摘要：我國(guó)高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)在保障營(yíng)運(yùn)安全方面發(fā)揮著極其重要的作用。為保障隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，技術(shù)人員需定期進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)巡檢，判斷系統(tǒng)是否正常運(yùn)行。鑒于此，研制出一套高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可定期自動(dòng)啟動(dòng)，也可由技術(shù)人員通過上位機(jī)遠(yuǎn)程啟動(dòng)，啟動(dòng)后系統(tǒng)將自動(dòng)檢測(cè)隧道中射流風(fēng)機(jī)和照明燈的運(yùn)行狀態(tài)，并將檢測(cè)結(jié)果上傳至上位機(jī)。技術(shù)人員可通過上位機(jī)定期查看轄區(qū)內(nèi)各隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)啟動(dòng)后的運(yùn)行狀態(tài)，不必親自趕赴現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)進(jìn)行檢查，從而減輕了技術(shù)人員巡檢的工作量，提高了工作效率。

關(guān)鍵詞：高速公路;隧道通風(fēng)照明系統(tǒng);定期自啟動(dòng)檢測(cè)

中圖分類號(hào)：U453.7" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2023）15-0049-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.15.012

0" " 引言

高速公路的機(jī)電系統(tǒng)主要包括收費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)和隧道機(jī)電系統(tǒng)等[1]。目前，高速公路機(jī)電設(shè)備的日常維護(hù)和檢修需要花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間并投入大量的人力、物力，智能化程度較低[2]。其中，隧道機(jī)電系統(tǒng)作為高速公路營(yíng)運(yùn)管理和安全管理的重要依托，對(duì)設(shè)備完好性、故障處理及時(shí)性的要求尤為突出。隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)是隧道機(jī)電系統(tǒng)最重要的組成之一，主要設(shè)備包括射流風(fēng)機(jī)和照明燈，該系統(tǒng)的日常巡檢工作由監(jiān)控中心監(jiān)控人員定期開展，監(jiān)控人員主要觀察各隧道的通風(fēng)照明系統(tǒng)在靜態(tài)下是否存在異常。除此之外，技術(shù)人員還需定期進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)巡檢，依次現(xiàn)場(chǎng)開啟各隧道的通風(fēng)照明系統(tǒng)并觀察系統(tǒng)是否正常運(yùn)行[3]。而我國(guó)高速公路總里程位居世界第一，每一個(gè)轄區(qū)內(nèi)都分布著大大小小多個(gè)隧道，這無(wú)疑增加了技術(shù)人員對(duì)各隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期輪流巡視的工作量。

為此，研制出一套高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可定期自動(dòng)啟動(dòng)，也可由技術(shù)人員通過上位機(jī)遠(yuǎn)程啟動(dòng)，啟動(dòng)后系統(tǒng)將自動(dòng)檢測(cè)隧道中射流風(fēng)機(jī)和照明燈的運(yùn)行狀態(tài)，并將檢測(cè)結(jié)果上傳至上位機(jī)。技術(shù)人員通過上位機(jī)定期查看轄區(qū)內(nèi)各隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)啟動(dòng)后的運(yùn)行狀態(tài)，不必親自趕赴現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)進(jìn)行檢查，從而減輕了技術(shù)人員巡檢的工作量，提高了工作效率。

1" " 高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1" " 現(xiàn)場(chǎng)裝設(shè)設(shè)計(jì)

高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)裝設(shè)圖如圖1所示。

高速公路隧道路段的穹頂會(huì)根據(jù)隧道的長(zhǎng)短裝設(shè)一定數(shù)量的射流風(fēng)機(jī)和照明燈。在所有射流風(fēng)機(jī)的內(nèi)部分別安裝角位移傳感器，用于檢測(cè)射流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸的角位移數(shù)據(jù);在所有照明燈內(nèi)分別安裝光敏傳感器，用于檢測(cè)照明燈是否正常發(fā)光。

隧道側(cè)面的配電室內(nèi)裝設(shè)電壓互感器、舵機(jī)模塊和下位機(jī)微機(jī)模塊。電壓互感器裝設(shè)在配電室電源進(jìn)線處，用于檢測(cè)配電室電源進(jìn)線是否正常帶電。舵機(jī)模塊安裝于射流風(fēng)機(jī)的控制開關(guān)上，用于自動(dòng)合閘控制射流風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)。下位機(jī)微機(jī)模塊負(fù)責(zé)接收和發(fā)送各種信號(hào)，并對(duì)接收到的各種信號(hào)進(jìn)行處理和計(jì)算。安裝在隧道內(nèi)的各傳感器沿著內(nèi)墻布線并引進(jìn)配電室，最終連接至下位機(jī)微機(jī)模塊的各輸入引腳上，下位機(jī)微機(jī)模塊將各輸入引腳與各傳感器進(jìn)行對(duì)應(yīng)，進(jìn)而對(duì)應(yīng)不同的機(jī)電設(shè)備，最終通過不同輸入引腳的輸入數(shù)據(jù)確定各機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

