隨著我國高速公路隧道里程的日益增長，高速公路隧道的高效,、安全運行面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)[1],。快速,、安全,、可靠的高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)，是指揮車輛有序通行,、實時掌控交通流參數(shù)值,、車輛運行環(huán)境指標和現(xiàn)場設備運行狀況、減少和及時處理交通事故的主要保障措施[2],。
    在高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)方面,，國內(nèi)有許多案例采用Windows下通用的軟件開發(fā)平臺(如VC++、VB,、DELPHI)進行開發(fā),。由于高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)是一個典型的系統(tǒng)集成工程，現(xiàn)場設備的接口形式和數(shù)據(jù)類型多樣,，數(shù)據(jù)量和集成難度大[3],，尤其在使用大量PLC的場合，實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)與PLC的通信比較困難,。因此,，使用通用軟件開發(fā)平臺，其開發(fā)難度大,、周期長,、調(diào)試困難。由于所開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)是非開放的軟件,，后期的維護難度更大,。
    而目前廣泛使用的組態(tài)軟件，能夠更好地解決這個問題[4],。組態(tài)軟件作為專業(yè)的工控軟件,，在系統(tǒng)界面設計、數(shù)據(jù)接口,、功能組合等方面的開發(fā)非常方便和穩(wěn)定,，可以很容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能[5]。此外,，由于組態(tài)軟件的開放性,，系統(tǒng)管理人員可以輕松維護系統(tǒng)。因此最近幾年,，組態(tài)軟件開始被系統(tǒng)設計人員應用到高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)中,。
    由于組態(tài)軟件采用腳本語言，提供給用戶的編程開發(fā)的功能相對較弱,。在缺少I/O驅(qū)動的情況下,，如在使用組態(tài)王的案例中,，還需使用通用開發(fā)平臺編寫通信程序，并為組態(tài)軟件提供OPC服務器功能,；在與情報板這類可變長度數(shù)據(jù),、非實時刷新的設備交換數(shù)據(jù)時，組態(tài)軟件同樣存在困難,。針對以上問題,，本文的設計思路是利用組態(tài)軟件及其腳本語言，實現(xiàn)與所有設備的通信時無需再借用OPC技術開發(fā)通信程序,，以減少數(shù)據(jù)的交換次數(shù),，提高系統(tǒng)的運行效率，同時提高系統(tǒng)的完整性和開放性,。
    本文介紹了高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的結構及實現(xiàn)方法,，針對現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和執(zhí)行設備的接口形式多樣、數(shù)據(jù)集成難度大等問題,，既有針對PLC使用的穩(wěn)定可靠的I/O驅(qū)動,，也有大量使用API函數(shù)設計的通信程序，并使用腳本語言直接完成實時數(shù)據(jù)與情報板的通信,。通過系統(tǒng)實際調(diào)試運行驗證了該設計方案的可行性,。
1 監(jiān)控系統(tǒng)的構成
    某高速公路的一個機電標段中包含多條隧道，每個隧道采用了7~8套OMRON公司CS1D-S系列的PLC,，并配有以太網(wǎng)模塊,。這些PLC負責車道指示器、汽通門,、風機,、照明燈、水泵等開關量的輸入/輸出,，照度,、一氧化碳（CO）、能見度（VI）,、風速（TW）等模擬量的輸入,。該機電標段，還包含了雷達車輛檢測儀28臺,，各種規(guī)格的情報信息標志35套,，還有3套能見度檢測儀和3套氣象數(shù)據(jù)檢測儀。所有這些設備分布在大約200 km高速公路沿線收費站和服務區(qū)的附近路段,，并且通過RS-232接口,，先用光纖傳輸?shù)骄徒母鱾€收費站或者服務區(qū)的機房內(nèi)，再接入串口服務器，然后進入由光纖構成的以太網(wǎng),。其網(wǎng)絡結構框圖如圖1所示,。

    這些現(xiàn)場設備通常不采用標準的MODBUS協(xié)議，無法通過組態(tài)軟件的I/O驅(qū)動獲取數(shù)據(jù),，只能通過用戶編寫通信程序與其進行數(shù)據(jù)交換,。
2 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計
    本文采用iFIX2.6的浙大中控OEM版Sview2.6，該軟件的腳本語言是Microsoft VBA6.0,，與VB6.0相比，Sview2.6除了不能編譯成獨立的可執(zhí)行程序外,，其他的編程語法,、語句及調(diào)試方法等功能兩者基本相同。
2.1 實時數(shù)據(jù)庫的建立
    運行iFIX軟件,，打開Sview數(shù)據(jù)庫管理器,。從菜單欄選擇“驅(qū)動器”，打開“OMF”,，對驅(qū)動程序進行設置和添加PLC站點,，并為每個站點定義數(shù)據(jù)塊。驅(qū)動程序以數(shù)據(jù)塊的形式與PLC交換數(shù)據(jù),，這是一種高效的通信方式,；同時，在PLC編程時,，對于要組態(tài)的數(shù)據(jù),，盡量集中存放，避免過多的數(shù)據(jù)塊,。在數(shù)據(jù)庫中添加標簽,，要注意“I/O地址”的輸入格式，如圖2所示,。

