淺談公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

周華

摘要：隨著我國交通事業(yè)的快速發(fā)展，公路隧道的發(fā)展速度也不落后。在公路隧道內(nèi)，為了使人們的行車安全得到保障，同時也為部門能有效處理突發(fā)事故提供便利，對于公路隧道監(jiān)視管理方面受到了足夠的重視。文章從系統(tǒng)、功能、硬件、軟件等方面具體設(shè)計了一個基本的公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)，并展望和闡述了公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：公路；隧道監(jiān)控系統(tǒng)；設(shè)計；發(fā)展

一、前言

近年來，我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，公路建設(shè)取得重大突破，公路設(shè)計中常常需要穿過山嶺等凸起地帶，因此，隧道成為公路的重要組成部分。由于隧道里光線相對較弱、空氣流動性不好等特點(diǎn)，與外面相比，隧道內(nèi)更容易發(fā)生交通事故，因此，隧道里的行車安全已成為隧道建設(shè)需要考慮的重大問題。隧道監(jiān)控系統(tǒng)在約束隧道里的行車行為、解決交通事故糾紛方面發(fā)揮著重大作用。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)主要監(jiān)視隧道交通狀況，對交通參數(shù)進(jìn)行檢測和統(tǒng)計，并對隧道內(nèi)的各種交通設(shè)施進(jìn)行監(jiān)控和管理，以保證高速公路的行車安全和暢通。根據(jù)隧道系統(tǒng)各個部分控制的對象不同，可以將隧道監(jiān)控系統(tǒng)分為計算機(jī)控制系統(tǒng)、交通監(jiān)控系統(tǒng)、照明控制系統(tǒng)、通風(fēng)控制系統(tǒng)、消防控制系統(tǒng)、緊急電話系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)等子系統(tǒng)。隧道監(jiān)控系統(tǒng)一般采用分布式控制模式，監(jiān)控中心對現(xiàn)場設(shè)施不直接進(jìn)行控制，而是由現(xiàn)場的區(qū)域控制器進(jìn)行控制。分布式控制模式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般分為3個層次：上層為監(jiān)控中心的計算機(jī)系統(tǒng)，中間是由各PLC組成的控制層，下層為各種檢測和控制設(shè)備組成的設(shè)備層。

三、系統(tǒng)功能

1.組態(tài)軟件功能

系統(tǒng)采用組態(tài)軟件來完成整個隧道的監(jiān)控界面。主要負(fù)責(zé)從區(qū)域控制器收集檢測信息，并對信息進(jìn)行處理；對交通信號燈、車道指示器、照明設(shè)備、風(fēng)機(jī)、防火門等設(shè)備進(jìn)行合理控制，其中對設(shè)備的控制命令可以是監(jiān)控人員手動發(fā)出的，也可以是系統(tǒng)根據(jù)預(yù)案自動發(fā)出的；動態(tài)顯示交通狀況和各種設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)；對超出上限值的模擬量進(jìn)行實時報警；可進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)查詢、報表打印等。

2.區(qū)域控制器功能

隧道區(qū)域控制器主要對隧道內(nèi)的信息進(jìn)行采集及控制，其主要功能為：

（1）收集本區(qū)段管轄的檢測設(shè)備的檢測信息。

（2）對收集的信息進(jìn)行預(yù)處理，將存儲單元中處理的信息上傳給監(jiān)控中心的上位機(jī)。

（3）接收上位機(jī)的各種控制命令，發(fā)給執(zhí)行設(shè)備。

（4）當(dāng)與上位機(jī)的通訊中斷時，所有采集的信息存儲在PLC中；通訊恢復(fù)后將存儲在本地PLC中的信息上傳至上位機(jī)。

四、監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

監(jiān)控系統(tǒng)軟件主要包括上位機(jī)力控組態(tài)軟件和下位機(jī)軟件。

1.上位機(jī)軟件設(shè)計

上位機(jī)管理及監(jiān)控系統(tǒng)采用力控組態(tài)軟件實現(xiàn)軟件編程，力控組態(tài)軟件是運(yùn)行在Window環(huán)境下的一種組態(tài)軟件，是對現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與過程控制的專用軟件，最大的特點(diǎn)是能以靈活多樣的“組態(tài)方式”而不是編程方式來進(jìn)行系統(tǒng)集成，它提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的工程實現(xiàn)方法，只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進(jìn)行簡單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能，比如在分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，所有應(yīng)用（例如趨勢曲線、報警等）對遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的引用方法與引用本地數(shù)據(jù)完全相同，通過“組態(tài)”的方式可以大大縮短自動化工程師的系統(tǒng)集成的時間，提高了集成效率。監(jiān)控主界面能夠顯示隧道內(nèi)各種設(shè)備的安裝位置，同時可以在靜態(tài)畫面中動態(tài)地顯示環(huán)境檢測值（車輛檢測值、風(fēng)速風(fēng)向檢測值、CO/VI檢測值、光照度檢測值、消防水泵等）以及各種設(shè)備的運(yùn)行狀況。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)利用不同顏色來顯示不同級別的報警狀態(tài)，同時發(fā)出聲音報警，以引起監(jiān)控人員的注意。

