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作者簡(jiǎn)介：張紅（1982-），黑龍江人，控制理論與控制工程專業(yè)碩士學(xué)位。曾參與大慶采油七廠聯(lián)合站改造工程、蘇里格氣田數(shù)字化工程、奧林匹克體育中心（鳥(niǎo)巢）隧道監(jiān)控項(xiàng)目等，現(xiàn)就職于北京九思易自動(dòng)化軟件有限公司。
摘 要：奧林匹克體育中心是舉辦北京2008年奧運(yùn)會(huì)的主要場(chǎng)地，其地下交通隧道全長(zhǎng)9.9公里，主干道5.5公里，隧道內(nèi)的情況被指揮中心全方位監(jiān)控，包括交通系統(tǒng)、輔助交通系統(tǒng)的設(shè)備系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、緊急電話系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、無(wú)線通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和綜合顯示大屏等。該監(jiān)控系統(tǒng)使用易控（INSPEC）組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)，采用CS架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期短，畫(huà)面功能簡(jiǎn)潔美觀，成功進(jìn)行集中監(jiān)控，系統(tǒng)集成度高，功能齊全，穩(wěn)定可靠，響應(yīng)速度快，在2008年6月成功交付使用，為奧運(yùn)會(huì)的成功舉辦發(fā)揮了舉足輕重的作用。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)化軟件；SCADA；隧道；交通；自動(dòng)化控制
Abstract：Olympic Gym Center is the main site where the Beijing 2008 Olympic Games were organized.Its underground traffic tunnel is 9.9 km long，while trunk road is 5. km.ll situations in the tunnel can be supervised in monitoring-center，including transportation systems，equipment systems，fire systems，power systems，emergency telephone systems，radio systems，wireless communication systems，network systems and CCTV etc.The monitoring system was developed by INSPEC and it has been running successfully since June 2008
Key words：automation software；SCADA；tunnel；traffic；automation control
1 概述
奧林匹克體育中心是舉辦北京2008年奧運(yùn)會(huì)的主要場(chǎng)地，擁有亞洲最大的城區(qū)人工水系、亞洲最大的城市綠化景觀、世界最開(kāi)闊的步行廣場(chǎng)、亞洲最長(zhǎng)的地下交通環(huán)廊。其地下交通環(huán)廊是一條特別設(shè)計(jì)的隧道，總投資約13億元，全長(zhǎng)9.9公里，其中主干道5.5公里，環(huán)形隧道呈樹(shù)型分布，通過(guò)地下通道這張四通八達(dá)的交通網(wǎng)絡(luò)，可以暢通無(wú)阻地到達(dá)中心區(qū)周圍的各種重要建筑。地下隧道有25個(gè)出入口，出入口與奧林匹克公園中心區(qū)周邊的近10條市政道路相通，形成一張復(fù)雜的交通網(wǎng)。
環(huán)隧包括5個(gè)獨(dú)立的人員逃生出口、消防泵站、監(jiān)控中心及排風(fēng)機(jī)房和送風(fēng)機(jī)房等。為了保證通道安全暢通，管理者需要對(duì)通道中的各種設(shè)備進(jìn)行管理和監(jiān)控，奧林匹克體育中心區(qū)指揮中心需要對(duì)通道內(nèi)的交通情況進(jìn)行全方位監(jiān)控，包括204個(gè)交通信號(hào)燈，120多個(gè)攝像頭，30塊交通情報(bào)板，23塊車庫(kù)情報(bào)板以及對(duì)交通流量、車速、車道占有率、可變限速標(biāo)志、啟閉車道、車輛限行和分流等的監(jiān)控，除此之外，還需要對(duì)一些交通輔助設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，包括163臺(tái)緊急電話，60組射流風(fēng)機(jī)，9組送排風(fēng)機(jī)，9臺(tái)雨水泵、廢水泵、消防泵，9臺(tái)一氧化碳濃度監(jiān)測(cè)儀，9臺(tái)能見(jiàn)度監(jiān)測(cè)儀，1個(gè)主配電室和5個(gè)分配電室。
