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1、易控组态软件在广西马梧高速公路隧道监控系统中的应用北京九思易自动化软件 朱魁 施成 吴凡 孙迎春摘要：阐述了基于易控2009组态软件实现道路隧道集成监控系统的基本方法，并以广西马梧高速公路隧道集成监控系统为例，着重分析了集成监控分布式控制技术在隧道监控系统中的应用，就当前我国隧道监控系统的构成，提供了对于单隧道和隧道群的具体解决方案。本文分析了马梧隧道中集成监控系统整体解决方案以及上位集成方与各监控子系统之间的紧密关系，着重介绍了系统结构构成、各基本监控功能的具体实现以及系统紧急预案管理系统的分析等。关键词：隧道监控系统、本地控制器、预案管理、联动控制、分布式系统一、 引言公路隧道不同于铁路隧
2、道，需要安全的交通诱导、人性化的照明、通风设施，更需要一整套合理、周密的紧急事件救助方案。随着我国经济的持续快速发展，近年来交通运输量更是迅猛增加，行经隧道的车辆如果较为密集或者行驶缓慢时，会造成污染物(如CO)的增加，能见度的下降。公路隧道在整个路段属于特殊构造段，因为隧道空间小，密闭性强，一旦发生火灾、事故、交通拥堵，隧道内的环境会发生急剧恶化，直接影响到司乘人员的健康和生命安全，因此，对隧道监控系统提出了更高的要求。二、 背景广西桂林至梧州公路马江至梧州段是国家规划西部开发阿荣旗至北海公路中南宁梧州桂林支线的重要组成路段，是广西公路网主骨架的重要组成部分。全线设有武岭互通、倒水互通、梧州
3、互通、苍梧互通以及平浪等5处互通立交，设有茶子脚隧道、朝塘隧道、河尾冲隧道、方埇隧道、叶板埇隧道、大柚埇隧道以及飞田等7处隧道。本路开通5年后茶子脚隧道监控等级为A级、朝塘监控等级为C级，其余隧道均为B级。按照隧道划分标准，其中茶子脚隧道为特长隧道，朝塘隧道为短隧道，其他隧道为中隧道。方埇隧道、叶板埇隧道、大柚隧道构成隧道群。隧道监控系统采用易控(INSPEC)2009上位组态软件开发，分为马梧隧道茶子脚监控系统和马梧隧道苏屋监控系统两套上位集成监控系统，分别对马梧隧道中的茶子脚隧道以及苏屋隧道进行上位集成监控。该项目上位监控系统由北京九思易自动化软件有限公司设计开发。三、 监控系统简介广西马
4、梧隧道监控系统采用分层多级控制，控制界别包括局监控总中心-平浪监控分中心-隧道管理所-本地控制器。其中局监控总中心不在本次设计范围内。系统架构图如下：现场采集数据经外场设备采集至本地控制器，然后经由工业以太网传送至隧道管理所，再由隧道管理所经以太网传送至平浪监控分中心，最终传送至局监控总中心。在隧道入口变电所、隧道管理所和平浪监控分中心分别具有对其所管辖范围内设备的本地监测和控制功能。隧道监控系统由九个子系统构成：交通监控子系统、闭路电视监视子系统、火灾自动报警子系统、隧道通风控制子系统、隧道照明控制子系统、电力监控子系统、紧急电话子系统、指令电话子系统、有线广播子系统。其中交通监控、闭路电视
5、监视、火灾自动报警、紧急电话、指令电话、有线广播子系统为独立的子系统，通风控制、电力监控、隧道照明控制在逻辑上相对独立，在系统构成上则合成一体。九个子系统之间既避免由于某个子系统出故障而影响其它子系统的运行，又可保证整个系统的联动运行；当隧道监控室设备出现故障时，通过本地控制器可完成现场控制，每座隧道的所有本地控制器相连，其中有一个本地主控制器，可控制整个隧道的正常运行。1. 系统总体框架本监控系统采用C/S网络架构模型，由数据服务器、客户端工作站构成,通过光纤环网进行数据交互。服务器工程实时采集隧道外场所有设备数据信息，自行进行数据分析和存储，并为客户端工程提供所有实时数据和历史数据；客户端
