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1、施耐德电气自动化产品在西汉高速公路工程中的应用（部分供参考）引言与三峡水电齐名,和青藏铁路建设等工程一起被誉为中国十大工程的超长隧道群典范西汉高速公路工程,作为连接我国西北西南的大通道,是国道主干线(GZ40)二连浩特至河口在陕西省境内的重要一段、陕西省米 字型公路主骨架的重要组成部分 ,全线 258.6 公里.由于西汉高速公路穿越了秦岭山区,工程地质结构复杂,这条路是陕西省一次性开工里程最长、地质最复杂、施工难度最大的高速公路.公路全线采用双向四车道高速公路标准建设,根据地形条件分级设计计算行车速度 60-100km/h,路基宽度 20-26m,全封闭,全立交.户县涝峪口至洋县槐树关段高速公
2、路,作为西汉高速公路的龙头,穿越秦岭主山脉,山大沟深,地形条件复杂,桥梁隧道诸多,工程技术要求高,施工难度极大.全线设计主要工程量为:桥梁147264.785 延米/723 座,其中特大桥 53289.1 延米/66 座;大桥 80194.395 延米/362 座;中桥11164.28 延米/164 座;小桥 2637.7 延米/133 座.隧道单洞总长 97413.5 延米/151 座,其中特长隧道 48554 延米/10 座;长隧道 14982 延米/10 座; 中隧道 23847 延米/63 座; 短隧道 10030.5 延米/68 座.是西汉高速公路上最重要的控制性工程 .概述户县至洋
3、县段高速公路是目前陕西省桥隧比例最大的高速公路,该段高速公路特长和长隧道较多,其中包括跨世纪的咽喉 工程秦岭特长隧道群,该隧道群由 3 个分别为 I 号:6.144公里(单洞 12.29 公里), II 号:6.125 公里(单洞 12.25 公里) 和 III 号:4.95 公里(单洞 9.9 公里) 的特长隧道组成.由于户县至洋县段高速公路包括多条特长隧道群、特长隧道、长隧道,隧道内通风、照明、火灾报警、交通信号、视频监视设备、配电设备较多,设备分布较广.因此,该段高速公路监控系统的控制设备较多、分布较广、系统控制要求较高、控制难度较大.系统方案根据户县至洋县段高速公路隧道较多、现场设备较
4、多、分布较广等特点;加强对隧道内交通情况、运行环境和设备运行状态等的监视和控制功能;增强管理部门对突发事件(如火灾、交通事故)的处理能力;减少隧道内事故发生; 确保隧道内各种外围设备(如风机、照明、配电等设备)安全、有效运行;提高相关部门的营运管理水平; 降低营运成本;延长隧道的使用期限;结合当前的先进控制技术,户县至洋县段高速公路监控系统主要由如下四大系统组成:监控系统、现场控制系统、工业控制网络系统、外场设备系统.系统结构图秦岭特长隧道群网络示意图监控系统监控系统可分为中央监控系统和区域监控系统两部分.中央监控系统由设置在监控中心内的中央监控计算机组成.中央监控系统可以通过交通和环境参数检
5、测系统、闭路电视监视系统、紧急电话系统、火灾自动检测报警系统等获取有关交通和环境异常状况信息,由中央控制计算机,通过区域控制器(RTU)向道路现场的各种外场控制设备发布控制指令,从而完成对通风、照明和交通诱导设施的监视和控制功能.区域监控系统由位于变电所内的触摸屏组成.区域监控系统能不间断的采集现场控制系统网络上的交通、环境信息,根据其预控方案完成对与之相连的相关交通控制设备的监视和控制功能.中央监控系统系统组成中央监控系统主要由监控计算机、打印设备和大屏幕投影显示设备组成.根据监控计算机完成的功能不同,监控计算机又可以分为隧道监控系统、视频监控系统、配电监控系统、有线广播系统和紧急电话监控系
