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2021年1月8日

基于 PC 的控制技术助力实现 2 公里长公路隧道的监测

200 多台工业 PC 助力维也纳 Kaisermühlen 隧道的安全现代化

ECOexperts Automation GmbH 位于奥地利 Tieschen,是一家专注于基础设施解决方案的供应商。公司非常重视自动化控制与信息技术的结合,尤其是网络安全以及分布广泛的去中心化应用等安全问题。维也纳长达 2150 米的 Kaisermühlen 隧道中布署了 200 多台工业 PC,这一实例表明,倍福基于 PC 的模块化和可精细扩展的控制技术是非常适合应用于这种环境的自动化平台。

CX9020 和 CX2020 嵌入式控制器(分别为右上和右下)以及 C6930 控制柜式工业 PC(左下)用于实现维也纳 Kaisermühlen 隧道的自动化控制。
CX9020 和 CX2020 嵌入式控制器(分别为右上和右下)以及 C6930 控制柜式工业 PC(左下)用于实现维也纳 Kaisermühlen 隧道的自动化控制。

据 ECOexperts 公司项目经理 Robert Reiter-Haas 介绍,该基础设施项目是世界上最复杂的隧道项目之一:“改造是在不中断隧道运营的情况下进行的,隧道交通未完全关闭,整个项目的实施并仅花费了 18 个月的时间。项目实施期间如果出现问题或隧道意外关闭都会导致维也纳的交通瘫痪。因此,系统可用性问题是项目实施中最重要的一点。这一点已经通过基于倍福 C6930 控制柜式工业 PC 的冗余解决方案和我们的 acuradeG5 软件解决。”c

繁忙复杂的基础设施

Kaisermühlen 隧道除了有 4 条主车道之外,还有 10 条支路匝道和 2 条集散车道。从通风角度来看,这些都会带来巨大的挑战,Robert Reiter-Haas 解释道:“由于隧道既有入口又有出口,排烟策略非常复杂,应根据火灾发生的具体位置,有的放矢地朝着不同方向排烟。对于其它只有一个入口或出口的隧道来说,排烟问题比较容易解决,即可以预先指定一个排烟方向。此外,这条隧道是奥地利最繁忙的隧道之一,从而也是维也纳市的一条交通大动脉。因此,这条路线即使在改造期间也必须保证交通畅通。这就是倍福硬件的优势与我们的 acuradeG5 软件的优势相结合的优势所在。”c

Kaisermühlen 隧道除了有 4 条主车道之外,还有 10 条支路匝道和 2 条集散车道。从通风角度来看,这些都会带来巨大的挑战,Robert Reiter-Haas 解释道:“由于隧道既有入口又有出口,排烟策略非常复杂,应根据火灾发生的具体位置,有的放矢地朝着不同方向排烟。对于其它只有一个入口或出口的隧道来说,排烟问题比较容易解决,即可以预先指定一个排烟方向。此外,这条隧道是奥地利最繁忙的隧道之一,从而也是维也纳市的一条交通大动脉。因此,这条路线即使在改造期间也必须保证交通畅通。这就是倍福硬件的优势与我们的 acuradeG5 软件的优势相结合的优势所在。”

  • 能源供应和分配
  • 照明(实施为无限可控的 LED 照明)
  • IT 基础设施
  • 通风系统
  • 应急电话和火警系统
  • 视频系统和语音报警系统
  • 交通设施

开放、高度灵活的控制平台

ECOexperts 自 2016 年起一直采用倍福的控制技术。Robert Reiter-Haas 认为,当时选择倍福的一个决定性因素是他们可以提供独立于平台的硬件以及相应的支持:“其中最大的优势是性能强大的工业 PC 硬件和种类繁多的 I/O 模块。不仅如此,倍福的所有组件都能够满足基础设施领域的特殊需求,即支持宽温工作。倍福工业 PC 上可以广泛安装我们自己的软件,这一点也起到了决定性作用。尤其是在这一方面,倍福奥地利分公司在技术和销售上都给予了我们大力支持。”

在 I/O 层,104 台 CX9020 嵌入式控制器用作总线耦合器,分布在 Kaisermühlen 隧道的 50 多个地方,它们通过 TwinCAT OPC UA 软件连接到 12 个冗余控制单元,每个控制单元配置两台 C6930 控制柜式工业 PC。通过这种方式,可以控制超过 7500 个数字量信号和 400 个模拟量信号,例如:

  • 电源开关、射流风机、交通灯的开关信号
  • 来自电源开关、射流风机、门触点、应急电话触点、交通灯的反馈信号
  • 亮度、照度、CO 浓度的测量值
  • 照明设定值

在 Kaisermühlen 隧道内进行火灾试验。
在 Kaisermühlen 隧道内进行火灾试验。

在交通技术方面,81 台 CX2020 嵌入式控制器用作采用特殊协议的数据集中器。用于可变交通标志或车道信号等的串行协议通过这些工业 PC 连接。CX2020 的模块化设计对于串口来说具有重要意义。acuradeG5 软件安装在所有控制层,通过 OPC UA 连接各个层。

安装有 acuradeG5 的 24 台 C6930 控制柜式工业 PC 用作冗余控制器,以热备份形式实施。这些 PC 负责控制整个系统,并根据车道进行分离。一套冗余的 acuradeG5 系统用作中央控制系统,并将 12 个冗余的控制单元连接起来,形成一个完整的系统。事件触发器(火灾、交通堵塞等)以及交通控制和通风程序均在该控制系统中执行。完整的数据记录、各种分析评估(例如趋势、能耗、历史数据记录)以及可视化也在该控制系统中完成。它还可以连接视频系统等其它独立的系统,因此相互之间可以交互。

关于其复杂性和特殊的控制要求,Robert Reiter-Haas 总结道:“服务器总共要处理 20 多万个数据点。在不同的倍福组件基础上实现的各级软件解决方案的通用性对整体功能起着决定性作用。大量的 CX9020 用作总线耦合器,该款 PC 具有性价比的特点,能够方便地进行 TwinCAT OPC UA 寻址并支持 OPC UA。OPC UA 作为最先进的技术之一,首先带来了现代协议所期望的高安全性。其次,由于它的寻址方式简单快捷,极大地简化了调试和联接。总而言之,安全性和面向对象的程序设计是选择 OPC UA 的决定性因素。”

概览

用于实现公路隧道基础设施领域安全设施改造的解决方案

为客户带来的好处

  • 可扩展、性能强大的工业 PC 技术
  • 硬件平台能够集成客户自己的软件
  • 出色的性价比
  • 通过 OPC UA 实现安全、便捷的可寻址通信

PC 控制结构

  • 81 台 CX2020 嵌入式控制器
  • 104 台安装有 TwinCAT OPC UA 的 CX9020 嵌入式控制器
  • 24 台 C6930 控制柜式工业 PC
  • 约 3000 个 EtherCAT 端子模块