巴塞尔N3 Nordtangente高速路全长3.18公里，有2.79公里的路是隧道或桥，其中240米为地面部分，然后进入Gro?basel隧道（1432米），大部分路段都在地下运行，项目实施非常复杂。在对市场进行仔细评估和研究后，最终采用了Beckhoff C6925系列工业PC、Beckhoff CP6903型控制面板以及Beckhoff CX9001嵌入式控制器。通过倍福的控制技术，快速路监控系统的复杂状态能够在出现故障时快速、有目的地干预，实现最大的安全级别。

将所有功能集成到监控管理系统中

Nordtangente的规划工作由巴塞尔市坎通（Canton）镇规划建设监察部门的联邦高速公路土木工程办公室负责，当时面临的难题是，由于修建公路耗时非常长，在技术和可用的产品范围上要经过多次反复修改。为此，项目经理Eugen Fuchs带领团队为该项目所需的控制设备制定了详尽的“通用技术规范”（GTS）。

其中包含信息流的规划和实施、信令方案以及Nordtangente控制等方面，明确地描述了有关分级作业、工艺过程、群组管理和现场层等方面的要求。特别是对工业控制计算机（主控计算机和群组计算机）的要求。为了保证道路交通安全、畅通，巴塞尔Nordtangente隧道及地面路段使用的所有机电设备和交通管理系统需要全部连接在一起，并集成到监控管理系统中。

复杂的网络方案

过程管理系统以严格的分层方式构建，使用这种结构的原因在于让各个层都具备独立的处理能力，每个层必须在功能和技术上构成一个独立的单元，不依赖于上一层的基本功能。这样可确保在某一层发生故障时，其它层不会受到影响。如果系统出现故障，不能正常运行，应变层会立即取而代之。各个相关的系统在监控系统中都连接在一起，但运行尽可能地独立。

三个不同的网络构成了所有Nordtangente系统的基础：

（1）数据传输速率为10Gb/s的以太网环；

（2）用于应变层的100Mb/s以太网环（第二个冗余通讯路由，有自己的光纤链路）；

（3）100Mb/s以太网环，六个系统各自控制自己的光纤链路。

通用技术规范要求，所有计算机都与10Gb以太网连接，该以太网又通过TCP/IP与每个系统的虚拟局域网（V-LAN)）连接，每个系统都有权访问自己的网络。运行管理层上的通讯使用过程可视化和控制系统（PVSSII）通过以太网实现。系统层和管理层之间的通讯，以及各层内部的通讯使用OPC和BeckhoffTwinCAT ADS软件，通过TCP/IP以太网/高速以太网实现。系统层与群组管理层之间的通讯同样通过高速以太网和TwinCAT ADS实现。

主控计算机和群组计算机的通讯架构

硬件和软件冗余确保系统可靠性

在软件方面，通讯链全部根据客户端-服务器原理构建，这表示通讯客户端（IS服务器）与通讯服务器连接（每个系统和电气设备一台主控计算机）。服务器能够同时管理多个客户端的多个链接，尽可能地避免使用自动监控电路，监控功能在过程层完成，减少特殊情况出现。

所实施的冗余原理并不仅以硬件冗余为基础，而是将软件冗余也囊括进去。第二个服务器独立于第一个服务器，负责收集相关数据及执行相应功能。复杂的监控程序可以检测出主控计算机出现的任何故障，当故障出现时，第二台计算机就会取代第一台计算机，此时第一台计算机调换成冗余服务器的状态，不再执行任何激活指令。

坚固耐用、稳定可靠的控制平台

在对市场进行仔细评估和研究后，项目负责方指定使用倍福的自动化组件。“之所以决定全面使用倍福的硬件组件，是因为其产品坚固耐用且在行业应用中已经获得广泛验证。并能够使用微软的Windows XP Embedded和Windows CE操作系统、基于IEC 61131-3的软TwinCAT PLC、用于过程控制的OPC或OLE（对象链接嵌入）等多种方式实现软件连接。”负责这一项目的经理Eugen Fuchs说道。

