随着交通道路的不断发展,作为其一个重要环节的隧道,其数量不断增加,建设可靠、稳定、先进、经济的隧道监控系统已经成为工程界和公路营运管理部门共同关心的问题。现代控制技术的发展大大提高了公路交通的信息化和智能化程度,与3C技术相结合的PLC以其卓越的可靠性、抗干扰性以及灵活的控制方式成为隧道监控系统的核心控制器,他们与开放的网络通信系统一起,共同推动着隧道监控系统的发展。
隧道监控系统按照各个子系统分可分为:照明系统、通风系统、交通诱导系统、CCTV系统、火灾报警系统、消防控制系统、紧急电话系统、广播系统等。按照设备的类型分可分为:检测设备、控制设备、显示设备和通讯设备。检测设备如:火灾报警探头、车辆检测器、COVI、能见度检测仪、风速风向仪等;控制设备如交通区域控制器、照明区域控制器、通风区域控制器等;显示设备如:计算机工作站、大屏幕监视器、声光报警器等;通讯设备如:交换机、集线器、串口信号传输设备、光端机等。
当前隧道监控模式主要分为两种,一种是适用于短隧道的集散式控制模式,一种是适用于长隧道的分布式现场总线控制模式。前者布线复杂,造价较高,由中控室对现场设施进行控制与管理,后者施工方便,不但造价较低,而且可靠性较高,其又可分为全分布式现场总线控制和集中式现场总线控制。全分布式现场总线控制模式,中控室对现场设施不直接进行控制,由现场各种设施的控制器进行控制。分布式现场总线控制模式从网络构成来看,一般分3个层次:上层为中央计算机系统,即本地控制中心,中间是由各区域控制器组成的控制层,下层为各种检测设备和控制及诱导设备组成的设备层。
本地控制中心一般由现场监控工作站(控制计算机)、监控系统软件、主区域控制器及相应的附属设施构成,用于实现对整个隧道监控系统的统一监控。监控系统软件运行于现场监控工作站上,并不断与PLC控制器交换数据,实时地把所有设备的当前状态以图表、颜色、闪烁、数值等方式显示在操作界面上;而操作人员在操作界面的每个动作,也由监控系统软件将相关的命令、参数写入PLC,实现设备的手动控制。
隧道控制的核心思想就是将所有纵向及横向的系统有机地结合起来,通过算法分析,最终实现智能化控制。区域控制器就是其实现的核心。各区域控制器负责采集现场检测设备的信息,处理后传给本地控制中心,而本地控制中心的控制命令则发给区域控制器,再由区域控制器直接控制相应设备。在本地控制中心与区域控制器通讯中断的情况下,区域控制器仍然具备独立控制现场设备的能力。因此区域控制器应高效且高度可靠。
除现场控制设备,整个系统的通信网络则是保证系统能否高效运行的关键。长隧道、特长隧道以及隧道群的出现已经越来越多,单洞内的区域控制器就越来越多,这就意味着网络的结点在不断增加。通讯网络不仅要具有较高的通讯速率以保证大量数据的有效传输,还必须具有容错的能力以提高通讯的可靠性,即网络上出现故障时能够实现自恢复,同时,构成通讯网络的设备必须满足工业级要求,以适应隧道内苛刻的工作环境。系统还需要具有很好的可扩展性,使得设备更新与增加、功能改善与变化,都能最大限度地应用原有系统。隧道监控的环境相对比较特殊,隧道所处的山野防雷非常重要,隧道中的控制箱经常会遇到潮湿甚至漏水的侵扰,而一些高原隧道面临严寒和低空气密度,特别是长大隧道中的汽车烟尘很容易附着在密封不好的控制箱中设备上,这些烟尘具有一定的导电性,从而造成本地控制器等设备的早期故障或损坏。
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