張 林 梁

(山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006)

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基于SCADA的高速公路機(jī)電設(shè)施綜合監(jiān)控系統(tǒng)

張 林 梁

(山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006)

以實際工程為例，利用SCADA數(shù)據(jù)采集及監(jiān)視系統(tǒng)，對高速公路路段和隧道機(jī)電設(shè)備進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，描述了機(jī)電設(shè)施綜合監(jiān)控系統(tǒng)的功能，并對系統(tǒng)進(jìn)行了多種優(yōu)化，經(jīng)實踐證明，該系統(tǒng)界面設(shè)計美觀、功能易于用戶操作，滿足綜合監(jiān)控系統(tǒng)的實際要求。

組圖軟件，隧道，監(jiān)控系統(tǒng)，機(jī)電設(shè)施

0 引言

高速公路隧道是高速公路路網(wǎng)通行的重要組成部分,由于隧道內(nèi)外結(jié)構(gòu)的特殊性,在交通通行量大以及環(huán)境條件惡劣的情況下,發(fā)生阻塞交通以及重大交通事故的可能性增大,對高速公路的正常運行管養(yǎng)以及維護(hù)具有重要影響。由于國內(nèi)高速公路隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)模較小，系統(tǒng)集成方法和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)很難滿足特長隧道群監(jiān)控數(shù)據(jù)量大、傳輸距離遠(yuǎn)的難題，且我省地理環(huán)境比較復(fù)雜，高速公路建設(shè)中隧道數(shù)量多且長度較長，一直以來對其采用普通隧道的監(jiān)控模式，其作業(yè)效果受到極大制約。本系統(tǒng)主要是針對上述問題并結(jié)合特長隧道的特點，通過對交通狀況、環(huán)境影響因素、節(jié)能和控制、設(shè)備運行狀況等多方面因素，研發(fā)一套基于SCADA的高速公路路段和隧道機(jī)電設(shè)施綜合監(jiān)控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)以內(nèi)核方式通過加載驅(qū)動程序，利用組態(tài)方式使軟件運行于PC終端或服務(wù)器，通過數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)能根據(jù)各個管理區(qū)段的交通運行信息、環(huán)境狀態(tài)變化參數(shù)以及各種監(jiān)控設(shè)備的反饋信息等利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和監(jiān)控設(shè)施進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，確保隧道和路段運行狀態(tài)最佳；同時可以加快事故處理的速度，并對二次事故的發(fā)生具有防止作用，提高路網(wǎng)服務(wù)水平。

1.1 基本技術(shù)特征

1)采用模塊化設(shè)計，使設(shè)備形象顯示，可擴(kuò)充、易維護(hù)；可以通過Web發(fā)布，使監(jiān)控人員在隨時隨地可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控。

2)控制模式包括手動單控模式、手動群控模式、自動控制模式、預(yù)案自定義控制模式；其系統(tǒng)具有編輯處理、預(yù)案定義、系統(tǒng)自定義控制等功能。

3)該系統(tǒng)可實現(xiàn)對隧道內(nèi)異常交通事件的自動控制，通過對交通狀況、環(huán)境監(jiān)測設(shè)備狀況、視頻分析、照明條件等因素進(jìn)行聯(lián)動控制，如交通緊急狀況、交通事故、隧道火災(zāi)報警等緊急情況，主要目的是為了保障事故中人身和財產(chǎn)的安全。

1.2 各個子系統(tǒng)功能

本隧道監(jiān)控系統(tǒng)包括路段監(jiān)控系統(tǒng)和隧道監(jiān)控系統(tǒng)兩部分，其由交通道路監(jiān)控子系統(tǒng)功能、消防設(shè)施監(jiān)控子系統(tǒng)功能、隧道聯(lián)動子系統(tǒng)控制功能、照明設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)功能、通風(fēng)設(shè)施監(jiān)控子系統(tǒng)功能以及通訊管理設(shè)施子系統(tǒng)功能等組成。各個系統(tǒng)互相獨立且有機(jī)合成，統(tǒng)一協(xié)調(diào)，互相聯(lián)動。各個子系統(tǒng)具體功能介紹如下：