1.2" " 上位機(jī)裝置設(shè)計(jì)

高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)上位機(jī)裝置圖如圖2所示。

高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)上位機(jī)裝置主要由上位機(jī)微機(jī)模塊、蜂鳴器、液晶顯示屏、USB接口和按鍵模塊組成，其中，上位機(jī)微機(jī)模塊和蜂鳴器安裝于裝置內(nèi)部。

上位機(jī)微機(jī)模塊用于處理下位機(jī)微機(jī)模塊上傳的數(shù)據(jù)信息、按鍵模塊的輸入信息，以及向蜂鳴器和液晶顯示屏輸出信號(hào)和數(shù)據(jù)。當(dāng)高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到隧道通風(fēng)照明機(jī)電設(shè)備故障時(shí)，蜂鳴器會(huì)根據(jù)故障類型發(fā)出不同的報(bào)警信號(hào)。液晶顯示屏為觸摸屏，用于顯示下位機(jī)上傳的各隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)啟動(dòng)后運(yùn)行情況。USB接口用于充電和編程，主要作用是可修改上位機(jī)微機(jī)模塊內(nèi)部關(guān)于各隧道的具體信息，有利于在高速公路工程擴(kuò)建時(shí)及時(shí)更新上位機(jī)內(nèi)部各隧道的具體資料。按鍵模塊包括啟動(dòng)按鍵、刷新界面按鍵、清空界面按鍵。啟動(dòng)按鍵用于人工遠(yuǎn)程啟動(dòng)高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng);刷新界面按鍵用于刷新液晶顯示屏顯示界面，以防數(shù)據(jù)量過大，界面自動(dòng)刷新較慢;清空界面按鍵用于技術(shù)人員查看完轄區(qū)內(nèi)所有隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)情況后手動(dòng)清空界面，也是關(guān)閉正在報(bào)警的蜂鳴器的按鍵。

2" " 高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)硬件原理圖如圖3所示。

高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)原理如下：

角位移傳感器與光敏傳感器單向?qū)z測(cè)信號(hào)傳入下位機(jī)微機(jī)模塊。角位移傳感器傳入的是一個(gè)角位移量，由于射流風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)是勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，所以下位機(jī)微機(jī)模塊在接收到角位移數(shù)據(jù)后，將角位移數(shù)據(jù)再次轉(zhuǎn)換成角速度，用角速度對(duì)射流風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷。光敏傳感器傳入的是一個(gè)代表光照強(qiáng)度的模擬信號(hào)，下位機(jī)微機(jī)模塊在接收到該模擬信號(hào)后通過內(nèi)部的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再將該信號(hào)與標(biāo)定信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，判斷照明燈的運(yùn)行狀態(tài)。電壓互感器二次側(cè)信號(hào)經(jīng)整流和穩(wěn)壓后單向傳入下位機(jī)微機(jī)模塊，只有當(dāng)下位機(jī)微機(jī)模塊檢測(cè)到電壓互感器二次側(cè)有電時(shí)，才表示系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)檢測(cè)到的故障為有效故障。舵機(jī)模塊由下位機(jī)微機(jī)模塊單向輸出信號(hào)控制，用于自動(dòng)合閘。

上位機(jī)微機(jī)模塊與下位機(jī)微機(jī)模塊利用無(wú)線信號(hào)雙向傳輸信息。下位機(jī)微機(jī)模塊向上位機(jī)微機(jī)模塊傳輸該隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信息，上位機(jī)微機(jī)模塊向下位機(jī)微機(jī)模塊傳輸啟動(dòng)系統(tǒng)信號(hào)和關(guān)閉系統(tǒng)信號(hào)。

