摘要：隧道工程作為山區(qū)高速公路工程不可或缺的組成部分，但由于隧道自身客觀因素的制約，入出洞的地段就成為交通事故的易發(fā)點(diǎn)。本文主要對隧道機(jī)電系統(tǒng)的聯(lián)動方案進(jìn)行簡要的分析探討。

關(guān)鍵詞：隧道工程；機(jī)電系統(tǒng)；維護(hù)管理

前 言：隧道通過監(jiān)測、控制、誘導(dǎo)設(shè)備（交通檢測與控制、環(huán)境檢測和控制、照明控制、火災(zāi)報警、視頻監(jiān)控、有線廣播、緊急電話等技術(shù)手段），綜合對隧道路段進(jìn)行整體監(jiān)控。隧道機(jī)電系統(tǒng)作為隧道狀況采集探測系統(tǒng)，是早期獲取隧道內(nèi)交通運(yùn)行環(huán)境狀況、緊急預(yù)警、改善行車環(huán)境的主要手段，是隧道安全運(yùn)營的重要保障。隧道工程中的長隧道因單洞距離長，機(jī)電設(shè)備種類、數(shù)量較多，設(shè)置高成本的設(shè)備可以提高隧道的安全程度，但其只是前提條件。合理的完善數(shù)據(jù)傳輸、決策、控制系統(tǒng)才能更好的發(fā)揮所設(shè)置設(shè)備的功能，以達(dá)到在安全事故初期較好的處理事故、及時救援的目的。

一、控制管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

隧道內(nèi)設(shè)置有大量的機(jī)電設(shè)備，需要合理的對這些機(jī)電設(shè)備進(jìn)行傳輸控制。在隧道管理體制方面，目前我國主要是采用的三級管理的模式，即路段監(jiān)控中心、隧道管理站、隧道本地，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為信息傳輸層、核心控制層、設(shè)備接入層。

1、信息傳輸層。信息傳輸層主要實現(xiàn)設(shè)備間的信息傳輸，工業(yè)以以太網(wǎng)為目前較為常用的一種信息網(wǎng)絡(luò)。隧道監(jiān)控領(lǐng)域利用以太網(wǎng)作為移動管理站、路段監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)傳輸，其中主要包括：設(shè)備采集數(shù)據(jù)、系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)、存儲的歷史數(shù)據(jù)。

2、核心控制層。核心控制層主要是利用現(xiàn)場構(gòu)建的總線形形成隧道本地控制網(wǎng)絡(luò)，因為采用標(biāo)準(zhǔn)的總線組網(wǎng)，不僅能夠滿足機(jī)電系統(tǒng)實時通信的需求，還因具有較為開放的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接口，能夠較為方便的在總線網(wǎng)絡(luò)上外接各種機(jī)電設(shè)備，有利于隧道機(jī)電系統(tǒng)的擴(kuò)展，適用于本地控制器與隧道控制室的計算機(jī)設(shè)備、本地控制器與本地控制器及本地控制器與現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)通信。一般控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用了雙纖組成的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，提高了系統(tǒng)的可靠性。

3、設(shè)備接入層。設(shè)備接入層主要用于本地控制器與現(xiàn)場機(jī)電設(shè)備、控制器輸入輸出端子、采集設(shè)備之間的通信，采用各種總線通信協(xié)議實現(xiàn)，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r有效。

在目前的監(jiān)控中心計算機(jī)局域網(wǎng)多是采用較為成熟的以太網(wǎng)技術(shù)，以以太網(wǎng)交換網(wǎng)為中心的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。但是以太網(wǎng)因為采用CSMA/CD介質(zhì)訪問控制方式，本質(zhì)上是非實時的，可能導(dǎo)致信息傳輸?shù)臏?。隧道機(jī)電系統(tǒng)控制的重點(diǎn)是在隧道發(fā)生緊急事故的時候，能夠保證隧道的安全。緊急事故發(fā)生時信息的處理不及時將極易造成較大的事故。根據(jù)以太網(wǎng)的這個問題，且長隧道大量監(jiān)控數(shù)據(jù)的實時傳輸需求，可以采用現(xiàn)場的區(qū)域控制器和以太網(wǎng)交換機(jī)的方式，將網(wǎng)絡(luò)分為若干網(wǎng)段，以太網(wǎng)交換機(jī)具有數(shù)據(jù)存儲、轉(zhuǎn)發(fā)功能，使各端口數(shù)據(jù)得到一定的緩沖，不會發(fā)生沖突。

為了保證各監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性，隧道的控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可采用環(huán)形結(jié)構(gòu)。環(huán)形冗余結(jié)構(gòu)帶有線路冗余，具有較高的生存性，當(dāng)線路上有一個斷點(diǎn)的時候，整個網(wǎng)絡(luò)仍可正常通訊，常見于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。同時長隧道可按區(qū)段組環(huán)，每個區(qū)段設(shè)置1處PLC，配置觸摸屏，在特殊情況下能夠?qū)崿F(xiàn)更高效、可靠的現(xiàn)場控制。