2.下位機(jī)軟件設(shè)計

通過軟件用戶可以進(jìn)行系統(tǒng)配置和程序的編寫、調(diào)試、仿真、在線診斷PLC 硬件配置狀態(tài)、控制PLC 的運(yùn)行狀態(tài)和I /O 通道的狀態(tài)等。根據(jù)隧道監(jiān)控設(shè)備的要求，下位程序使用軟件的梯形圖方法進(jìn)行編程。首先通過CPU 的USB 接口連接PC 機(jī)，在軟件中對PLC 進(jìn)行配置網(wǎng)絡(luò)地址并寫入，建立PC 機(jī)與PLC 之間的通信，然后新建工程，配置I /O設(shè)備信息，創(chuàng)建全局變量和本地變量，編程梯形圖程序。程序編程完成后，即可通過RJ-45 接口建立網(wǎng)絡(luò)連接并將程序?qū)懭隤LC 進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試。

3.下位機(jī)區(qū)域控制器設(shè)計

經(jīng)過對隧道內(nèi)各種機(jī)電設(shè)備、環(huán)境因素分析，并且考慮到監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性，隧道區(qū)域控制器選用PLC來接收上位機(jī)的指令并將現(xiàn)場設(shè)備的信息發(fā)送給上位機(jī)，以便很好的對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。本系統(tǒng)區(qū)域控制器PLC以及CPU，分別組成冗余和單機(jī)型兩種結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)，以滿足不同需求。這種PLC是組合式的，它將CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、智能I/O模塊、通訊模塊、電源模塊等分別做成相應(yīng)的電路板或模塊，然后將各模塊插在底板上，模塊之間通過底板上的總線相互聯(lián)系。這種組合式的PLC配置靈活，應(yīng)用起來十分方便。PLC控制系統(tǒng)的梯形圖程序是根據(jù)軟件編寫的。通過輸入正確的IP地址后將程序?qū)懭隤LC，來實現(xiàn)對隧道各種機(jī)電設(shè)備的控制。

4.隧道監(jiān)控系統(tǒng)的控制功能

通過上位機(jī)與下位機(jī)的結(jié)合，就建立了完整的隧道監(jiān)控系統(tǒng)，可以在監(jiān)控中心實時監(jiān)控隧道內(nèi)的交通狀況，并通過網(wǎng)絡(luò)通信遠(yuǎn)程控制機(jī)電設(shè)備。系統(tǒng)有自動控制和人工干預(yù)控制兩種方式。正常情況下，系統(tǒng)處于自動控制狀態(tài)。在異常情況下，由交通控制管理人員根據(jù)隧道內(nèi)實際情況，通過設(shè)在隧道控制室的交通控制計算機(jī)控制隧道交通、指揮調(diào)度車輛行駛。系統(tǒng)能連續(xù)檢測隧道內(nèi)的出、入口的交通數(shù)據(jù)。并按日、周、月打印統(tǒng)計報表。交通監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)隧道正常交通狀態(tài)和有交通事故、火災(zāi)以及施工等特殊情況時的交通控制，系統(tǒng)可通過車輛檢測器、火災(zāi)報警子系統(tǒng)、緊急電話子系統(tǒng)、閉路電視子系統(tǒng)等警告的信息，對信號系統(tǒng)發(fā)布指令，合理地控制交通，以達(dá)到減少事故，充分有效地使用隧道的目的。系統(tǒng)能不間斷地定時檢測系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備的工作狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)故障并顯示、報警。

五、公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展

對于公路隧道智能化控制的發(fā)展，當(dāng)前應(yīng)著重解決公路隧道信息不能有效利用的問題以及控制模式與控制軟件問題，使軟件應(yīng)用國產(chǎn)化并初步走向智能化。應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是控制發(fā)展的必然趨勢，控制是實現(xiàn)公路隧道管理目標(biāo)的根本手段。

從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)考慮，國內(nèi)公路監(jiān)控系統(tǒng)在管理體制上主要是三級管理，即管理中心、管理分中心和管理所。系統(tǒng)控制應(yīng)從集散式控制系統(tǒng)逐步發(fā)展為現(xiàn)場控制，從多級控制發(fā)展為二級控制，采用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場控制，通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、信息共享與區(qū)域協(xié)調(diào)控制。從系統(tǒng)設(shè)備考慮，應(yīng)提高檢測設(shè)備的水平，大力發(fā)展數(shù)字化與智能化儀器儀表，發(fā)展無線通訊與控制產(chǎn)品，實現(xiàn)遙測、遙訊、遙控，如通過圖像處理檢測器檢測交通參數(shù)等。

從系統(tǒng)功能考慮，火災(zāi)報警系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到自動檢測與消防實現(xiàn)聯(lián)動，通風(fēng)控制系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)前饋式智能控制，交通控制系統(tǒng)應(yīng)能自動判別交通狀態(tài)、異常自動檢測與處理。在可靠性方面，監(jiān)控計算機(jī)及任一控制點(diǎn)的失效不會影響正常智能節(jié)點(diǎn)對現(xiàn)場設(shè)施實施控制，它具有較高的系統(tǒng)容錯能力。公路隧道智能控制的關(guān)鍵技術(shù)，主要包括公路隧道的通風(fēng)控制、交通控制、通訊網(wǎng)絡(luò)以及綜合控制等，還有隧道照明的智能控制以及對設(shè)備的智能化檢測等，最后，將這些適合國情的研究成果綜合成一套完整的監(jiān)控軟件，以開發(fā)民族工業(yè)與促進(jìn)交通管理的進(jìn)步。

六、結(jié)束語

如今隧道監(jiān)控系統(tǒng)已成為公路安全管理的重要組成部分，其功能及設(shè)計還在不斷的發(fā)展和完善中，隨著技術(shù)的發(fā)展相信隧道監(jiān)控系統(tǒng)會越來越好的為人們服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

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