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    隧道自動(dòng)化監控系統,北京波恩測控隧道自動(dòng)化監控系統

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    隧道自動(dòng)化監控系統,北京波恩測控隧道自動(dòng)化監控系統

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    隧道自動(dòng)化監控系統,北京波恩測控隧道自動(dòng)化監控系統,自動(dòng)化測控系統集成揮微電子、通信及計算機技術(shù)的發(fā)展大大提高了公路交通的信息化和智能化程度,與3C技術(shù)相結合的PLC以其的可靠性、抗干擾性和靈活的控制方式成為隧道監控系統的核心控制器,PLC與開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò )通信系統一起,共同推動(dòng)著(zhù)隧道監控系統向智能化程度的發(fā)

    隧道自動(dòng)化監控系統,北京波恩測控隧道自動(dòng)化監控系統的詳細介紹

    隧道自動(dòng)化監控系統,北京波恩測控隧道自動(dòng)化監控系統,自動(dòng)化監控系統,自動(dòng)化測控系統集成高速隧道對通風(fēng)、照明、交通控制等監控系統的要求非常高。研華利用現代化的控制理論和開(kāi)發(fā)高速公路綜合管理平臺的經(jīng)驗,建立一套完整的隧道監控系統,可調節交通流、控制隧道通風(fēng)和照明,防患事故于未然,提高了隧道行車(chē)的安全性、快速性和舒適性。- 車(chē)流偵測系統- 事件檢測系統隨著(zhù)交通道路的不斷發(fā)展,作為其中一個(gè)重要環(huán)節的隧道,其數量也在不斷增加。由于我國復雜的地理環(huán)境以及隧道本身的特點(diǎn),隧道監控系統在隧道的運營(yíng)、管理以及事故處理中發(fā)揮著(zhù)極其重要的作用。因此,建設可靠、穩定、*、經(jīng)濟以及可擴展的合理的隧道監控系統成為工程界和公路營(yíng)運管理部門(mén)共同關(guān)心的話(huà)題。微電子、通信及計算機技術(shù)的發(fā)展大大提高了公路交通的信息化和智能化程度,與3C技術(shù)相結合的PLC以其的可靠性、抗干擾性和靈活的控制方式成為隧道監控系統的核心控制器,PLC與開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò )通信系統一起,共同推動(dòng)著(zhù)隧道監控系統向智能化程度的發(fā)展。系統構成隧道按照長(cháng)度分類(lèi),分別有短隧道(L<250m)、中隧道(250m3000m)。隧道的長(cháng)度越長(cháng),需要考慮的監控設施就越多。從目前國際上對隧道的設計標準來(lái)看,長(cháng)隧道和特長(cháng)隧道需要監控系統以保證隧道內行車(chē)的安全和暢通。隧道監控系統按照各個(gè)子系統可分為:照明系統、通風(fēng)系統、交通誘導系統、CCTV系統、火災報警系統、消防控制系統、緊急電話(huà)系統及廣播系統等。按照設備的類(lèi)型可分為:檢測設備、控制設備、顯示設備和通信設備。檢測設備如:火災報警探頭、車(chē)輛檢測器、COVI、能見(jiàn)度檢測儀及風(fēng)速風(fēng)向儀等;控制設備如:交通區域控制器、照明區域控制器及通風(fēng)區域控制器等;顯示設備如:計算機工作站、大屏幕監視器及聲光報警器等;通信設備如:交換機、集線(xiàn)器、串口信號傳輸設備及光端機等。隧道監控的難易程度不僅與隧道的長(cháng)度有關(guān),而且與隧道的交通車(chē)流量有關(guān)。依據對隧道監控和管理的要求,又將隧道分為A、B、C、D四個(gè)等級,其中對監控要求,B級次之,其余類(lèi)推。當前在工程界一致認同的隧道監控模式主要分為兩種,一種是適用于短隧道的集散式控制模式,一種是適用于長(cháng)隧道的分布式現場(chǎng)總線(xiàn)控制模式。