位于奧林匹克體育中心區(qū)地下指揮中心的“北京奧林匹克中心地下交通隧道監(jiān)控系統(tǒng)”對(duì)隧道內(nèi)的交通系統(tǒng)、輔助交通系統(tǒng)的設(shè)備系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、緊急電話系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、無(wú)線通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和綜合顯示大屏等進(jìn)行集中監(jiān)控，通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)和監(jiān)控系統(tǒng)與22臺(tái)PLC進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，采集和控制整個(gè)地下隧道的各種信號(hào)和設(shè)備，與其它智能系統(tǒng)交換信息，通過(guò)其它接口和100多種硬件設(shè)備進(jìn)行通信連接。在緊急情況發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行事先設(shè)計(jì)好的應(yīng)急處理預(yù)案，將自動(dòng)調(diào)用相關(guān)畫(huà)面顯示在綜合顯示大屏上，也可進(jìn)行手動(dòng)處理。系統(tǒng)與附近的其它交通系統(tǒng)和北京市交管中心實(shí)現(xiàn)互聯(lián)集成。
監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施對(duì)系統(tǒng)的集成度、可靠性、開(kāi)放性、和可擴(kuò)充性都提出了極高的要求。系統(tǒng)要求采用開(kāi)放的技術(shù)平臺(tái)，預(yù)留功能接口，以在增加功能、系統(tǒng)升級(jí)時(shí)不影響已實(shí)現(xiàn)的功能。
該監(jiān)控系統(tǒng)使用易控（INSPEC）組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)，采用CS架構(gòu)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期短，畫(huà)面功能簡(jiǎn)潔美觀，成功對(duì)隧道中的交通、設(shè)備、供電、緊急電話、廣播、無(wú)線通信、網(wǎng)絡(luò)和CCTV各系統(tǒng)進(jìn)行了集中監(jiān)控，系統(tǒng)集成度高，功能齊全，穩(wěn)定可靠，響應(yīng)速度快，為奧運(yùn)會(huì)的成功舉辦發(fā)揮了舉足輕重的作用。
2 系統(tǒng)構(gòu)成
奧林匹克中心區(qū)地下隧道交通監(jiān)控系統(tǒng)包括：交通系統(tǒng)、設(shè)備系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和CCTV系統(tǒng)。其中：
交通系統(tǒng)包含204個(gè)交通信號(hào)燈，30塊可變情報(bào)板，23塊車庫(kù)情報(bào)板，120多個(gè)監(jiān)控?cái)z像頭，9個(gè)視頻分析儀。
設(shè)備系統(tǒng)包含9組送排風(fēng)機(jī)，60組射流風(fēng)機(jī)，9臺(tái)水泵、消防泵，9臺(tái)CO濃度監(jiān)測(cè)儀，9臺(tái)能見(jiàn)度監(jiān)測(cè)儀。
消防系統(tǒng)包含295個(gè)消防器件。
供電系統(tǒng)包含1個(gè)主配電室中的14臺(tái)高低壓柜，2臺(tái)變壓柜，1個(gè)直流屏，1臺(tái)UPS；5個(gè)分配電室中的50臺(tái)高低壓柜，10臺(tái)變壓柜，5臺(tái)UPS。所有供電室的設(shè)備數(shù)量達(dá)到244個(gè)。
通信系統(tǒng)包含緊急電話系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)和無(wú)線系統(tǒng)。緊急電話系統(tǒng)中有163臺(tái)緊急電話；廣播系統(tǒng)中有65個(gè)PAK廣播；線系統(tǒng)中有1臺(tái)廣播主機(jī)，1臺(tái)近端機(jī)和8臺(tái)遠(yuǎn)端機(jī)。
網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包含22個(gè)光環(huán)網(wǎng)交換機(jī)。