1)交通道路監(jiān)控子系統(tǒng)功能。

通過利用數(shù)據(jù)采集器采集的車行速度、車行方向、交通量、車道占有率等交通狀況信息以及車道指示標(biāo)志、交通燈等反饋的信息綜合判斷隧道交通狀況，對隧道交通系統(tǒng)進(jìn)行控制，保證交通暢通。

2)通風(fēng)設(shè)施監(jiān)控子系統(tǒng)功能。

系統(tǒng)實時監(jiān)測隧道內(nèi)通風(fēng)情況、風(fēng)機(jī)運行狀態(tài)及運行參數(shù)，可根據(jù)實時檢測的風(fēng)速風(fēng)向值、CO濃度值、能見度值、交通流等信息數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對風(fēng)機(jī)的實時、延時、定時控制(運行及停止)，以保證隧道的安全及運行環(huán)境的舒適性。

3)照明設(shè)施監(jiān)控子系統(tǒng)功能。

系統(tǒng)采集各燈具回路狀態(tài)，根據(jù)隧道洞口環(huán)境亮度與入口段亮度、過渡段亮度、基本段亮度、出口段亮度等區(qū)域，根據(jù)設(shè)定的閾值可實現(xiàn)對照明亮度的自動控制、時序控制等。照明控制系統(tǒng)以自動控制為主，如果需要，操作員可以進(jìn)行手動調(diào)整。

4)消防設(shè)施控制子系統(tǒng)功能。

系統(tǒng)自動采集火災(zāi)報警裝置反饋信號及消防系統(tǒng)高低位水池水位、消防泵啟停信號，通過自動啟停消防泵，實現(xiàn)消防泵啟停的全自動控制。

5)隧道聯(lián)動控制子系統(tǒng)功能。

隧道聯(lián)動控制子系統(tǒng)主要是為了對突發(fā)事件以及緊急狀況的應(yīng)急處置，通過對各類事件的實時檢測、及時發(fā)現(xiàn)報警信息、緊急預(yù)案等進(jìn)行判斷，實現(xiàn)對隧道內(nèi)各類機(jī)電設(shè)施的聯(lián)動控制。系統(tǒng)的應(yīng)急聯(lián)動系統(tǒng)，增強(qiáng)了隧道對于火災(zāi)、交通事故、隧道堵塞、惡劣天氣等突發(fā)緊急事件的應(yīng)急處理的能力。

6)異常事件檢測子系統(tǒng)功能。

為了能對交通出現(xiàn)異常情況進(jìn)行報警，并即時顯示事故事件報警圖像。

7)報警自動管理子系統(tǒng)功能。

系統(tǒng)的報警類型共分為七類，系統(tǒng)具有自動報警管理功能，當(dāng)接到報警信息后，根據(jù)報警類型的不同，響應(yīng)相應(yīng)的報警事件。

8)信息采集子系統(tǒng)功能。

系統(tǒng)通過通訊系統(tǒng)從外場設(shè)備、隧道設(shè)備收集信息，對發(fā)生的每一事件的詳細(xì)情況進(jìn)行記錄，對每一類事件采取的措施、處理方法、值班員號碼進(jìn)行記錄。

9)數(shù)據(jù)統(tǒng)計查詢及控制子系統(tǒng)功能。

該系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集器采集各種數(shù)據(jù)信息，根據(jù)數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)分析，可以實現(xiàn)對交通流量的數(shù)據(jù)查詢、阻塞及通行狀況判斷，還可以查詢及統(tǒng)計隧道CO/VI值是否超標(biāo)，判斷事故發(fā)生及火災(zāi)發(fā)生情況等，依據(jù)統(tǒng)計分析，實時地改變情報標(biāo)志的顯示內(nèi)容，控制消防泵等外場設(shè)備，對所判斷的事件進(jìn)行處理。