运行管理层和节点计算机构成了监控管理系统（IS）,它能够集中控制、可视化和监控所有其它系统。在监控管理系统（IS）中共应用35台Beckhoff C6925系列工业PC被用作主控计算机，与Beckhoff CP6903型控制面板一起实现可视化。每个IS节点计算机都能够配备一个本地可视化系统。系统层将主控计算机，通过TCP/IP以太网技术构建成一套系统网络。系统层的系统控制采用独立、分布的方式实现，即使在运行管理层出现故障的情况下，主控计算机也会独立进行过程控制。

运行管理层下面的群组管理层由Beckhoff CX9001嵌入式控制器构成，它们通过TCP/IP以太网控制与Beckhoff总线端子模块的执行器和传感器，如继电器、接触器等相连接。CX9001系列群组管理计算机采用Windows CE操作系统，并装有TwinCAT PLC软件。在群组管理层共应用了倍福的185台CX9001型号的嵌入式控制器，负责连接、管理近40,000个物理数据点。

现场层由分布式安装的总线端子模块站构成，除了模拟量总线端子模块之外，还使用了DALI通讯端子模块来实现照明控制。所有测量输入在电流输入（4~20mA）方面都尽可能宽泛地执行，目的是创建清晰可测量的接口。

Nordtangente安全系统概

包含各种功能的隧道控制软件包

复杂的交通管理系统担任着交通控制任务，用户可以毫不费力地处理出现的所有运行状态。信令系统主要用于关闭隧道（即隧道出入）、警告来往车辆有哪些危险情况、关闭各条道、将人员或车辆移往相邻的隧道等。“供电/杂项”系统负责监控所有电气厂商的基础设施，如火灾报警系统、系统安全防护、电力输入、变压器、中央建筑的测量单元和基础设施系统。

其中一个中央安全元件就是隧道通风控制器，确保隧道内最理想的气流条件，在很大程度上影响着隧道用户的安全以及发生火灾时的事件处理顺序。隧道中的测量单元随时将有关电流和电压情况的信息传输给控制系统，系统根据这一数据计算出82个涡轮风扇（总功率超过2MW）所需的开关程序，以获得最佳的压力条件。

安全系统记录安全相关的所有信息，并发送给交警部门，一旦紧急出口门被打开、隧道内有车辆停止不动，或者灭火器不在架子上，交警部门会立即接到通知。同样，照明设备控制系统能够提供操作各个照明系统所需的所有相关信息：例如，手动或自动激活各个运行模式，如紧急操作或火灾/事故。光敏传感器测量隧道外面的亮度并调节光的适应亮度，让人眼能够慢慢习惯进入隧道时被减弱的亮度，还可以测量有效照明度，通过这种方式可以弥补任何脏污或者照明设备老化所造成的光照偏差。

集成现有的子系统来优化监控工作、降低系统成本

在项目实施阶段， 从1 9 7 0 年到2 0 0 3 年安装的现有的Osttangente子系统都连接到IS上。借助这一综合性的集成，所有信息和干涉选项可在同一个平台上提供给操作人员。所有当前和未来的数据点都通过灵活的倍福组计算机以高效的方式使用各种端子模块记录。“瑞士西北联邦高速公路有限公司”（NSNW）负责城市快速路的运营和维护的Roland Gysin在总结经验时说道：“系统运行非常稳定，几乎没有出现过故障。我们之前仅为管理系统维护这一项所投入的成本比现在所有系统加在一起的维护成本还要多。”

实践证明，分层的系统结构以及分布式解决方案完全能够实现无故障运行。控制系统的过程映像代表了各个系统的数据，其中包含形象的图形元素用于显示来自现场层的传感器信号引起的状态变化；独立运行的系统与控制技术之间也会以最佳方式协作，如重要的报警和故障通过远程报警系统传输。

摘自《自动化博览》2016年6月刊