CCTV系統(tǒng)包含64個(gè)監(jiān)視器和8塊DLP大屏。
隧道交通系統(tǒng)與周邊交通區(qū)域和北京市交警中心進(jìn)行集成，交通系統(tǒng)根據(jù)道路和監(jiān)控的需要進(jìn)行分區(qū)管理。根據(jù)監(jiān)控的內(nèi)容和系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分為數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、設(shè)備和交通監(jiān)控工作站，并且預(yù)留接口以供后續(xù)系統(tǒng)升級(jí)等等。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
如圖1所示，系統(tǒng)由I/O服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、六個(gè)操作員站以及配套的網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、交換機(jī)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等組成。
·IO服務(wù)器：擔(dān)負(fù)監(jiān)控系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)之間的數(shù)據(jù)采集工作。采集的數(shù)據(jù)提供給網(wǎng)絡(luò)上的操作員站和其它服務(wù)器。IO服務(wù)器中的數(shù)據(jù)主要來(lái)自PLC傳送上來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息、其他系統(tǒng)傳送過(guò)來(lái)的信息、進(jìn)行歷史記錄的IO數(shù)據(jù)。
·數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器：擔(dān)負(fù)歷史記錄服務(wù)器和報(bào)警記錄服務(wù)器的功能，SQL Server擔(dān)任具體的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)業(yè)務(wù)。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上運(yùn)行的工程配置有數(shù)據(jù)庫(kù)變量、歷史記錄變量、報(bào)警配置，數(shù)據(jù)長(zhǎng)期連續(xù)記錄和存儲(chǔ)。
·操作員站：即工作站。系統(tǒng)包含6臺(tái)工作站，工作站提供系統(tǒng)的人機(jī)界面功能，所有監(jiān)控操作在操作站上完成，支持設(shè)備交通監(jiān)控、電力監(jiān)控、閉路電視（CCTV）監(jiān)控、火災(zāi)報(bào)警等功能，并支持多媒體大屏幕綜合顯示。基于以太局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分功能、分級(jí)別網(wǎng)上資源共享，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)運(yùn)作。各操作站上安裝有易控（INSPEC）軟件，根據(jù)登錄用戶的身份限定其能夠操作的內(nèi)容。
操作站通過(guò)與IO服務(wù)器通信獲取系統(tǒng)IO數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器查詢歷史記錄、報(bào)警歷史記錄。操作站本身也包含報(bào)警服務(wù)器，顯示產(chǎn)生的實(shí)時(shí)報(bào)警信息。
3 系統(tǒng)特點(diǎn)
·集成度高。綜合集成了設(shè)備、交通、供電、通信廣播、環(huán)境監(jiān)測(cè)、消防和CCTV等子系統(tǒng)。
·開(kāi)放性和可擴(kuò)充性好。系統(tǒng)基于開(kāi)放的技術(shù)和軟件平臺(tái)、架構(gòu)和接口靈活，升級(jí)方便。
·規(guī)模大。系統(tǒng)的IO點(diǎn)數(shù)達(dá)3萬(wàn)點(diǎn)，工程畫(huà)面100多幅。下位設(shè)備廠商眾多，設(shè)備數(shù)量超過(guò)100個(gè)。
·預(yù)案控制程序復(fù)雜。
·開(kāi)發(fā)周期短，實(shí)施和維護(hù)簡(jiǎn)單。
·穩(wěn)定性高。
4 軟件應(yīng)用
4.1 與硬件和其他獨(dú)立系統(tǒng)的連接