二、系統(tǒng)控制模式的選擇

隧道的控制需要將系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)進(jìn)行有效的結(jié)合，通過智能分析，整合為統(tǒng)一的機(jī)電系統(tǒng)，隧道控制方式可以分為自動控制與手動控制，正常情況下通過隧道管理站的計算機(jī)對隧道交通信息進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析、信息發(fā)布及實時控制。隧道本地控制器（PLC）向下以一對多的方式與外場設(shè)備相連，實時采集交通數(shù)據(jù)，并配備相應(yīng)的各種接口模塊與各監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行通信。緊急情況下可實現(xiàn)現(xiàn)地人工手動控制。隧道機(jī)電硬件通訊結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)集成方案采用全以太網(wǎng)通訊架構(gòu)，可采用上位軟件通過定制的驅(qū)動接口程序?qū)λ淼劳鈭鰴C(jī)電設(shè)備進(jìn)行訪問，PLC 硬件的邏輯編寫與調(diào)試也可在中控室直接下載或上傳，視頻監(jiān)控由視頻平臺的通訊接口與上位軟件通訊，緊急電話與消防系統(tǒng)可用API、ODBC 等數(shù)據(jù)訪問方式獲取數(shù)據(jù)。整合后的軟件系統(tǒng)可由客戶端操控的就是所有的隧道監(jiān)控子系統(tǒng)，形成統(tǒng)一的應(yīng)用軟件平臺對隧道進(jìn)行實時控制。

三、聯(lián)動控制方案

高速隧道監(jiān)控設(shè)施管理模式如下：高速集團(tuán)公司信息中心- 路段監(jiān)控中心- 隧道管理站- 監(jiān)控外場設(shè)施?？紤]本項目內(nèi)隧道路段較多，且路段監(jiān)控中心距離連續(xù)、長隧道路段較遠(yuǎn)，在收費(fèi)站內(nèi)設(shè)置隧道管理站，負(fù)責(zé)本項目內(nèi)隧道路段的交通管理，對本路段的交通監(jiān)控數(shù)據(jù)及其他各種參數(shù)進(jìn)行匯總，向路段監(jiān)控中心上傳監(jiān)控數(shù)據(jù)及圖像，并接受路段監(jiān)控中心的管理。此項目隧道監(jiān)控設(shè)備的種類多而復(fù)雜，為了保證各監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性，該設(shè)計隧道的控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方案采用環(huán)形結(jié)構(gòu)。環(huán)形冗余結(jié)構(gòu)帶有線路冗余，具有很高的生存性，當(dāng)線路上有一個斷點(diǎn)時，整個網(wǎng)絡(luò)仍可正常通訊，常見于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。隧道內(nèi)各監(jiān)控設(shè)備的監(jiān)控數(shù)據(jù)首先由布置在隧道內(nèi)和隧道變電所的本地控制器（PLC）進(jìn)行實時采集和控制，同時經(jīng)設(shè)置在各隧道變電所內(nèi)的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)組成環(huán)形自愈環(huán)網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送到隧道管理站管理?？刂品绞娇梢苑譃樽詣涌刂婆c手動控制，正常情況下通過隧道管理站的計算機(jī)對隧道交通信息進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析、信息發(fā)布及實時控制。隧道本地控制器（PLC）向下以一對多的方式與外場設(shè)備相連，實時采集交通數(shù)據(jù)，并配備相應(yīng)的各種接口模塊與各監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行通信。

四、隧道機(jī)電設(shè)備的管理維護(hù)系統(tǒng)

1、隧道機(jī)電設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)。負(fù)責(zé)對隧道內(nèi)各機(jī)電設(shè)備實施24小時不問斷的智能監(jiān)控，并能遠(yuǎn)程控制隧道各機(jī)電設(shè)備，實時收集各設(shè)備的狀態(tài)信息，據(jù)此產(chǎn)生相應(yīng)的操作記錄、事件記錄、報警記錄、設(shè)備運(yùn)行記錄和大量日志。

2、隧道機(jī)電設(shè)備管理維護(hù)子系統(tǒng)。根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)和操作員輸入數(shù)據(jù)建立GIS隧道機(jī)電維護(hù)管理數(shù)據(jù)庫功能，研究出一套系統(tǒng)的設(shè)備管理、設(shè)備維護(hù)、設(shè)備工作狀態(tài)等解決方案，并產(chǎn)生相應(yīng)的管理維護(hù)報表、管理維護(hù)方案等。子系統(tǒng)還建立模型，為機(jī)電設(shè)備的選型和設(shè)備原型更新提供輔助決策。

3、監(jiān)控、管理維護(hù)一體化子系統(tǒng)。實現(xiàn)兩系統(tǒng)數(shù)據(jù)的相互參考，即隧道機(jī)電設(shè)各監(jiān)控系統(tǒng)收集的設(shè)備工作數(shù)據(jù)和設(shè)備操作數(shù)據(jù)作為隧道機(jī)電設(shè)備管理和維護(hù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源，而隧道機(jī)電設(shè)備管理和維護(hù)系統(tǒng)的分析數(shù)據(jù)則作為隧道機(jī)電設(shè)備智能監(jiān)控系統(tǒng)的控制參考和建議。

結(jié)束語：

我國隧道目前存在只監(jiān)不控、監(jiān)強(qiáng)控弱的現(xiàn)象，采集的監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)也得不到較好的利用；對隧道進(jìn)行較好的管理控制，一方面要兼顧系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠與可控，同時也要對不同主體條件的隧道及交通狀況配置不同規(guī)模和冗余等級的機(jī)電系統(tǒng)，并設(shè)置合理的系統(tǒng)集成方案，構(gòu)建系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，保證系統(tǒng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)，最大程度的發(fā)揮系統(tǒng)應(yīng)用的作用，實現(xiàn)靈活機(jī)動的現(xiàn)場控制。

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