基于Moxa EDS系列的隧道监控解决方案

随着经济的发展，交通作为经济发展的命脉已经成为我国建设的重中之重。我国幅员辽阔，地理条件复杂，隧道已经成为公路建设中的重要组成部分。由于隧道具有的特殊性，使用其在开通、运行、灾后救助、交通疏导等方面都比较困难，特别是对于中长距离的隧道更是如此。因此，隧道临近系统对隧道的安全、可靠运行起着重要的作用，已经成为当今公路隧道建设项目中不可或缺的部分。

行业背景

隧道是高速公路及城市公路的重要组成部分，按照目前国际上的设计标准，长隧道和特长隧道需要监控系统以保证隧道内行车的安全和通畅。隧道中又有各种复杂的系统，例如：照明系统、通风系统、交通诱导系统、CCTV系统、火灾报警系统、消防控制系统、紧急电话系统、广播系统等。而连接的设备更的品种复杂，可分为：检测设备、控制设备、显示设备、通讯设备。检测设备如：火灾报警探头、车辆检测器COVI、能见度检测仪、风速风向仪等；控制设备如交通区域控制器、照明区域控制器、通风区域控制器等；显示设备如：计算机工作站、大屏幕监视器、声光报警器等。通讯设备如：交换机、集线器、串口信号传输设备、光端机等。

整个系统中又分为区域控制和控制中心两个部分

区域控制

无论是哪种方法，其核心思想就是将所有纵向及横向的系统有机地结合起来，通过算法分析，最终实现最人性化的自动控制。而这一切的核心就是区域控制器。各区域控制器负责采集现场检测设备的信息，处理后传给本地控制中心，而本地控制中心的控制命令则发给区域控制器，再由区域控制器控制相应设备。而且，在本地控制中心与区域控制器通讯中断的情况下，区域控制器仍然具备独立控制现场设备的能力。因此对区域控制器的要求就是高效且高度可靠。

控制中心

本地控制中心一般由现场监控工作站（控制计算机）、监控系统软件、主区域控制器及相应的附属设备构成，用于实现对整个隧道监控系统的统一监控。监控系统软件不断与PLC控制器交换数据，实时地把所有设备的当前状态以颜色、闪烁、数值等方式显示在操作界面上；而操作人员在操作界面的每个动作，也由监控系统软件将相关的命令、参数写入PLC，实现设备的手动控制。

通讯网络

除了区域控制器本身必须具备高性能以外，贯穿于整个系统的通讯网络则是保证区域控制器成为控制核心的关键。随着隧道建设技术的不断完善，长隧道、特长隧道已经越来越多，洞内的区域控制器就越来越多，这就意味着网络的结点在不断增加。通讯网络不仅需要有较高的通讯速率以保证大量数据有效传输，还必须具有容错能力以提高通讯的可靠性，即网络上出现故障时能够实现自我恢复，同时，构成通讯网络的设备必须符合工业级要求，以适应隧道内苛刻的工作环境。

工业以太网

以太网通信速率的大幅提高，网络交换技术的普遍应用，大大消除了以太网通信的不确定性，提高了以太网通讯的实时性和QoS。同时，工业自动化系统向分布式，智能化的方向发展，使用通信成为关键，用户对统一的通信协议和网络的要求日益迫切。以上因素使用得以太网从办公自动化领域迅速走向工业自动化领域。

工业以太网是将以太网应用于工业控制和管理的局域网技术，其技术上和普通以太网完全兼容，同时考虑到工业现场的丙烯酸工作环境和极高的可靠性要求，工业以太网对普通以太网做了相应的完善，以适应工业应用的要求。

Moxa EDS系列介绍

MOXA EtherDevice Switch EDS-508系列是特别为工业应用所设计的8端口以太网络交换器，除具备高性能的以太网络交换功能、冗余以太网络及多种实时网络状态显示功能外，高信赖度的质量更能保证让您的工业自动化系统能24小时不间断地运作。