該項(xiàng)目下位硬件設(shè)備廠商眾多，設(shè)備數(shù)量超過(guò)100個(gè)，易控（INSPEC）提供了多種便捷的與下位設(shè)備的連接方式，可以通過(guò)串口、以太網(wǎng)或其它網(wǎng)卡等多種方式與硬件設(shè)備相連。與傳統(tǒng)的組態(tài)軟件相比，易控（INSPEC）在IO通信上為用戶提供了更多功能，如能動(dòng)態(tài)啟停和一臺(tái)或多臺(tái)設(shè)備的通信、支持結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)以及設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)、可以快速批量配置設(shè)備中的變量。
4.2 信息、嵌入網(wǎng)關(guān)功能、開(kāi)放通信程序框架等一系列更加方便用戶的功能
在該隧道監(jiān)控系統(tǒng)中，通過(guò)IO服務(wù)器與下位PLC進(jìn)行通信，服務(wù)器上安裝易控（INSPEC），通過(guò)以太網(wǎng)通道與22個(gè)PLC進(jìn)行通信。與其他系統(tǒng)的通信也采用以太網(wǎng)傳輸，對(duì)于部分僅支持串口的設(shè)備，采用串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)的方式進(jìn)行通信。
4.3 IO服務(wù)器
IO服務(wù)器完成IO數(shù)據(jù)采集，并與數(shù)據(jù)服務(wù)器和操作站進(jìn)行連接，提供數(shù)據(jù)。服務(wù)器工程中包含97個(gè)以太網(wǎng)通道，下掛97種106個(gè)設(shè)備。整個(gè)系統(tǒng)采集IO點(diǎn)數(shù)大約為3萬(wàn)點(diǎn)，IO數(shù)據(jù)采集的時(shí)間為1s，保證數(shù)據(jù)的及時(shí)有效。IO服務(wù)器與操作站和數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行交互的變量數(shù)量上萬(wàn)，所有操作站的操作響應(yīng)時(shí)間小于3s。易控（INSPEC）優(yōu)化的采集很好地滿足了系統(tǒng)對(duì)響應(yīng)時(shí)效性高的需求。
4.4 數(shù)據(jù)服務(wù)器
系統(tǒng)使用易控（INSPEC）和SQL Server2005協(xié)同運(yùn)行，進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和服務(wù)。數(shù)據(jù)服務(wù)器要求長(zhǎng)時(shí)間保存系統(tǒng)中的歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警信息等，為數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、查詢提供了基本數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)服務(wù)器同時(shí)與IO服務(wù)器和操作站進(jìn)行交互，數(shù)據(jù)吞吐量大，趨勢(shì)、報(bào)表和畫(huà)面形式的數(shù)據(jù)查詢，打印數(shù)據(jù)快、穩(wěn)定可靠。
4.5 操作站
操作站從服務(wù)器取得數(shù)據(jù)。操作站內(nèi)容分成交通系統(tǒng)、設(shè)備系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和CCTV系統(tǒng)等七個(gè)子系統(tǒng)。畫(huà)面風(fēng)格簡(jiǎn)潔，非常直觀地模擬和呈現(xiàn)了隧道的真實(shí)情況。復(fù)雜的子系統(tǒng)采用總貌圖和分區(qū)圖進(jìn)行逐級(jí)信息顯示。在總貌圖上移動(dòng)，鼠標(biāo)至相應(yīng)區(qū)域，該區(qū)域會(huì)反色顯示，點(diǎn)擊可進(jìn)入相應(yīng)分區(qū)。在分區(qū)圖中詳細(xì)標(biāo)注了各種設(shè)備所在的位置和參數(shù)。
圖2 交通全貌圖
5 系統(tǒng)功能
5.1 交通系統(tǒng)
如圖2所示，分為12個(gè)區(qū)，主要對(duì)交通情況進(jìn)行信號(hào)監(jiān)控，比如交通流量、車行速度、車道占有率，同時(shí)對(duì)可變情報(bào)板、可變限速標(biāo)志、交通信號(hào)燈、啟閉車道等進(jìn)行監(jiān)控，并提供各種預(yù)案，實(shí)現(xiàn)對(duì)交通事故處理、道路分流等科學(xué)的控制和管理。
