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菲尼克斯电气智慧隧道监控解决方案,助力中国新基建

菲尼克斯电气智慧隧道监控解决方案,助力中国新基建

2022/10/13 17:20:05

从上个世纪90年起,中国的高速公路建设进行了大规模的建设和发展。2010年以来,我国平均每年新增的公里里程超过10万公里,并长年在通车里程上位居世界第一。

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截止2021年底,中国公路总里程是528.07万公里,其中高速公路里程16.9万公里。高速公路配套的监控和信息系统也历经了标准化、系统化、信息化到数字化的发展,并立志于构建下一代的智慧化高速公路体系。

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 基于光纤环网的控制方案 

作为高速公路比较特殊的地形段,高速公路隧道一直对现场感知和行车安全获取最为重要的地段。隧道监控系统也是整个高速公路信息系统中较为复杂的环节,涉及到电气、控制、网络、消防等诸多方面。整个监控系统的发展也从最早的专机控制到通用性的集中控制,再随着隧道规模和单隧道长度的增加变为基于光纤环网的控制方案。

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该经典的架构方案以其简单、可靠的特点,一直作为高速隧道监控方案的基本框架并沿用了几十年。随着整个高速公路数字化、智慧化等的要求原来越高,传统的控制方案越来越难以适应新的需求:

? 定制化

隧道采用了通用性的PLC作为控制节点,核心控制器产品的安全可靠能够有所保证。但是每家厂家的控制器采用单独的开发软件和界面,定制的根据现场的不同设备而不同,无法模块化和对象化。

? 系统封闭

整个监控系统无论从硬件还是软件上,在确定采用哪家产品的时候就确定该监控的使用软件和界面,并只能通过既定通讯接口获取设定的采集信息。每一个控制节点都是一个黑盒,无法兼容IT的软件和数据信息。

? 交互有限

每一个控制节点只能按既定的通讯方式与可视化和上位机进行数据交互。一旦脱离整个系统,单个节点的控制无法实现。

 # 菲尼克斯电气智慧隧道监控解决方案 #

 结合IT/OT技术 

菲尼克斯电气一直致力于数字化引领自动化,致力于开拓新的技术和方案来更好的满足智慧化高速公路的建设。

2016年菲尼克斯首先提出开放自动化的概念,并推出了市场第一个面向未来的PLCnext控制技术平台,基于该理念并结合IT/OT的技术和智慧化隧道监控的实际要求,探索着全新的未来隧道监控系统框架需求:

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01 开放性

边缘控制节点作为控制端,必须具备更开放式的软硬件架构,能够同时满足OT/IT的技术要求。每一个控制器以开源的Linux操作系统为基础,支持通用的高级语言和控制模型,部署不同的通讯方式和应用。

02 独立性

控制和通讯以边缘节点为单元,进行独立实时控制。采用事件触发机制,利用订阅发布方式进行通讯。每一个边缘控制节点需具备多种信息接入和反馈方式(有线、无线),设备接口标准化,控制架构更加独立和扁平化。

03 感知性

边缘控制节点必须具备感知性。能够实时记录任何现场设备的故障信息和动作事件,并以数据记录的方式存在本地数据库中或上传给监控中心。比对历史数据与异常信息动作,可以就地做出快速响应。

04 安全性

边缘控制节点必须具备控制、通讯的安全性。整个设备在硬件、软件和通讯接口都需要满足国际、国内对的要求。任何非法、无认证的信息和命令控制必须过滤,相关信息必须记录上下位数据库中。针对异常的、频繁的操作及时屏蔽和报警。

05 维护性

边缘控制节点必须具备可维护性,能够监控与该节点链接的所有设备,并自动检测设备的运行状态是否正常。节点可以远程和就地进行有线、无线安全连接,实时获取现场设备信息,并且根据维护信息和要求,定期进行设备的全自动自我检测和感知,并发送检测结果数据供相关人员参考。

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同时为了能够更好的满足隧道区域控制的要求,我们设定了区域协同节点,用于监控和管理该隧道内各个边缘控制节点。

设定区域协同节点,需要监控各个边缘控制节点设备的自身控制器状态信息、外围设备状态,同时针对整个控制网络的状态、通讯端口和数据流量的监控并针对异常进行记录和报警。而上下位机的日常设备动作、设备能耗信息和日常维护记录都可以在此节点进行数据记录和归档。同时利用上层对日常数据的分析和挖掘,完成对现场设备的控制建模参数优化,利用协同节点对整个隧道进行模型控制。

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  基于面向未来的PLCnext控制技术平台 

菲尼克斯电气基于PLCnext的开放式系统架构控制平台,底层是开源的Linux操作系统加载preempt_rt实时补丁,不仅能够满足基于OT的实时控制的要求,而且快速融合基于IT的各种资源。PLCnext支持高级语言,并可以部署基于容器的技术架构,使得移植和下载特定的应用更加方便,内置的SQL数据库接能够实时记录设备信息。基于TPU的机器学习单元,能够更好地利用日常数据进行学习和特征分析,用于设备的控制优化和预测性维护。PLCnext的App Store技术能够更好额满足对实际应用的需求和功能分享。而支持直接上云(ProfiCloud)和MQTT技术能够让控制通讯接口更加丰富。

菲尼克斯电气一直在尝试基于PLCnext框架下的新硬件体系的项目实施。部分隧道的项目设计中已经采用了最新的开放式控制器,并尝试新技术的探索。

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在这智慧化,软件化的趋势下,基础设施的系统架构和产品也会随着需求提升而不仅限于简单的控制和数据采集。基于开放式的硬件平台,融合OT和IT的技术方向,自动化和数字化的完美结合的体系架构才能够支撑起未来智慧交通系统。

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全电气社会(Empowering the All Electric Society)是菲尼克斯电气基于打造宜居世界提出的宏伟愿景。菲尼克斯电气正竭尽所能,以数字化技术解决来自未来世界的挑战。

菲尼克斯电气提供AES全面解决方案,促进所有工业和基础设施领域实现全面的电气化、自动化、网络化和数字化。通过行业耦合,能源和信息可以在行业之间分享,从而实现能源效率提升、发电和用电之间的平衡、通过绿色储能提供灵活性能源。

作为赋能全电气社会的先行者,菲尼克斯电气始终坚定不移地践行着可持续发展的理念。未来,菲尼克斯电气将与更多伙伴携手,助力中国双碳目标的实现!

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王静
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