前者布線(xiàn)復雜,造價(jià)較高,由中控室對現場(chǎng)設施進(jìn)行控制與管理;后者施工方便,不但造價(jià)較低,而且可靠性較高。適用于長(cháng)隧道的分布式現場(chǎng)總線(xiàn)控制模式又可分為全分布式現場(chǎng)總線(xiàn)控制和集中式現場(chǎng)總線(xiàn)控制。全分布式現場(chǎng)總線(xiàn)控制模式,中控室對現場(chǎng)設施不直接進(jìn)行控制,由現場(chǎng)各種設施的控制器進(jìn)行控制。分布式現場(chǎng)總線(xiàn)控制模式從網(wǎng)絡(luò )構成來(lái)看,一般分3個(gè)層次:上層為計算機系統,即本地控制中心,中間是由各區域控制器組成的控制層,下層為各種檢測設備和控制及誘導設備組成的設備層。隧道控制的核心思想就是將所有縱向及橫向的系統有機地結合起來(lái),通過(guò)算法分析,最終實(shí)現智能化控制。區域控制器就是其實(shí)現的核心。各區域控制器負責采集現場(chǎng)檢測設備的信息,處理后傳給本地控制中心,而本地控制中心的控制命令則發(fā)給區域控制器,再由區域控制器直接控制相應設備。在本地控制中心與區域控制器通信中斷的情況下,區域控制器仍然具備獨立控制現場(chǎng)設備的能力。因此區域控制器應高效且高度可靠。作為區域控制器的核心控制部分,PLC應用最多,其穩定性、實(shí)時(shí)性以及對環(huán)境很強的適應能力,非常適用于隧道的現場(chǎng)環(huán)境。本地控制中心一般由現場(chǎng)監控工作站(控制計算機)、監控系統軟件、主區域控制器及相應的附屬設施構成,用于實(shí)現對整個(gè)隧道監控系統的統一監控。監控系統軟件運行于現場(chǎng)監控工作站上,并不斷與PLC控制器交換數據,實(shí)時(shí)地把所有設備的當前狀態(tài)以圖表、顏色、閃爍及數值等方式顯示在操作界面上;而操作人員在操作界面的每個(gè)動(dòng)作,也由監控系統軟件將相關(guān)的命令、參數寫(xiě)入PLC,實(shí)現設備的手動(dòng)控制。除現場(chǎng)控制設備,整個(gè)系統的通信網(wǎng)絡(luò )則是保證系統能否高效運行的關(guān)鍵。長(cháng)隧道、特長(cháng)隧道以及隧道群的出現已經(jīng)越來(lái)越多,單洞內的區域控制器就越來(lái)越多,這就意味著(zhù)網(wǎng)絡(luò )的結點(diǎn)在不斷增加。通信網(wǎng)絡(luò )不僅要具有較高的通信速率以保證大量數據的有效傳輸,還必須具有容錯的能力以提高通信的可靠性,即網(wǎng)絡(luò )上出現故障時(shí)能夠實(shí)現自恢復,同時(shí),構成通信網(wǎng)絡(luò )的設備必須滿(mǎn)足工業(yè)級要求,以適應隧道內苛刻的工作環(huán)境。系統還需要具有很好的可擴展性,使得設備更新與增加、功能改善與變化,都能限度地應用于原有系統。隧道監控的環(huán)境相對比較特殊,隧道所處的山野防雷非常重要,隧道中的控制箱經(jīng)常會(huì )遇到潮濕甚至漏水的侵擾,而一些高原隧道面臨嚴寒和低空氣密度,特別是長(cháng)大隧道中的汽車(chē)煙塵很容易附著(zhù)在密封不好的控制箱中的設備上,這些煙塵具有一定的導電性,從而造成本地控制器等設備的早期故障或損壞。從國內隧道監控系統的實(shí)際應用情況來(lái)看,對隧道監控環(huán)境的認識,在一些項目中,重視成度還不夠,一些隧道控制箱遠沒(méi)有達到IP65以上的防護等級,這樣的監控系統是很不安全的。解決方案監控系統通信網(wǎng)絡(luò )和PLC是隧道監控系統的核心組成部分,它們的性能對隧道監控系統會(huì )起到?jīng)Q定性的作用。根據隧道本身的特點(diǎn)和監控需求選擇合適的PLC及通信網(wǎng)絡(luò )是保證隧道監控系統性能的重要因素。1.通信網(wǎng)絡(luò )在隧道監控系統的結構上,國內在管理體制上主要采用三級管理,即監控總中心、區域監控分中心和監控站。