6、工程提供人机交互界面，操作员通过客户端工程向服务器工程发送请求监视和控制隧道内的所有设备。监控系统总体框架示意图如下：系统中，包含数据服务器、视频服务器、工作站以及其他各独立子系统(消防子系统、电话子系统、CCTV子系统、网络子系统、电力子系统等)，实现对隧道内所有外场设备的实时数据采集和命令下发。2. 系统运行模型本系统具体运行模型如下图：3. 各集成监控子系统1 交通子系统交通监控子系统主要由交通检测与交通信号控制两部分组成。在茶子脚隧道、方埇隧道-叶板埇隧道-大柚埇隧道群、飞田隧道出入口设置车辆检测器，主要用于交通流量、平均车速、占有率等交通参数的检测，并判断隧道内的堵塞情况，也是通风和
7、隧道照明控制子系统的基本数据。检测参数包括交通流量、平均车速、占有率、车头时距。交通信号控制主要是用于协助疏导交通、给司机提供信息，以保证道路安全畅通，提高路网整体通行能力,通过在接线道路区、引道区、隧道及其出入口区的信号指示，达到分流、启闭车道、胁迫车辆改道等作用。本系统由交通监控计算机、隧道工业以太网交换机、隧道本地控制器、外场设备以及传输通道等组成。本地控制器系统通过检测交通及隧道环境参数收集、存储和管理外场设备数据，监视外场设备工作状态，报告给监控室，并且接受监控室命令对外场设备进行控制；另外它还具有本地自动控制的功能，在维修或测试等需要时可由隧道内的本地主控制器作为中心进行控制。交通
8、信息除传送至隧道管理所外，还将通过网络传送至平浪监控分中心，并接受来自监控中心的控制指令。交通子系统可实时监控交通信号灯、车道指示器、车辆检测器、可变情报板等外场设备。可监视或控制交通信号灯红灯、黄灯、绿灯、转向灯四种状态；车道指示器正面绿箭反面绿箭、正面绿箭反面红叉、正面红叉反面绿箭、正面红叉反面红叉四种状态(根据现场车道设计，系统中已禁止使用正面绿箭反面绿箭此状态，禁止出现双面通行的交通误导)；可实时获取任意车辆检测器的各项交通数据(车流量、平均车速、占有率等等)，同时可自行根据各项数据计算出此路段的交通拥堵情况，并在监控画面中以红(拥堵)、黄(缓慢)、无色(正常)三种状态反馈给监控人员；
9、可实时动画模拟现场所有情报板所发布的文字、图片等信息，同时可下发指令给情报板控制器，下发任意文字、图片信息进行交通信息诱导。交通子系统亦结合预案系统，当隧道出现任意事故时，调动各外场设备进行联动控制，保障隧道交通正常运行。2 消防子系统茶子脚隧道、河尾冲隧道、方埇隧道-叶板埇隧道-大柚埇隧道群、飞田隧道洞内均设置手动报警按钮。手动报警按钮设在消防洞附近的预留洞室内，约每50米一个，通过总线与火灾报警控制器连接。在紧急情况下人工按动报警按钮，即可将信号传到隧道管理所，再配合闭路电视监视子系统确认事件性质。消防子系统为独立子系统。本次设计采用光纤光栅感温探测系统，光纤光栅传感是通过对光纤内部写入的
10、光栅反射或者折射光谱的检测实现对火灾的检测。本子系统由隧道管理所火灾报警工作站、隧道火灾报警控制器、隧道内手动报警按钮、光纤光栅火灾探测器、光纤光栅感温火灾探测信号处理器以及传输通道等组成，可及时、准确的反映出隧道内火灾发生的地点。消防子系统，在隧道出现火灾事故时，及时结合预案管理系统，由管理所监控人员人工执行火灾预案，控制隧道内的射流风机的启停、各卷帘门相应的开启或关闭，同时，结合现场情况，及时关闭事故路段入口的交通信号灯，相应的更改本路段上的所有车道指示器，结合可变情报板，诱导隧道内事故路段或其他路段的所有车辆安全驶离事发路段，保证现场所有车辆的行车安全。本子系统同时控制照明系统，将隧道内
11、所有照明设备开启到最大范围和强度的照明，并控制CCTV系统捕获火灾事发地三路视频信号以及本隧道入口处的一路视频信号自动切换至监控主机中，供管理所内监控人员及时处理现场事故。3 电话子系统紧急电话在长隧道出入口和隧道内每200米设置一套，用于司机在紧急情况时进行呼救求援；指令电话设在隧道口变电所以及隧道管理所内，利用程控交换机的热线和会议电话功能实现本路的指令电话系统，指令电话子系统主要用于隧道内防灾、电力以及交通管理方面的集中服务通信。在隧道管理所设有紧急/指令电话控制台，用于处理司机的救援信息。通过控制台的接口，可以在工作站上显示紧急电话的号码与位置等信息。本子系统可实时检测隧道内任意一部电