6、统、交通监控系统、大屏幕投影显示系统的设备监控系统.中央监控系统监控画面系统功能中央监控系统具有自动控制、人工干预控制两种方式可以完成对隧道内外场设备的所有监控功能.正常情况下,系统处于自动控制状态.在紧急情况下,中心计算机系统可一方面向值班操作人员报警,一方面迅速中断正常程序,进入紧急处理程序,准备好相应的控制预案和控制指令,待值班员通过闭路电视监视信号、紧急电话、巡逻车等报警信息确认后执行.中央监控系统的监控功能主要有:隧道内设备的远程、自动多级、分区、联动控制功能.报警自动管理功能:报警主要包括隧道内火灾报警、 CO 浓度超高和烟雾浓度超高报警、交通拥挤报警、紧急电话摘机信息、高位消防水
7、池水位过低或者过高报警,以及系统自身故障告警六大类.系统能实现上述报警信息的自动报警显示、记录、管理等功能.视频图像显示功能:包括对来自现场视频信号的视频显示、报警、切换、录像等功能.信息发布功能:可以根据交通运行情况 ,利用洞外门架式可变情报板、可变限速标志、交通信号灯、疏散指示标志、紧急停车带标志发布与隧道内交通相关的各种信息.数据统计分析及报表打印功能:可对交通数据及环境数据进行分类统计; 自动生成交通量、环境参数等历史对比图;对全线交通运行状况进行模拟显示,用不同颜色表示道路交通状况;能按预先规定的格式和内容,定时进行日、月、年或者周、旬、季报表的统计处理,并且进行自动打印.人员、日志
8、、系统参数管理功能:提供人员管理权限功能,用于对可以登录系统的人员的权限进行管理;提供用户操作日志 (包括用户登录、注销,下发控制指令等)、系统运行日志( 包括外场设备状态改变事件,异常、故障、告警事件等)等信息,;提供对系统参数的管理功能,包括数据库连接、网络节点配置、系统运行参数等信息的管理和维护等功能.自动数据备份和系统恢复功能:具有数据自动备份功能,能实时自动的将重要数据进行备份,一旦系统受到破坏,可以尽快地恢复运行等功能.自诊断功能:具有自动检测监控计算机硬件及软件的运行状况、区域控制器、工业控制网络的运行状况,在检测到异常情况时,自动报警、显示和打印诊断报告等功能.安全防御功能:系
9、统可达到 C2 安全级别.具有针对网络攻击的防御能力 ,具有防范网络病毒的措施.区域监控系统系统组成区域监控主要由施耐德电气公司提供的 XBTGT 型触摸屏产品完成对隧道内所有外场设备的监视和控制功能.XBTGT 型触摸屏产品的特点为 :12.1、TFT 64K 色显示屏幕工业级 64 位 RISC 处理器集成多种通讯功能强大、简单易用的画面开发功能现场控制系统现场控制系统主要由变电所区域控制器(RTU)和隧道内区域控制器 (RTU)组成.变电所区域控制器主要用于变电所内所有配电设备的运行、故障、报警等的监视和控制功能.隧道内区域控制器主要用于隧道内所有外场设备的监视、控制等功能.所有区域控制
10、器通过工业级以太网环网与中央监控系统相连,并将隧道内所有外场设备的运行状态、故障、报警等信息上送中央监控系统,并接受中央监控系统下发的控制指令.所有区域控制器通过工业级 RS485 网络与外场设备相连, 并采集隧道内所有外场设备的运行状态、故障、报警信号,并下发的执行指令到外场设备.系统组成区域控制器主要由施耐德电气公司提供的 Unity Quantum PLC 产品完成变电所及隧道内所有外场设备的监视和控制功能.Unity Quantum PLC 产品的特点为:配置工业级 Pentium II 型 266M 处理器集成多个通讯端口集成热备光纤端口集成液晶显示屏幕支持多种 IO 连接方式支持多
