基于网络控制技术的高速公路隧道监控系统
一、概述
隧道监控系统是对隧道交通和隧道内环境、通风设备、照明设备以及供配电设备进行监视、检测和控制的系统。一般来讲，隧道监控系统包括中央计算机管理系统、环境监测系统、通风控制系统、照明控制系统、交通诱导及控制系统、火灾检测及报警系统、闭路电视系统、紧急电话与广播系统、供配电监控系统等等，肩负着监视与控制、平滑交通流量、保障安全和节能环保的功能。从控制系统的控制对象来分析，隧道监控系统是一个包含离散事件系统和连续时间系统的复杂系统，各个子系统的功能不同而又互相关联，因此采取了不同的联网控制方式。本文所述的隧道监控系统主要是指隧道监控系统包括中央计算机管理系统、环境监测系统、通风控制系统、照明控制系统和交通诱导及控制系统。在现在实施的大部分项目中这些系统采用的是上位机（IPC ）和本地控制器（PLC ）相结合的控制方式。
二、工业实时以太网概述
以现场总线与工业以太网技术为代表的网络控制技术是现在自动控制技术和信息网络技术相结合的产物，是目前自动控制系统的标志性技术。其中的工业以太网技术的快速发展和广泛应用，具备成本低廉、兼容性好、通信速率高、软硬件资源丰富和支持技术成熟等等特点，使其从办公自动化走向工业自动化。但是以太网进入工业控制领域成为工业以太网也存在一些问题，比如实时性问题、对工业环境的适应性与可靠性、本质安全与网络安全、服务质量（QoS ）问题。为了解决工业以太网的问题，上个世纪末工业实时以太网应运而生，比较著名的有ProfiNet 、Ethernet/IP、FF-HSE （Fieldbus Foundation High Speed Ethernet ）、EtherCat 等等，这些工业实时以太网的具有高度的实时性（实时响应时间小于5ms ）同时满足对于交付时间、吞吐量、时间同步、时间同步精度冗余恢复时间等要求。
（一）ProfiNet 实时性的实现
ProfiNet 提供了一个标准通信通道和两类实时通信通道。标准通信信道是使用TCP/IP协议的非实时通信通道，主要用于设备参数化、组态和读取诊断数据。一个实时通信信道RT 是软实时方案，主要用于过程数据的高性能循环传输、事件控制的信号和报警信号等。另一个实时通信信道采用了IRT （Isochronous Real-Time ）等同步实时的ASIC 芯片的硬件解决方案，以最大限度地缩短通信栈软件的处理时间，特别适用于高性能传输、过程数据的等时同步传输以及快速的时钟同步运动控制应用，比如在100个节点下其相应时间要小于1ms ，抖动误差要小于1μs。[2]在实时通道中，为控制系统的实时数据预留了固定循环间隔的时间窗，而实时数据总是按照固定的次序插入。同时ProfiNet 优化通信功能，它根据IEEE802.1P 定义了报文的优先权，规定了7级的优先级，最高级用于硬件实时数据的传输。就如同在高速公路上，预留左车道用于实时通信传输，并且禁止
基于网络控制技术的高速公路隧道监控系统
一、概述
隧道监控系统是对隧道交通和隧道内环境、通风设备、照明设备以及供配电设备进行监视、检测和控制的系统。一般来讲，隧道监控系统包括中央计算机管理系统、环境监测系统、通风控制系统、照明控制系统、交通诱导及控制系统、火灾检测及报警系统、闭路电视系统、紧急电话与广播系统、供配电监控系统等等，肩负着监视与控制、平滑交通流量、保障安全和节能环保的功能。从控制系统的控制对象来分析，隧道监控系统是一个包含离散事件系统和连续时间系统的复杂系统，各个子系统的功能不同而又互相关联，因此采取了不同的联网控制方式。本文所述的隧道监控系统主要是指隧道监控系统包括中央计算机管理系统、环境监测系统、通风控制系统、照明控制系统和交通诱导及控制系统。在现在实施的大部分项目中这些系统采用的是上位机（IPC ）和本地控制器（PLC ）相结合的控制方式。
二、工业实时以太网概述
以现场总线与工业以太网技术为代表的网络控制技术是现在自动控制技术和信息网络技术相结合的产物，是目前自动控制系统的标志性技术。其中的工业以太网技术的快速发展和广泛应用，具备成本低廉、兼容性好、通信速率高、软硬件资源丰富和支持技术成熟等等特点，使其从办公自动化走向工业自动化。但是以太网进入工业控制领域成为工业以太网也存在一些问题，比如实时性问题、对工业环境的适应性与可靠性、本质安全与网络安全、服务质量（QoS ）问题。为了解决工业以太网的问题，上个世纪末工业实时以太网应运而生，比较著名的有ProfiNet 、Ethernet/IP、FF-HSE （Fieldbus Foundation High Speed Ethernet ）、EtherCat 等等，这些工业实时以太网的具有高度的实时性（实时响应时间小于5ms ）同时满足对于交付时间、吞吐量、时间同步、时间同步精度冗余恢复时间等要求。
（一）ProfiNet 实时性的实现
ProfiNet 提供了一个标准通信通道和两类实时通信通道。标准通信信道是使用TCP/IP协议的非实时通信通道，主要用于设备参数化、组态和读取诊断数据。一个实时通信信道RT 是软实时方案，主要用于过程数据的高性能循环传输、事件控制的信号和报警信号等。另一个实时通信信道采用了IRT （Isochronous Real-Time ）等同步实时的ASIC 芯片的硬件解决方案，以最大限度地缩短通信栈软件的处理时间，特别适用于高性能传输、过程数据的等时同步传输以及快速的时钟同步运动控制应用，比如在100个节点下其相应时间要小于1ms ，抖动误差要小于1μs。[2]在实时通道中，为控制系统的实时数据预留了固定循环间隔的时间窗，而实时数据总是按照固定的次序插入。同时ProfiNet 优化通信功能，它根据IEEE802.1P 定义了报文的优先权，规定了7级的优先级，最高级用于硬件实时数据的传输。就如同在高速公路上，预留左车道用于实时通信传输，并且禁止