超快速Redundant Ring的功能 （Recovery Time 《 300 ms）

对工业自动化的应用而言，redundancy是增加系统稳定度的重要条件。MOXA EtherDevice™ Redundant Switch EDS-508具备MOXA所研发的网络备援协议Turbo Ring。Turbo Ring可以让您轻松地建立Redundant Ethernet Network，其迅速及稳定的Redundant Ring，提供自动化系统在网络断线后，于300ms之内迅速自动建立Reudndant Ethernet Ring，马上恢复正常联机。

利用IGMP Snooping来控制网络流量

IGMP （Internet Group Management Protocol）功能对于工业连网应用来说颇为重要，且可与field bus协议共同应用在以太网络上，如Allen-Bradley EtherNet/IP， Siemens Profibus，和Foundation Fieldbus HSE （高速以太网络）。这些工业以太网络协议利用publisher/subscriber通讯模型来multicast封包，避免封包过多造成网络流量过大。IGMP Snooping可以整理multicast的流量，让封包传输至真正需要这些流量的目的地，进而减少以太网络上的流量。

VLAN让网络规划更容易

VLAN由一群设备所组成，可位在网络的任何一个地方，其交流的方式彷佛所有设备都位在同一个实体层。 VLANs可用于切割网络，却不受限于实体连结。这是传统网络设计所无法做到的。除此之外，因为所有自动化系统都包含敏感的设备，而这些设备都需要预防未经授权的存取动作。因此，身分认证系统的建立非常重要，只有经过授权的使用者才能进出系统。如果设备分别属于不同的VLAN，它们彼此之间不能互相沟通，以提供安全性及避免未经授权的进出或流量。IEEE 802.1Q标准和GVRP协议可以交换彼此之间的参数，让整个网络内的VLAN设定是一致的。

QoS提高确定性

Quality of Service （QoS）功能提供了流量优先化的能力，确保重要的资料可以一致地、可预期地传送出去。EDS-508系列可以侦测IEEE 802.1p/1Q layer 2 CoS tag和layer 3 TOS的信息，以便对整个网络进行一致性的分级。EDS-508系列的QoS功能改善了工业网络内mission-critical应用的效能及确定性。

Redundant Ethernet Ring的功能 （全流量时的recovery time 《 300 ms）

利用IGMP Snooping控制网络流量

支持IEEE 802.1Q VLAN和GVRP协议， 让网络规划更容易

支持QoS—IEEE 802.1p/1Q和TOS/DiffServ 以提高确定性

适用于严苛的工业环境设计

带宽流量管理功能避免不可预计的网络状态

Port Lock让只有特定MAC address可进行存取动作

Port mirroring功能提供在线除错

侦测到异常状态时自动发出email、Relay输出警告

透过数字输入端整合感应器及警报器

自动取得连网设备的IP地址

专利Line-swap fast recovery

双直流可备接DC电源输入

操作温度范围从-40 to 75°C （-T宽温机型）

坚固耐用的IP 30高强度外壳

DIN-Rail或壁挂式安装

平均故障时间（MTBF）超过260，000小时

可运用Web browser， Telnet/Serial console及Windows utility进行设定

利用ping指令检查网络区段的完整性

案例1：单隧道监控

在单隧道监控中，一般被分为几个区域，由区域控制器来控制本区域内的现场设备。其它的照明系统及通风系统等由变电所的控制器控制，主控制器负责将监控计算机的命令解析后，下达给各个区域控制器及通风照明控制器；同时，区控、通控、最控的反馈信号也通过主控制器解析后，显示在临近计算机的人机界面上。

案例2：隧道群监控

对于隧道群的临近可将多个单独的光纤环网相连接。通常，整个隧道群由一个监控中心控制，因此无端的隧道必定远离监控中心较远，所以在光缆连接时需要先用单模光纤的光缆。如图所示，先用单模光纤转换器，就可将普通的以太网交换机的电口信号转为光纤信号，从而达到远距离舆的目的，并将各个光纤环网连接到监控中心，由监控中心集中控制。

由于隧道群中的各隧道长箴短不一，对于很多距离短的小隧道，控制点数较少，配以全套的输入输出显得较为浪费。所以更适合应用分布式PLC控制系统。