2.2 建立控制系統(tǒng)主畫面
    在iFIX工作臺中,，建立所需要的各個畫面，并鏈接動畫,。如果需要報警,，則在建立實時數(shù)據(jù)庫時，設置好報警條件,，然后在畫面中增加報警控件,；如果需要曲線，則啟動歷史定義程序,，定義好要儲存的歷史數(shù)據(jù),，并在后臺啟動歷史儲存程序，然后在畫面中增加曲線顯示控件[6]。到此,，作為一般性的組態(tài)任務基本完成,。
    考慮到通信程序必須和監(jiān)控軟件始終同時運行，而且腳本程序通常是畫面文件的一部分,，因此在畫面設計時,，做成了上（占12%）、下（占88%）兩部分,。其中上部是始終運行,，下部則可以通過上部的切換按鈕，進行畫面切換,。上部畫面稱之為“主菜單”,，并在此畫面的代碼中編寫通信程序，如圖3所示,。

2.3 實時通信的實現(xiàn)
    微波車輛檢測器設置為每分鐘自動發(fā)送一幀數(shù)據(jù),；氣象和能見度檢測則先發(fā)送命令，然后讀取數(shù)據(jù),。所有的串口服務器,，在監(jiān)控計算機上映射為虛擬的串口。微軟的MSComm控件是被廣泛應用于串口通信的控件,，但由于MSComm控件只能支持最多16個串口,，故不適合在本系統(tǒng)的環(huán)境中使用。為此,，本系統(tǒng)嘗試使用API函數(shù)實現(xiàn)串口通信,。API函數(shù)的聲明是：可以使用VB的API文本瀏覽器，復制到iFIX項目中,。使用API初始化串口步驟如下：
    (1)調(diào)用CreateFile創(chuàng)建句柄,，如果結果大于0，可以進入下一步,，否則中止,。
    (2)調(diào)用GetCommState取得設備參數(shù)，根據(jù)實際需要修改其中部分參數(shù)(如波特率,、校驗,、數(shù)據(jù)位和停止位等)。
    (3)調(diào)用SetCommState設置修改后的設備參數(shù),。
    (4)調(diào)用SetCommTimeouts設置超時參數(shù),，其中ReadIntervalTimeout須設置為-1（即為16進制FFFFFFFF）。
    (5)調(diào)用SetupComm設置輸入/輸出緩沖區(qū)大小,。
    至此,，串口的初始化完成,，然后可以定時接收(ReadFile)和發(fā)送(WriteFile)數(shù)據(jù)了。CloseHandle則用于關閉串口,。串口初始化和能見度,、氣象儀程序流程圖如圖4所示。

    能見度和氣象儀共6套,，利用一個500 ms定時器,，輪流進行數(shù)據(jù)收發(fā)，數(shù)據(jù)刷新周期為3 s,。采用的通信方式是先接收,，對數(shù)據(jù)長度和頭尾幾個字節(jié)進行校驗，若校驗符合,，則進行數(shù)據(jù)處理,，然后發(fā)送讀命令。能見度接收數(shù)據(jù)長度為22 B,，其中15 B~18 B為單精度浮點數(shù)。數(shù)據(jù)處理采用API函數(shù)CopyMemory,，采用傳遞地址的方式,，把字節(jié)數(shù)組中的內(nèi)容復制到一個單精度變量中（如按照IEEE 754標準進行換算，但計算紛繁復雜）,，然后把這個單精度變量的內(nèi)容寫到iFIX實時數(shù)據(jù)庫標簽中（標簽的I/O地址采用SIM驅(qū)動器的地址空間）,。
2.4 情報信息標志通信的實現(xiàn)
    考慮到情報信息標志為非實時刷新，因此采用Access數(shù)據(jù)庫來保存每塊信息標志有關的內(nèi)容,。當程序打開時,，自動讀取數(shù)據(jù)庫中的所有記錄，并把其中的關鍵信息添加到“選擇對象”ComboBox中,。當用戶在復合框選擇一塊信息標志時,，程序從數(shù)據(jù)庫中讀取該信息標志的有關信息及上次發(fā)送的內(nèi)容，并顯示給用戶,。當用戶成功下載內(nèi)容到信息標志時,，把相關內(nèi)容更新到數(shù)據(jù)庫中。
    在VBA中處理漢字的方法是：一個漢字為一個字符,，可以使用MID()函數(shù)截取一個字符,，然后用ASC()函數(shù)取得該字符的值，如果是漢字,，則該值為負數(shù),，否則為正數(shù)。該負值加65 536,，得到該漢字的雙字節(jié)機內(nèi)碼,，整數(shù)除256得到高字節(jié)，取模256得到低字節(jié)。
    如圖5所示,，畫面右下角的“高級功能”按鈕用于啟動情報信息標志設備廠家專用軟件,。雖然設備廠家軟件功能齊全，但從使用結果來看,，本文開發(fā)的系統(tǒng)響應速度快,，一個請求過程平均耗時在0.1～0.6 s之間（包括數(shù)據(jù)庫的處理時間、通過日志記錄的數(shù)據(jù)計算）,，而情報信息標志設備廠家專用軟件正常情況下處理時間需10 s左右,，有時還有錯誤的響應（如網(wǎng)絡不通），但顯示狀態(tài)仍為正常等現(xiàn)象,。

    以iFIX為平臺開發(fā)的高速公路及其隧道項目數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)已投入正常運行,，并取得了比較滿意的效果，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠,、占用資源小,、維護方便。使用組態(tài)軟件開發(fā)隧道監(jiān)控系統(tǒng),，能夠充分發(fā)揮組態(tài)軟件靈活多樣的組態(tài)功能,；同時使用大量的VBA6.0腳本語言編寫通信程序，解決了組態(tài)軟件數(shù)據(jù)集成難度大的問題,，提高了系統(tǒng)運行效率,，降低了系統(tǒng)的開發(fā)成本。
參考文獻
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