2 數(shù)據(jù)通訊及界面設(shè)計

系統(tǒng)構(gòu)成采用組態(tài)方式，能適合多種通訊協(xié)議，規(guī)約解析靈活。路段和隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)多種通信方式傳輸，包括串行通信和以太網(wǎng)通訊、共享文件、OPC通信等多種方式，根據(jù)硬件的通信規(guī)約，可通過加載驅(qū)動程序、服務(wù)等方式與硬件設(shè)備直接通信，該系統(tǒng)利用服務(wù)器與客戶端的方式控制與多個區(qū)域、多個網(wǎng)段的設(shè)備，數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)控制鏈路以客戶端方式運行，服務(wù)器實時監(jiān)視客戶端的數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)通信模塊在保證系統(tǒng)檢測和控制的高度可靠性和實時性基礎(chǔ)上，還具有可擴(kuò)展性良好和維護(hù)方便等特點。

3 應(yīng)用及結(jié)論

目前，該路段和隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)已應(yīng)用于高速公路機(jī)電工程監(jiān)控項目中，包括太長高速公路、左黎高速公路等。經(jīng)過近幾年的運行，監(jiān)控系統(tǒng)運行穩(wěn)定，操作方便，監(jiān)控效果良好，受到使用單位高度評價。

本系統(tǒng)具有以下基本技術(shù)特征：

1)系統(tǒng)采用組態(tài)方式，上位機(jī)軟件開發(fā)速度快，界面設(shè)計形象生動，根據(jù)路段和隧道的實際設(shè)備運行狀況可進(jìn)行增減，擴(kuò)充性好、易維護(hù)；

2)數(shù)據(jù)采集速度快，可同時監(jiān)視數(shù)萬個監(jiān)測點，通信功能強(qiáng)大，可依據(jù)實際情況進(jìn)行實時、定時、分時數(shù)據(jù)傳送及控制，具備預(yù)案處理機(jī)編輯功能；

3)交通、照明、通風(fēng)、消防、視頻等子系統(tǒng)可進(jìn)行獨立控制及聯(lián)動協(xié)同控制；

4)監(jiān)控系統(tǒng)的控制模式為多制式設(shè)計，即具有手動單控模式、手動群控模式、自動控制模式和預(yù)案控制模式；

5)該系統(tǒng)軟件兼容性高、開發(fā)程度高，可通過ODBC，ADO以及直連，DCOM等方式顯示數(shù)據(jù)接口，還具有數(shù)據(jù)采集API和平臺運行API。

[1] 李朝霞.King SCADA組態(tài)軟件在特長隧道群監(jiān)控中的應(yīng)用[J].山西建筑，2013,39(20):164-165.

[2] 李晉文．PLC在平榆高速公路隧道群監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．山西交通科技，2011(6)：44-45.

[3] 齊中文．特長隧道的智能控制研究[D]．北京:北京交通大學(xué)，2007.

[4] 林愷豐．高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D]．武漢：華中科技大學(xué)，2006.

On comprehensive monitoring system of expressway mechanical and electrical facilities based on SCADA

Zhang Linliang

(ShanxiAcademyofTransportation,Taiyuan030006,China)

Taking the factual projects as the example, the paper adopts SCADA data collection and monitoring system, undertakes the data collection and monitoring for the sections of expressways and tunnel mechanical and electrical facilities, describes the functions of the comprehensive monitoring system of the facilities, undergoes various optimizations, and proves by the practice that the system interface has appealing design which is easy to operate, so it meets the factual demands of the monitoring system.

image software, tunnel， monitoring system, mechanical and electrical facilities

1009-6825(2017)13-0170-02

2017-02-27

張林梁(1984- )，男，碩士，助理工程師

U412.366

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