、模式手動、事件自動控制；

  6. 火災報警聯動、CO/VI超標預案控制；

  7. 地圖屏顯示控制；

  8. 車檢器、環境信息數據記錄、查詢、統計，報表預覽打印等。

  9. 電力設備運行參數顯示，分合閘控制。

應用分析
 
  系統完全采用組態軟件開發，開發周期短，與設備通信穩定可靠。由于采用組態軟件開發，無需過多考慮軟件系統與PLC以及服務器程序與客戶端程序數據、信息交互，大大地縮短了開發時間。在報表開發和數據庫調用方面，也可以直接調用現有的模塊。系統尤其在控制點數多的情況下，更能體現出其優越性,不用象采用高級語言那樣需要編寫大量的通信代碼，并且考慮多任務、多線程。

  系統響應速度快，外部設備從控制指令下發、執行、狀態反饋到監控界面顯示小于200ms，地圖屏從指令下發到狀態顯示響應時間不超過1秒。此外, 采用組態軟件還可以更加逼真地大量采用圖形動畫等形象的反映設備運行狀態，與高級語言開發相比容易的多。

  當然組態軟件本身是在VC等平臺的基礎上開發出來的，在靈活性方面稍差一些,雖然開發效率提高了，開發難度降低了，但增加了購買軟件的成本。

結束語

  對于這樣一個四層結構的典型的控制系統，采用組態軟件開發完全可以達到預期的要求。雖然增加購買組態軟件的成本，但大大地提高了開發效率，總體成本不會增加，并且可以作出界面漂亮形象、操作友好、通信性能穩定的監控程序。