由于監控站不直接對隧道的外場(chǎng)設備進(jìn)行直接控制,因此工程界按照系統結構的劃分把監控系統劃分為信息層、控制層和設備層。層為信息層,主要負責大量信息及不同廠(chǎng)家不同設備之間的信息傳輸,工業(yè)以太網(wǎng)Ethernet為目前較常用的一種信息網(wǎng)絡(luò ),世界各大PLC生產(chǎn)廠(chǎng)商均支持工業(yè)以太網(wǎng),并且他們在原有TCP/IP的基礎上,相繼開(kāi)發(fā)出實(shí)時(shí)性更高的工業(yè)以太網(wǎng),如Omron和Rockwell支持的Ethernet/IP,Schneider支持的Modbus-TCP/IP以及Siemens支持的ProfiNet等。由于Ethernet的信息量大,因此在隧道監控上以太網(wǎng)主要用于各個(gè)隧道管理所與監控中心的數據傳輸,包括各種交通流量信息,各傳感器數據等大量歷史數據信息。第二層為控制層,主要采用現場(chǎng)總線(xiàn)組成隧道區域控制器網(wǎng)絡(luò ),其特點(diǎn)是由于采用了標準總線(xiàn)組網(wǎng),既能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)通信的要求,又具有開(kāi)放協(xié)議的標準接口,能在總線(xiàn)上方便地掛接各種外場(chǎng)設備,有利于監控系統的擴展。目前,現場(chǎng)總線(xiàn)有40多種,在公路監控系統中應用的現場(chǎng)總線(xiàn)主要有Controller link、LonWorks、Inetrtbus、Profibus、CAN和Modbus+。它們的共同特點(diǎn)是高速、高可靠,適合PLC與計算機、PLC與PLC及其他設備之間的大量數據的高速通信。為使系統的穩定可靠,控制層的網(wǎng)絡(luò )結構多采用環(huán)網(wǎng)的方式組成,包括線(xiàn)纜型和光纖作為傳輸介質(zhì),具體組網(wǎng)將在后面做出實(shí)例說(shuō)明。第三層為設備層,這一層用于PLC與現場(chǎng)設備、遠程I/O端子及現場(chǎng)儀表之間的通信,包括DeviceNet、Modbus以及Profibus/DP等,其中DeviceNet已經(jīng)成為工業(yè)界的標準總線(xiàn)而得到了廣泛的應用,而Profibus/DP雖然沒(méi)有成為標準,但是其應用也相當廣泛。值得指出的是,近年來(lái)以太網(wǎng)的廣泛應用使得人們把目光投向了現場(chǎng)總線(xiàn)上來(lái),工業(yè)以太網(wǎng)是否最終將取代現場(chǎng)總線(xiàn)仍然是一個(gè)爭論的話(huà)題。然而,不論是Ethernet/IP還是Modbus-TCP/IP,以太網(wǎng)在一些重要的性能指標上仍然無(wú)法具有現場(chǎng)總線(xiàn)的特點(diǎn)和優(yōu)勢。從本質(zhì)上來(lái)講,以太網(wǎng)的載波幀聽(tīng)沖突監測CSMA/CD的訪(fǎng)問(wèn)方式,實(shí)時(shí)性并沒(méi)有現場(chǎng)總線(xiàn)采用的令牌總線(xiàn)和令牌環(huán)的訪(fǎng)問(wèn)方式高,不論人們采用何種方式,如協(xié)議封裝、分時(shí)訪(fǎng)問(wèn)控制等,都只能改善以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性,得不到本質(zhì)的改變。隧道控制的一個(gè)核心思想是必須保證隧道的安全尤其是突發(fā)事件時(shí)隧道的安全,如果突發(fā)事件的發(fā)生造成數據訪(fǎng)問(wèn)產(chǎn)生碰撞,使得信息不能及時(shí)得到處理而導致重大事故,后果將不堪設想。在當前技術(shù)還未成熟之前,現場(chǎng)總線(xiàn)應用于控制層,是一個(gè)積極和穩妥的選擇。隨著(zhù)以太網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展,今后其取代現場(chǎng)總線(xiàn)而用于控制層也是很有可能的。2.監控分中心及上位監控軟件監控分中心一般將設置多臺SCADA工作站(工控機)。分別用于交通監控、消防報警、圖形控制、通風(fēng)照明控制、視頻監控等,完成隧道內各種設備的狀態(tài)顯示、自動(dòng)控制、半自動(dòng)控制、打印報警、分析報表等工作。同時(shí),監控分中心還將設置多臺服務(wù)器,為其他計算機提供支援和與監控總中心進(jìn)行通信。