按鍵模塊向上位機(jī)微機(jī)模塊單向輸入信號(hào)，上位機(jī)微機(jī)模塊向液晶顯示屏和蜂鳴器單向輸出數(shù)據(jù)和信號(hào)。其中蜂鳴器的報(bào)警信號(hào)根據(jù)故障的嚴(yán)重程度分為三種：第一種是單個(gè)隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)中射流風(fēng)機(jī)和照明燈均發(fā)生故障，蜂鳴器的報(bào)警信號(hào)是持續(xù)不停的長(zhǎng)鳴，這種報(bào)警信號(hào)優(yōu)先級(jí)最高;第二種是單個(gè)隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)中僅射流風(fēng)機(jī)發(fā)生故障，蜂鳴器的報(bào)警信號(hào)以0.5 s為間隔響一次停一次，這種報(bào)警信號(hào)優(yōu)先級(jí)排第二;第三種是單個(gè)隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)中僅照明燈發(fā)生故障，蜂鳴器的報(bào)警信號(hào)是響1 s停2 s，這種報(bào)警信號(hào)優(yōu)先級(jí)排最后。當(dāng)一次自啟動(dòng)檢測(cè)中多個(gè)隧道的通風(fēng)照明系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，蜂鳴器按故障優(yōu)先級(jí)最高的報(bào)警信號(hào)進(jìn)行報(bào)警。

3" " 高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)軟件流程圖如圖4所示。

高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)軟件流程設(shè)計(jì)如下：

轄區(qū)內(nèi)每一個(gè)隧道的下位機(jī)微機(jī)模塊自帶一個(gè)初始編號(hào)，上位機(jī)依據(jù)該初始編號(hào)對(duì)各個(gè)隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)分。下位機(jī)微機(jī)模塊中設(shè)置一個(gè)定時(shí)器T1，T1以30天為一個(gè)周期響應(yīng)一次。

當(dāng)下位機(jī)微機(jī)模塊收到T1響應(yīng)或上位機(jī)微機(jī)模塊發(fā)送來(lái)的啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，將T1歸零重新計(jì)時(shí)，接著檢測(cè)電壓互感器二次側(cè)是否帶電，若電壓互感器二次側(cè)不帶電，則停止檢測(cè)，下位機(jī)微機(jī)模塊向上位機(jī)微機(jī)模塊發(fā)送隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)停電的信息;若電壓互感器二次側(cè)帶電，則下位機(jī)微機(jī)模塊控制舵機(jī)模塊合閘，啟動(dòng)第二個(gè)定時(shí)器T2。T2每10 s響應(yīng)一次，下位機(jī)微機(jī)模塊在收到T2響應(yīng)時(shí)，歸零T2并測(cè)算該隧道中所有射流風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，重復(fù)測(cè)算5次，當(dāng)同一射流風(fēng)機(jī)的5次轉(zhuǎn)速測(cè)算結(jié)果都相同時(shí)，判斷該風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常，否則判斷該風(fēng)機(jī)存在故障。檢測(cè)完風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)后，下位機(jī)微機(jī)模塊將所有接收到的光強(qiáng)電信號(hào)與標(biāo)定信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，兩者差值在允許范圍內(nèi)，則判斷對(duì)應(yīng)照明燈狀態(tài)正常，否則判斷對(duì)應(yīng)照明燈存在故障。

下位機(jī)微機(jī)模塊將該隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)的運(yùn)行狀況上傳至上位機(jī)。上位機(jī)在接收到所有轄區(qū)內(nèi)隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)的運(yùn)行狀況后，依次在顯示屏上顯示出來(lái)，并根據(jù)故障種類的優(yōu)先級(jí)，讓蜂鳴器發(fā)出對(duì)應(yīng)的最高級(jí)報(bào)警信號(hào)。上位機(jī)微機(jī)模塊在接收到所有下位機(jī)微機(jī)模塊上傳的數(shù)據(jù)后，對(duì)所有下位機(jī)發(fā)出關(guān)閉系統(tǒng)信號(hào)。下位機(jī)微機(jī)模塊在接到關(guān)閉系統(tǒng)信號(hào)后，控制舵機(jī)模塊進(jìn)行分閘。

4" " 結(jié)束語(yǔ)

高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)可定期自動(dòng)啟動(dòng)，也可由技術(shù)人員通過上位機(jī)遠(yuǎn)程啟動(dòng)，啟動(dòng)后系統(tǒng)將自動(dòng)檢測(cè)隧道中射流風(fēng)機(jī)和照明燈的運(yùn)行狀態(tài)，并將檢測(cè)結(jié)果上傳至上位機(jī)。技術(shù)人員可通過上位機(jī)裝置定期查看轄區(qū)內(nèi)各隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)啟動(dòng)后的運(yùn)行狀態(tài)，不必輪流巡視、親自趕赴現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)進(jìn)行檢查，從而減輕了技術(shù)人員巡視的工作量，提高了工作效率。

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收稿日期：2023-03-30

作者簡(jiǎn)介：羅方（1987—），男，廣東大埔人，工程師，研究方向：交通運(yùn)輸工程。