11、种诊断功能,如硬件诊断、诊断浏览器诊断、操作员记录诊断、IE 浏览器诊断、系统变量诊断功能支持透明就绪 解决方案支持中文编程软件支持离线仿真功能系统功能在正常情况下,根据系统内已配备的控制方案,实行自动控制.在紧急情况下(如事故),一方面向操作员报警,一方面迅速向操作员显示相应的控制方案 ,待操作员根据巡逻车、紧急电话、摄像机等确认或修正后,再下发控制指令(包括通知消防,抢险部门),完成控制功能,其中对隧道交通信号、通风、照明等子系统一起作出响应动作,以保证整体最佳效果.当通信出现故障时,隧道实施降级自动与手动运行,包括对标志、通风、照明的控制,以保证隧道基本安全监控,其次也可以在触摸屏上对通
12、风、照明进行手动控制;自动控制时,实时收集交通参数,判断交通拥挤、或阻塞、实现交通自动控制;实现通风系统本地或远程控制、收集洞外光强检测值实现照明系统自动控制.手动控制时,实现交通信号、通风、照明系统等的控制.隧道照明控制分自动和手动,自动控制是根据洞内外光强检测器检测的光强度,自动切换洞内照明等级.手动控制在触摸屏上进行.照明也可根据时间段进行控制.工业控制网络系统工业控制网络系统主要由工业以太网环网和 RS485 现场总线网络两部分组成 :工业以太网环网:监控中心与区域控制器采用 100M 工业级以太网环网,利用单模光纤进行连接,实现了区域控制器与监控中心计算机之间的数据交换,并将区域控制
13、器中所有外场设备的运行状态、故障、报警等信息上送中央监控系统,并完成中央监控系统给区域控制器下发的控制指令.RS485 现场总线:实现了区域控制器与车辆检测器、情报板、变频控制器等外场设备的数据交换,并将上述设备的运行状态、故障、报警等信息上送区域控制器,并将区域控制器的控制指令下发到相应的外场设备.外场设备系统外场设备系统主要由完成现场信号采集和隧道内设备调节、指示、控制的设备组成.外场设备系统主要有:现场总线设备:包括隧道内本体控制器与监控系统间的工业以太网网络和本体控制器与外场设备的 RS485 通讯网络两部分,完成隧道内外场设备、本体控制器与监控设备间的数据交换等功能.通信系统:完成隧
14、道内、监控分中心、省交通骨干网等的数据交换等功能.交通控制系统:包括交通信号灯、车道控制标志、可变情报板、可变限速标志、车道栏杆机、太阳能黄闪灯等外场设备,完成隧道沿线交通信号及设备的指示、控制等功能.火灾检测报警系统:完成隧道内消防设备的信号采集、控制和监视等功能.闭路电视系统:包括外场设置的视频监视系统、视频传输系统和视频显示、控制和录像系统等组成,完成隧道内的视频传输、控制、处理等功能.紧急电话系统:完成隧道内事故的紧急求助、报警、监控等功能.隧道环境信息采集系统:包括隧道交通事件检测系统、光强检测器、CO/VI 检测器、风向/风速检测器等设备,完成隧道内环境信号采集、控制和监视等功能.隧道通风与照明控制系统:完成隧道内通风设备、照明设备的信号采集、控制和监视等功能.在隧道通风设备控制中,为了达到节能的目的,避免因为活塞风 现象对风机等设备造成损坏,选择了施耐德电气公司提供的 ATV61 变频器产品完成通风设备的精确控制 .ATV61 变频器产品的特点为:带有速度检测的旋转负载自动获取(专为 活塞风现象设置)节能比, 2 点或 5 点平方压频比按照速度自适应电流限幅休眠功能,唤醒功能多种系统保护功能中文调试界面多种访问权限设置恢复工厂设置 功能横洞控制系统:完成隧道内横洞门设备的监视、控制等功能.其它辅助系统:完成隧道内其它辅助设备的监视和控制等功能.