    圖2 Omron CS1系列 3.PLC的選擇隧道監控對PLC的性能提出了更高的要求,作為隧道監控的核心控制器,其必須具備以下幾大功能特點(diǎn):首先本身必須穩定可靠,并具有預先處理數據和集中傳輸數據的能力,具有較高的故障保護能力;其次,區域控制器可以獨立承擔控制分區的基本控制任務(wù),即使監控站或者監控中心因故障停止運行,相鄰區域的控制器也能交換交通量信息;再次,當某區域的交通量出現變化時(shí),可按預定方案和程序采取相應的算法,對相關(guān)區域的流量做出相應的調整。因此,其必須至少有如下功能模塊,數據采集存儲處理功能(實(shí)現集中和獨立工作方式,尤其是在獨立控制時(shí)能與相鄰控制器實(shí)現數據交換);通信功能、容錯功能、自動(dòng)診斷功能和本地操作功能(即能帶觸摸屏)。必須綜合考慮整個(gè)監控系統的性能要求和自然條件以及運營(yíng)周期對設備的要求進(jìn)行選擇,尤其在氣候和惡劣環(huán)境狀況條件下長(cháng)、特長(cháng)隧道的時(shí)候,需要選擇性能更好的雙機熱備冗余的PLC。如Schneider的Quantum系列、Rockwell的ControlLogix、Omron的CS1D系列以及Siemens的S7-417系列。在一般的環(huán)境狀態(tài)以及中、長(cháng)隧道中,多采用標準的機型作為現場(chǎng)控制器,如Schneider的Quantum140系列、Rockwell的ControlLogix、Omron的CS1系列及Siemens的S7-400系列等;它們都支持工業(yè)以太網(wǎng)和多種現場(chǎng)總線(xiàn),控制方式采用遠程帶CPU的智能分布式結構,系統開(kāi)放性和兼容性強,豐富的I/O及高功能模塊,滿(mǎn)足隧道監控系統對信號處理的要求。應用案例下面以山西晉城至陽(yáng)城高速公路隧道為例,具體說(shuō)明隧道監控系統的實(shí)際應用。晉城至陽(yáng)城段高速公路,設計范圍36.029km。其中高速公路長(cháng)27.47km,封閉二級公路長(cháng)8.5598km。道路起點(diǎn)接長(cháng)晉高速公路,終點(diǎn)與陽(yáng)城市區道路相接。本路全線(xiàn)有隧道4座,包括五佛山隧道(514m),牛王山隧道(1880m/1860m),天壇山隧道(1008m),管道嶺隧道(1300m)。本監控方案主要就牛王山隧道機電監控系統進(jìn)行說(shuō)明。整個(gè)隧道機電監控網(wǎng)絡(luò )由設在遠端的監控通信中心和隧道內(包括牛王山隧道變電所)的本地控制器以及相關(guān)的通信線(xiàn)路組成。監控中心內設有交通狀況模擬顯示大屏幕、工作站、監控計算機群、打印機、服務(wù)器和CCTV視頻墻等設備,供操作人員監視和指揮隧道內和道路的運營(yíng)情況。在牛王山隧道監控系統中,包括8套本地控制器,其中一套主控本地控制器置于牛王山隧道變電所內,其余的本地控制器分散布置在牛王山隧道上下行的各個(gè)位置,所有本地控制器通過(guò)100Mb/s速率的以太網(wǎng)形成光纖冗余環(huán)網(wǎng)。光纖環(huán)網(wǎng)使得環(huán)路上任意兩個(gè)區域控制器間通信有兩條物理鏈路,這樣即使某處光纖出現斷裂故障,系統仍可以自動(dòng)尋找到反方向的通信鏈路繼續維持通信,既增加了通信可靠性,又提供了在線(xiàn)不停機檢修通信的功能。