适用于城市长隧道的分布式柔性控制方法技术

本发明专利技术涉及一种适用于城市长隧道的分布式柔性控制方法，由上层网络和底层网络构成，其特点是：上层网络处于系统中央控制室，负责对底层控制流程的操作，数据的处理，存储，显示，报警，报表生成，还有一些数据管理站，分析系统操作站的数据；下层网络采用ｃａｎ总线将多个ＰＬＣ连成ｃａｎ总线网络，ＰＬＣ完成模拟量的采集，逻辑控制，采集的数据通过ｃａｎ总线传到上层网络，上层网络发出控制命令给ＰＬＣ，ＰＬＣ根据接受到的命令执行相应的操作；上层网络与底层网络之间采用光纤为传输介质。由于本发明专利技术使每个测试点都用一个ＰＬＣ来控制，最后再集中到中控室，使得该方法与土建施工基本隔离，便于进行城市长隧道监控系统施工管理。

Distributed flexible control method for urban long tunnel

The invention relates to a flexible distributed control method suitable for City long tunnel, composed of the upper network and the underlying network, which is characterized in that the upper network system in the central control room, responsible for the bottom control process operation, data processing, storage, display, alarm, report generation, and data management, analysis the data operation station of the system; the lower network using the CAN bus to can bus network into multiple PLC, PLC complete analog acquisition, logic control, data acquisition through the CAN bus to the upper network, send control commands to the PLC network, PLC according to the received command to execute corresponding operation between the upper and the network; the underlying network using optical fiber as the transmission medium. As a result of the invention, each test point is controlled by a PLC, and finally centralized in the central control room, so that the method is basically isolated from the civil construction, and is convenient for the construction management of the monitoring system of the long tunnel of the city.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于控制工程领域，特别是一种适用于城市长隧道的分 布式柔性控制方法。
技术介绍
自动化控制系统自60年代在国际上开始应用以来，得到迅猛发 展，80年代种类繁多的集散控制系统和可编程控制器的出现，是自 动化的可靠性和实时性，可操作性和可维护性得到极大的改善，成 为控制系统的主流产品，但由于DCS和PLC都是采用制造商专用的集 成电路，同类系统之间以及本系统和其他系统之间无法通信。90年 代，个人计算机领域发生了革命性进展，随后开始进入工业领域， 并把自动化作为其主要目标，于是慢慢出现了以PC为基础的工业过 程控制系统(PCBCS)，由于这种系统具有通用性强，编程方便， 开放性好等特点，使之可以以较低的成本方便的惊醒不同系统的互 连，以及与管理信息系统，计算机集成制造系统进行方便的升级或 连接，但是，PC在框架结构，防尘，抗干扰等工业应用方面的不够 成熟，以及令人不够信服的可靠性等弱点目前又限制了其在工业上 尤其是在底层自动化方面的大量应用；支持集成和开放的另一个重 要方向是现场总线，这种彻底开发的现场设备网络试图用书用数字 通信代替4-20mA的连线标准，现场总线通过两根网络线把来自不同 厂家的数量庞大的传感器，执行和其他的仪表连接起来，实现数据 交互，极大的筒化了集中式控制系统的走线，降低了系统的造价，提高了工程进度和系统的可靠性。但现场总线控制系统无法实现复 杂、先进的控制算法，对多个输入输出点的情形缺乏好的解决方法综上所述，各种控制系统都有其优点和不足，为了克服这些旧的系统的不足，于是产生了一种全新的概念一-TCS (tailored control system) , TCS是一种既以PC为基础的，又可以现场总线 结构，可以进行实时控制的新兴开放性系统，并且集合了DCS和PLC 的优点，结构上由两层组成，上层是操作层，在能够发挥出PC特色 的场合，工作由以PC为基础的系统来承担，底层是控制层，需要高 可靠和实时控制的带操作系统和各类智能I /0模块。普通的控制结构往往是以控制器为中心，各控制点分布在一定 的半径范围内，通常采用集中式或分段集中式的控制拓朴结构。然 而，城市长隧道的自身特点是各控制点沿一个狭长的地段线状分布 ，依照现场控制需要，随机散列在该线状区内。