随着自动控制技术的发展，特别是现代自动化、通信技术的发展，现代高速公路的长隧道都采用了自动化的监控技术。

适用于长隧道的分布式现场总线控制模式不但造价较低，而且可靠性较高，又可分为全分布式现场总线控制和集中式现场总线控制。在全分布式现场总线控制模式中，中控室对现场设施不直接进行控制，由现场各种设施的控制器进行控制。分布式现场总线控制模式从网络构成来看，一般分3个层次：上层为中央计算机系统，即本地控制中心，中间为区域控制器，下层为各种检测设备和控制及诱导设备。

隧道控制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，最终实现智能化控制。区域控制器就是其实现的核心。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，再由区域控制器直接控制相应设备。在本地控制中心与区域控制器通信中断的情况下，区域控制器仍然具备独立控制现场设备的能力。因此区域控制器应高效且高度可靠。作为区域控制器的核心控制部分，PLC应用最多，它的稳定性、实时性以及对环境很强的适应能力，非常适用于隧道的现场环境。

控制器的选择

隧道本地控制器是隧道监控的关键设备和核心产品，它承担着隧道内各种设备(风机、灯具、检测设备、供电设施等)数据检测收集、分析、运算、判别传输和指令的发出、执行等功能，对隧道内的交通状况、运行环境、设备状态的监视和控制，确保各种隧道设备(风机、灯具、检测设备、供电设施)安全有效运行，并起到平滑交通、保证安全、减少污染和降低运营成本、节约能源的目的。

CS1D型PLC双机冗余的特性有效地增强了系统的高可靠性、高稳定性，成为降低系统风险的最合适的选择。它不仅可以实现CPU冗余，而且还可以实现电源单元的双重供电、双Controller Link网通信、双以太网通信，并且可以实现单元的在线更换，这些冗余能力的选择可适应从机器控制到过程控制的任一系统的需求。在平锁路项目监控系统中，作为主控的本地控制器，除完成变电站及隧道的区域控制外，还负责对其他区域控制器的控制管理及与监控中心上位机连接的作用。

CS1/CS1D系列PLC采用32位RISC精简指令系统，运算速度快，其基本指令的执行速度≤0.02μs;控制点数可达128000点，控制方式采用远程带CPU的智能分布式结构，支持工业以太网和多种现场总线，系统开放性和兼容性强，丰富的I/O及高功能模块完全满足隧道监控系统对信号处理的要求。

网络的选择

隧道监控系统分布性强，干扰强，环境较差。网络系统对隧道监控安全、可靠、有效的运行非常重要。

在隧道监控系统的结构上，国内公路监控系统在管理体制上主要是三级管理，即管理中心、管理分中心和管理所。由于管理所不直接对隧道的设备进行控制，因此工程界按照系统结构的划分把监控系统划分为信息层、控制层和设备层。针对这三层网络，世界上主流的自动化厂家都有相应的产品，如表所示。

第一层为信息层，主要负责大量信息及不同厂家不同设备之间的信息传输，工业以太网Ethernet为目前较常用的一种信息网络，世界各大PLC生产厂商均支持工业以太网。在隧道监控上以太网主要用于各个隧道管理所与监控中心的数据传输，包括各种交通流量信息，各传感器数据等大量历史数据信息。

第二层为控制层，主要采用现场总线组成隧道区域控制器网络，其特点是由于采用了标准总线组网，既能满足实时通信的要求，又具有开放协议的标准接口，能在总线上方便地挂接各种外场设备，有利于监控系统的未来扩展。目前，现场总线有40多种，在公路监控系统中应用的现场总线主要有Controller Link、LonWorks、Inetrtbus、Profibus、Can和Modbus。他们的共同特点是高速、高可靠，适合PLC与计算机、PLC与PLC及其他设备之间的大量数据的高速通信。随着各自动化厂商近年推出了实时的工业以太网，传输速率都在100M左右，目前控制层采用以太网也越来越普及，但以太网为总线型或星型结构，需要通过光纤交换机将其转换为光纤冗余环网结构，从而进一步提高系统可靠性。