牛王山隧道變電所內的主控本地控制器也通過(guò)100Mb/s速率的光纖以太網(wǎng)與監控通信中心相連,保證了監控數據和指令的實(shí)時(shí)海量數據傳輸。各PLC對照明、通風(fēng)、本地控制系統信息進(jìn)行采集,同時(shí)按所設定的程序以及上位機的指令進(jìn)行相應的動(dòng)作。采集的信息經(jīng)光纖以太環(huán)網(wǎng)傳至控制室計算機上,實(shí)現聯(lián)網(wǎng)。另外,在主控制器上還配有液晶觸摸屏,用來(lái)對給設備操作和顯示其反饋信息及檢查所轄各設備的狀態(tài),同時(shí)它可以取代手持式編程器對PLC進(jìn)行編程;而且,在隧道監控中心的服務(wù)器上匯集了隧道各個(gè)設備實(shí)時(shí)信息,所以本地控制器不僅要能快速交換實(shí)時(shí)數據,進(jìn)行數據采集,并能接受和執行上位機的指令,通過(guò)服務(wù)器可對現場(chǎng)任一設備(照明、通風(fēng)、本地控制器)發(fā)布操作命令。在牛王山隧道變電所選用了Omron的 CS1D系列PLC作為本地控制器,如圖1所示。CS1D系列PLC具有雙CPU模塊,雙電源模塊,支持熱插拔,極大提高了主控制器的可靠性,使得整個(gè)系統可以實(shí)現不停機檢修功能。在隧道內的7臺本地控制器我們選用Omron的CS1系列PLC,其具有高速信息交換能力和良好控制功能,CS1系列PLC作為隧道內的區域控制器。如圖2所示。在每臺PLC上安裝有RS-485/RS422或RS-232通信端口,以便與多參數智能變送器、限速控制器、可變情報板顯示控制器等儀表控制設備相連,串行通信的數據協(xié)議是隨著(zhù)制造商和設備而變的。協(xié)議的差別,使得不同廠(chǎng)商生產(chǎn)的設備間的通信非常困難,即使它們的電氣標準相同,Omron通過(guò)建立的易用于匹配所連接的設備的協(xié)議宏功能解決了這個(gè)問(wèn)題,協(xié)議宏使得開(kāi)發(fā)方不需要編寫(xiě)專(zhuān)門(mén)的通信程序與第三方設備進(jìn)行通信,原則上OmronPLC能和任何帶RS-232C,RS-422或RS-485接口的設備進(jìn)行通信。在本控制系統中用于控制照明、通風(fēng)、電力及交通等設備的各個(gè)區域控制器均采用獨立的控制程序??刂剖覂膳_計算機則通過(guò)Ethernet與上級控制中心聯(lián)系。改進(jìn)與發(fā)展當前我國隧道監控系統的設計和實(shí)施正處于一個(gè)成長(cháng)期,系統的需求、設計、結構以及系統的控制仍然存在不完善的地方,同時(shí)技術(shù)的發(fā)展也給監控系統的改進(jìn)創(chuàng )造了條件和基礎,也使建設合理的隧道監控系統成為可能。從系統的需求來(lái)看,一方面要兼顧系統的穩定、可靠與可控,也要反映系統的*、經(jīng)濟與可擴展,同時(shí)也要使操作便捷與維護方便;另一方面,針對不同的交通條件和功能要求確定系統的規模和冗余度的大小,確定系統的合理集成方式、系統網(wǎng)絡(luò )的構成與拓撲結構形式以力求系統的可靠性、穩定性、*性與經(jīng)濟性的有機結合;從系統的設計來(lái)看,除考慮系統的規模和設計方法外,也要考慮新技術(shù)的應用,使整個(gè)系統既*又實(shí)用;從系統的控制來(lái)看,當前我國公路監控普遍存在著(zhù)只監不控,或監強控弱的現象,交通信息、環(huán)境信息得不到很好利用,對于隧道控制,要針對不同現象,采用不同的控制方法。今后我國的隧道監控系統的發(fā)展是在原有基礎上,按照監測與控制適當分離,限度的集中監測,靈活機動(dòng)的現場(chǎng)控制的總體思想,逐步改進(jìn),使得隧道監控系統的建設更趨合理。