如果沿用通常集中 式刚性控制结构，如分段集中控制，将导致施工(此系统建设与土 建进度交织)、施工管理不易控制、维护困难，费用高、故障分析 手段弱，影响系统健壮性及系统的安全运营。为克服这些缺陷，建 立一个适合于城市长隧道的控制系统十分必要。我们提出一种适用 于城市长隧道的分布式柔性控制技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于PLC的优势和CAN总线特点的适用 于城市长隧道的分布式柔性控制方法，以克服上述的不足。为了实现上述目的，本专利技术由上层网络和底层阿络构成，其特 点是上层网络处于系统中央控制室(值班室)，负责对底层控制 流程的操作，数据的处理，存储，显示，报警，报表生成，还有一些数据管理站，分析系统操作站的数据；下层网络采用can总线将 多个PLC连成can总线网络，PLC完成模拟量的釆集，逻辑控制， 采集的数据通过can总线传到上层网络，上层网络对相关数据进行 分析后发出控制命令给PLC, PLC根据接受到的命令执行相应的操 作；上层网络与底层网络之间采用光纤为传输介质。由于本专利技术采用分布式柔性控制方法，即采用标准化、模块化 和系列化的设计，控制相对分散的方式，使每个测试点都用一个 PLC来控制，最后再集中到中控室。该方法控制灵活、柔性高、单 点有故障不会影响全局，但要求PLC成本低。则该方法与土建施工 基本隔离，便于进行城市长隧道监控系统施工管理。附图说明图l为本专利技术的原理框图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步的详细描述。本专利技术上层网络处于系统中央控制室(值班室)，负责对底层 控制流程的操作，数据的处理，存储，显示，报警，才gA生成，还 有一些数据管理站，分析系统操作站的数据，为以后的管理，决策 提供支持。上层网络操作站所使用的软件平台为windows,操作站之 间使用以太网，需要的时候还可以方便的与其他系统通信，以及通 过关系型数据库实现共享数据的目的，扩展方便，通讯介质使用的 是双绞线，当然也可以使用光纤，通过MODERM或串口还可以使用 无线电等进行通讯。此外还可以在操作站上安装web-server ，这 样通过internet可以实现在异地甚至是国际间通过internet浏览 器对该系统进行监控和诊断。本专利技术底层网络由信息采集子系统，交通控制及诱导子系统， 通风控制子系统，照明控制子系统，闭路电视监视子系统，火灾报警子系统组成。各子系统的功能如下交通控制子系统监控中心根据隧道运行情况来控制信号灯 和车道指示器的状态，同时指令通过通信系统传送到PLC,由PLC对交通控制设备进行控制。通风控制子系统VI/ CO检测器将检测信息输出到相应的 PLC,由现场总线送到监控中心，监控中心才艮据这些参数和其他交通 信息判定所开启的风机是否合适。如不合适则对风机的启，停及转 速进行调整，同时将风机控制命令发送到相应的PLC, PLC对风机 进行直接控制。照明控制子系统光亮检测器测得反映照度的电信号，送到 相应的PLC，由该PLC控制相应的基本照明和加强照明开关， -使洞 内照度与洞外照度达到比较平緩的过渡。PLC通过现场总线将照明 系统的现场4企测结果送到监控中心计算机，进行信息汇总、协调， 并在大屏幕上显示。火灾报警子系统火灾检测器检测到的报警信息直接送到监 控中心，监控中心通过摄像机等其他手段确认发生火灾后，调整风 机的运行状态来快速排散隧道内的烟雾，并根据火灾的严重度来确 定否需要关闭该洞，如需关闭，则发送控制命令到PLC来控制交通 信号灯和车道指示器的工作状态，达到火灾工况下的交通控制和诱 导。底层网络采用CAN总线来进行通讯，CAN (Controller Area Network)称为控制局域网，属于总线式通讯网络。CAN总线规范了任意两个CAN节点之间的兼容性，包括电气特性及数据解释协议， CAN协议分为二层物理层和数据链路层。物理层决定了实际位传 送过程中的电气特性，在同一网络中，所有节点的物理层必须保持 一致，但可以采用不同方式的物理层。CAN的数据链路层功能包括 帧组织形式，总线仲裁和检错、错误报告及处理，确认哪个信息要 发送的，确认接收到的信息及为应用层提供了接口。CANBUS网络上任意一个节点均可在任意时刻主动向网络上的其 它节点发送信息，而不分主从。通讯灵活，可方便地构成多机备份 系统及分布式监测、控制系统。网络上的节点可分成不同的优先级 以满足不同的实时要求。釆用非破坏性总线裁决技术，当两个节点 同时向网络上传送信息时，优先级低的节点主动停止数据发送，而 优先级高的节点可不受影响地继续传输数据。具有点对点， 一点对 多点及全局广播传送接收数据的功能。通讯距离最远可达 10KM/5KBPS，通讯速率最高可达1MBPS/40M。网络节点数实际可达 110个。每一帧的有效字节数为8个，这样传输时间短，受干扰的 概率低。每帧信息都有CRC校验及其它检错措施，数据出错率极 低，可靠性极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于城市长隧道的分布式柔性控制方法，由上层网络和底层网络构成，其特征在于：上层网络处于系统中央控制室，负责对底层控制流程的操作，数据的处理，存储，显示，报警，报表生成，还有一些数据管理站，分析系统操作站的数据；下层网络采用ｃａｎ总线将多个ＰＬＣ连成ｃａｎ总线网络，ＰＬＣ完成模拟量的采集，逻辑控制，采集的数据通过ｃａｎ总线传到上层网络，上层网络对相关数据进行分析后发出控制命令给ＰＬＣ，ＰＬＣ根据接受到的命令执行相应的操作；上层网络与底层网络之间采用光纤为传输介质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钟珞，马成前，刘长江，陈军，袁景凌，汪淑平，唐昌尧，李超胜，田久晖，王锋，张慕，王舜燕，冷裕材，周细光，
申请(专利权)人：武汉理工大学，武汉市市政工程机械化施工公司，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]