12、话的呼叫状态，如有电话呼叫求救时，管理所的监控画面上将自动切换出电话呼叫位置，并用相应的动画闪烁来描述报警类型，同时，系统会控制CCTV系统，将报警点处的三路实时视频信号以及当前隧道入口处的一路视频信号自动切换至监控主机中，供管理所内监控人员及时了解现场的情况。4 通风子系统由于隧道内汽车排放的废气、行驶时带起路面上的烟气和粉尘不易扩散，对人体非常有害，也影响行车安全，因此隧道内保持良好的空气是行车安全的必要条件。通风控制子系统可以根据检测到的环境数据、交通量信息控制风机的运行台数、风向、运行时间，并且能实现节能运行和保持风机较佳寿命的控制运行，并在发生火灾时根据不同地点，进行相应的火灾排烟处
13、理，以保证隧道的安全及运行环境的舒适性。对风机的控制通过通风监控子系统来实现，通风监控设备与隧道内的本地控制器相连，由监控室或本地控制器根据隧道内的交通及环境状况制定相应的控制方案，由本地控制器相应模块控制风机软启动器供电回路，进而控制隧道通风。通风控制子系统由交通监控计算机、隧道本地控制器、风机、CO/VI检测器以及传输通道等组成。通风控制分为自动控制和手动控制两种方式，其中人工控制优先权高于自动控制。系统中带有火灾发生后排烟控制方案提示，经人工修正后可以对风机进行控制，也可以进行人工控制。由于消防系统为一独立系统并且具有一定的优先性，当发生火灾时，隧道通风系统将由消防系统予以控制。5 照明
14、子系统由于隧道内、外的亮度差别较大，因此司机在进出隧道时会产生种种特殊的视觉问题，因此如何使驾驶员适应隧道内外的亮度差，以保证行车安全，节约用电，是隧道照明控制子系统的重要目的。在茶子脚隧道入口洞内/外设置光强检测器共4套，其检测数据作为对隧道的照明回路实施控制的依据，对于出口段的照明可参照入口进行控制，不再设置光强检测器。除朝塘隧道外，茶子脚隧道、河尾冲隧道等六个隧道均设置照明回路设施，包括每个单洞设置4路加强灯、2路全日灯、1路洞口路灯等。本路隧道的照明系统是由隧道变电站集中供电的，其控制也是通过变电站来集中控制。因此，对隧道内照明系统的控制可通过控制洞口变电所内低压柜的相应回路来实现。变
15、电所工控机通过获取的光强监测器参数自动调节隧道照明亮度，通过工业以太网将有关信息传送至上级隧道管理所，并接受来自上级隧道管理所的控制指令。照明子系统提供根据光强检测值来控制照明和通过时间/季节变换来控制照明，以保证省电、有效的控制照明系统。6 电力子系统电力监控子系统，通过变电站内的各个电力设备监控单元对电力设备进行数据的采集和监控，以保证各个电力设备可靠稳定运行（除UPS设备监控集成于本系统中，其余电力设备监控均由电力监控工作站独立完成，不在本次设计范围之内）。本系统实现对茶子脚隧道中的2套UPS设备以及苏屋隧道群中的6套UPS设备的各项数据进行实时监控，在隧道管理所中的监控画面中，可实时查
16、看任意UPS设备的运行状态。包括输入/输出电压、输入频率、电池电压、环境温度、UPS类型、UPS故障等等设备具体信息。7 CCTV子系统闭路电视监视子系统（简称：CCTV子系统）用以直观、及时地观测隧道内的交通运行情况和事故现场，对特殊事件进行确认，为救灾排险提供第一手信息。对隧道通道实行全范围、全段面的人工监视，以便于中心管理值班人员清楚了解整个隧道及出入口的基本情况，并及时获得意外情况的信息。茶子脚隧道、方埇隧道-叶板埇隧道-大柚埇隧道群、飞田隧道洞内按每150米左右（在紧急停车带根据实际情况适当增设）间距安装固定摄像机，顺车辆行驶方向设置，保证整个隧道内无盲点；在隧道两端入口前设置室外型彩色遥控摄像机，在无人职守隧道变电所设置室内型彩色遥控摄像机。本子系统是由隧道管理所视频以太网交换机、网络视频服务器、监