第三层为设备层，这一层用于PLC与现场设备、远程I/O端子及现场仪表之间的通信，它们有DeviceNet、Modbus以及Profibus/DP等，其中DeviceNet已经成为工业界的标准总线而得到了广泛的应用，Profibus/DP应用也相当广泛。欧姆龙公司PLC不仅可以支持DeviceNet，而且也支持Profibus/DP和Modbus总线。同时由欧姆龙公司自行研发的CompoBus/D，CompoBus/S总线，也符合DeviceNet通信规约，广泛应用于各种现场设备的控制。

在平锁路的实践中，信息层、控制层都采用了Ethernet，使得系统结构更为简洁，设备层采用了DeviceNet。三层网络之间的通信编程，采用了欧姆龙编程软件包中集成的FinsGateway，这个非常方便的驱动使得信息层、控制层、设备层三层网络间无缝连接，从而使得组网通信编程变得极其简单。

除了以上三层网络，隧道监控实际还有一种应用很多的通信方式，即RS-232/RS-485串行通信接口。欧姆龙PLC支持的串行通信协议宏，能够自定义通信协议，使用起来非常方便。现场各种车检器、情报板等与PLC之间的通信编程都通过协议宏来解决。

整体方案

平锁路监控系统整体方案结构为：白家田、鹰嘴岩隧道群、飞鱼泽隧道PLC采用了欧姆龙CS1D系列主控和CS1/CJ1系列分控。白家田、鹰嘴岩隧道群，左洞隧道内总共有11台区域控制器，右洞隧道内总共有14台区域控制器。这些区域控制器承担着隧道内各种照明、通风、交通诱导设备、指示设备、车检器、CO/VI等设备的测控任务。主控采用CS1D，以提高可靠性，0号PLC采用CS1系列，其余隧道内安等距离分布的本地控制器，采用CJ1系列PLC。所有本地控制器通过100Mb/s以太网接口与MOXA的光线交换机连接，通过光线交换机连接成光纤冗余环网，并与监控中心相连，当光纤冗余环形以太网局部线路损坏时，信号会自动从另一方向环回，从而保证通信的连续性。为了提高可操作性，在变电室还配备了欧姆龙NS系列的彩色触摸屏，用于人机交互。

目前平锁高速公路已建成通车，整个监控系统运行正常，达到了设计目标的要求和性能。

改进与发展

我国隧道监控系统的设计和实施正处于一个成长的时期，系统的需求、设计、结构以及系统的控制仍然存在不完善的地方，同时技术的发展也给监控系统的改进创造了条件和基础，也使建设合理的隧道监控系统成为可能。

从系统的需求来看，一方面要兼顾系统的稳定、可靠与可控，也要反映系统的先进、经济与可扩展，同时也要使操作便捷，维护方便;另一方面，针对不同的交通条件和功能要求确定系统的规模和冗余度的大小，确定系统的合理集成方式、系统网络的构成与拓扑结构形式以力求实现系统的可靠性、稳定性、先进性与经济性的有机结合。

从系统的设计来看，除考虑系统的规模和设计方法外，也要考虑新技术的应用，使整个系统既先进又实用。

从系统的结构来看，当前我国普遍采用三级隧道管理和分布式现场总线控制方式，事实上，主从式结构的现场总线如Profibus，由于系统的可靠性受主控制器的制约，并不适用于全分布式现场总线控制，采用对等的自愈网络是今后的一个发展趋势，同时针对未来网络技术应具有开放性、互操作性、通信介质不受限制、操作系统结构全面、拓扑多样化、通信协议具有可移植性等特点，今后的发展将是采用基于Web站点与工业以太网相结合的方法，通过互联网实现远程控制。

从系统的控制来看，当前我国公路监控普遍存在着只监不控，或监强控弱的现象，交通信息、环境信息得不到很好利用，对于隧道控制，要针对不同现象，采用不同的控制方法。

今后我国的隧道监控系统的发展是，在原有基础上，按照监测与控制适当分离、最大限度的集中监测、灵活机动的现场控制的总体思想，逐步改进，使得隧道监控系统的建设更趋合理。随着高速公路隧道建设的发展，节能已成为重要问题提到议事日程上来，监控系统如何能根据交通量、隧道的长短、地质特征、环境特征有效控制灯具、风机的节能，是下一步应该重点考虑的主要问题。