    概括:  隨著(zhù)我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,公路及公路隧道的建設項目與日俱增,隧道又是隧道路網(wǎng)的咽喉地段,如不采用*的監控管理措施,在交通量大、氣候惡劣的情況下,極易發(fā)生交通事故和交通阻塞,隧道的監視與控制管理成為公路隧道安全正常運行的重要課題。隨著(zhù)計算機技術(shù)、圖像處理技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展,以太網(wǎng)技術(shù)和總線(xiàn)技術(shù)突破了原有的技術(shù)瓶頸,使隧道的監視與控制系統高速信息共享成為可能?! τ谒淼赖谋O控方案主要要考慮隧道的進(jìn)口、中間段、出口處的實(shí)時(shí)圖像狀況、隧道內車(chē)流量和流速檢測、通風(fēng)設備工作狀態(tài)檢測、電力設備參數檢測和交通監視、控制和誘導等環(huán)節;監控系統大致可分為:照明、通風(fēng)、閉路電視、火災報警、緊急電話(huà)、計算機控制、環(huán)境監測、交通控制和可變情報板等九個(gè)子系統。為了進(jìn)一步滿(mǎn)足社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展與人們文明生活的高標準要求,創(chuàng )造一個(gè)安全、方便、快捷、高效的交通與生活環(huán)境,監控系統需要根據各種不同隧道,從項目的實(shí)際情況出發(fā),做到技術(shù)*,配置合理,確保系統性能的高質(zhì)量和高可靠性?! 》桨福骸 ”O控系統是整個(gè)隧道管理的中心,下設計算機、設備監、交通監控、電視監控、程控交換、消防、廣播系統等,是一套高度集成化的管理控制系統,總體協(xié)調著(zhù)所有系統的運行。系統采用"集中管理,分散控制"的模式,共分為三級網(wǎng)絡(luò )結構:   ·上層采用基于Windows平臺和交換式快速以太網(wǎng)的管理信息網(wǎng);   ·中層采用基于光纖環(huán)網(wǎng)的設備控制網(wǎng);   ·下層采用基于現場(chǎng)總線(xiàn)式的現場(chǎng)設備網(wǎng)。

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      ·管理信息網(wǎng):  設置于隧道控制中心內,采用標準TCP/IP 協(xié)議和以太網(wǎng)技術(shù),實(shí)現控制中心內部各系統工作站和服務(wù)器之間的數據通信。   ·設備控制網(wǎng):  設置于隧道內,采用標準TCP/IP 協(xié)議和光環(huán)網(wǎng),負責將區域控制器和設備監控站端機所采集的信息和控制信號傳送給管理信息網(wǎng)上的工作站?!  がF場(chǎng)設備網(wǎng):  現場(chǎng)設備的運行信息、實(shí)時(shí)數據通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)匯集到區域控制器和設備監控站端機,實(shí)現設備的實(shí)時(shí)監視、控制;同時(shí),設備狀態(tài)和控制的實(shí)時(shí)信號發(fā)送到設備控制網(wǎng),經(jīng)光環(huán)以太網(wǎng),傳到上層管理信息網(wǎng)的I/O服務(wù)器中的實(shí)時(shí)數據庫,便于監控系統的整體協(xié)調和管理,I/O服務(wù)器將定時(shí)的把歷史數據通過(guò)快速以太網(wǎng)存儲到數據服務(wù)器中的數據庫管理系統,以供各個(gè)工作站調用和查詢(xún)管理?! ∩婕胺秶 】v觀(guān)整個(gè)隧道監控系統,在管理信息網(wǎng)中,我們可以提供軟件產(chǎn)品、容錯服務(wù)器、核心交換機等設備;在設備控制網(wǎng)中,我們可以提供現場(chǎng)交換機及其輔助產(chǎn)品;在現場(chǎng)設備網(wǎng)中,我們可以提供PLC產(chǎn)品和服務(wù)、總線(xiàn)設備及輔助產(chǎn)品等。在長(cháng)江遂橋、人民路隧道、新建路隧道、打浦路隧道、西藏路隧道等項目中有所使用,總產(chǎn)值約1200萬(wàn)人民幣。


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