在交通系統(tǒng)畫(huà)面中，可直接控制交通信號(hào)燈的狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)交通事故時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換到事故所在的分區(qū)畫(huà)面，顯示事故類型，并把事故信息，事故位置的視頻切換到綜合顯示大屏上，便于及時(shí)了解和處理各種交通情況。可直接設(shè)定畫(huà)面上選中情報(bào)板的各種導(dǎo)航信息，包括信息內(nèi)容、字體、顏色等。
5.2 設(shè)備系統(tǒng)
如圖4所示分為12個(gè)區(qū)，主要是對(duì)射流風(fēng)機(jī)、送排風(fēng)機(jī)、排水泵、消防泵、供電等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，還包括對(duì)隧道內(nèi)一氧化碳濃度、可見(jiàn)度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。
圖3 設(shè)備區(qū)
5.3 消防系統(tǒng)
分為12個(gè)區(qū)，主要對(duì)各種消防器件進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)出現(xiàn)消防報(bào)警時(shí)，報(bào)警情況直接反應(yīng)在畫(huà)面中各個(gè)區(qū)的報(bào)警設(shè)備上，同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)發(fā)生警報(bào)區(qū)的廣播系統(tǒng)，進(jìn)行消防廣播。如圖4所示，該系統(tǒng)還包括其他消防預(yù)案，例如：車輛禁行、車輛分流控制等。
分為12個(gè)區(qū)，主要對(duì)各種消防器件進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)出現(xiàn)消防報(bào)警時(shí)，報(bào)警情況直接反應(yīng)在畫(huà)面中各個(gè)區(qū)的報(bào)警設(shè)備上，同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)發(fā)生警報(bào)區(qū)的廣播系統(tǒng)，進(jìn)行消防廣播。如圖4所示，該系統(tǒng)還包括其他消防預(yù)案，例如：車輛禁行、車輛分流控制等。
通信系統(tǒng)分為緊急電話系統(tǒng)、無(wú)線通信系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)。當(dāng)有緊急電話呼叫時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到主叫電話所在區(qū)域，并且能夠?qū)崟r(shí)顯示撥號(hào)、通話和掛機(jī)等狀態(tài)，以及執(zhí)行其他預(yù)案；無(wú)線通信系統(tǒng)包括廣播主機(jī)系統(tǒng)、廣播直放站、調(diào)度直放站；廣播系統(tǒng)可以選擇需要進(jìn)行廣播播音的區(qū)域、選擇各種不同聲源、調(diào)節(jié)音量等。
無(wú)線通信，可以改變頻率值，在不同波段廣播信息。
圖4 廣播主畫(huà)面
圖5 配電室參數(shù)圖
5.4 供電系統(tǒng)
包括主配電室和5個(gè)分配電室。能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)視每一個(gè)配電室中設(shè)備的工作情況，包括：各種電壓、電流等。同時(shí)監(jiān)控64臺(tái)高低壓柜，12臺(tái)變壓柜，1個(gè)直流屏，7臺(tái)UPS。
點(diǎn)擊配電站中的設(shè)備，查看設(shè)備的各種參數(shù)。如圖5所示。
5.5 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
主要負(fù)責(zé)監(jiān)視22個(gè)光環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，包括每個(gè)交換機(jī)的供電情況、光纖溫度、端口狀態(tài)等。把所有光環(huán)網(wǎng)交換機(jī)的參數(shù)顯示在同一個(gè)畫(huà)面，并以信號(hào)燈標(biāo)識(shí)，各交換機(jī)工作正常與否，一目了然。
5.6 CCTV系統(tǒng)
通過(guò)64個(gè)監(jiān)視器和8塊DLP大屏監(jiān)控，系統(tǒng)可把任一指定攝像頭的圖像切換到指定的監(jiān)視器或者大屏上，系統(tǒng)還可以更換大屏顯示模式，例如單屏顯示、2×2模式、全屏模式等，還可以直接在畫(huà)面上操作帶云臺(tái)的攝像頭的視角、焦距、縮放等。
——轉(zhuǎn)自《自動(dòng)化博覽》
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)