基于SCADA的高速公路機電設施綜合監控系統

張 林 梁

(山西省交通科學研究院，山西 太原 030006)

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基于SCADA的高速公路機電設施綜合監控系統

張 林 梁

(山西省交通科學研究院，山西 太原 030006)

以實際工程為例，利用SCADA數據采集及監視系統，對高速公路路段和隧道機電設備進行了數據采集與監控，描述了機電設施綜合監控系統的功能，并對系統進行了多種優化，經實踐證明，該系統界面設計美觀、功能易于用戶操作，滿足綜合監控系統的實際要求。

組圖軟件，隧道，監控系統，機電設施

0 引言

高速公路隧道是高速公路路網通行的重要組成部分,由于隧道內外結構的特殊性,在交通通行量大以及環境條件惡劣的情況下,發生阻塞交通以及重大交通事故的可能性增大,對高速公路的正常運行管養以及維護具有重要影響。由于國內高速公路隧道綜合監控系統規模較小，系統集成方法和網絡結構很難滿足特長隧道群監控數據量大、傳輸距離遠的難題，且我省地理環境比較復雜，高速公路建設中隧道數量多且長度較長，一直以來對其采用普通隧道的監控模式，其作業效果受到極大制約。本系統主要是針對上述問題并結合特長隧道的特點，通過對交通狀況、環境影響因素、節能和控制、設備運行狀況等多方面因素，研發一套基于SCADA的高速公路路段和隧道機電設施綜合監控系統。

1 系統組成

該系統以內核方式通過加載驅動程序，利用組態方式使軟件運行于PC終端或服務器，通過數據采集器進行數據采集。系統能根據各個管理區段的交通運行信息、環境狀態變化參數以及各種監控設備的反饋信息等利用先進的數據傳輸技術和監控設施進行統一調度，確保隧道和路段運行狀態最佳；同時可以加快事故處理的速度，并對二次事故的發生具有防止作用，提高路網服務水平。

1.1 基本技術特征

1)采用模塊化設計，使設備形象顯示，可擴充、易維護；可以通過Web發布，使監控人員在隨時隨地可以通過網絡進行監控。

2)控制模式包括手動單控模式、手動群控模式、自動控制模式、預案自定義控制模式；其系統具有編輯處理、預案定義、系統自定義控制等功能。

3)該系統可實現對隧道內異常交通事件的自動控制，通過對交通狀況、環境監測設備狀況、視頻分析、照明條件等因素進行聯動控制，如交通緊急狀況、交通事故、隧道火災報警等緊急情況，主要目的是為了保障事故中人身和財產的安全。

1.2 各個子系統功能

本隧道監控系統包括路段監控系統和隧道監控系統兩部分，其由交通道路監控子系統功能、消防設施監控子系統功能、隧道聯動子系統控制功能、照明設施監控系統功能、通風設施監控子系統功能以及通訊管理設施子系統功能等組成。各個系統互相獨立且有機合成，統一協調，互相聯動。各個子系統具體功能介紹如下：

1)交通道路監控子系統功能。

通過利用數據采集器采集的車行速度、車行方向、交通量、車道占有率等交通狀況信息以及車道指示標志、交通燈等反饋的信息綜合判斷隧道交通狀況，對隧道交通系統進行控制，保證交通暢通。

2)通風設施監控子系統功能。

系統實時監測隧道內通風情況、風機運行狀態及運行參數，可根據實時檢測的風速風向值、CO濃度值、能見度值、交通流等信息數據，實現對風機的實時、延時、定時控制(運行及停止)，以保證隧道的安全及運行環境的舒適性。

3)照明設施監控子系統功能。

系統采集各燈具回路狀態，根據隧道洞口環境亮度與入口段亮度、過渡段亮度、基本段亮度、出口段亮度等區域，根據設定的閾值可實現對照明亮度的自動控制、時序控制等。照明控制系統以自動控制為主，如果需要，操作員可以進行手動調整。

4)消防設施控制子系統功能。

系統自動采集火災報警裝置反饋信號及消防系統高低位水池水位、消防泵啟停信號，通過自動啟停消防泵，實現消防泵啟停的全自動控制。

5)隧道聯動控制子系統功能。

隧道聯動控制子系統主要是為了對突發事件以及緊急狀況的應急處置，通過對各類事件的實時檢測、及時發現報警信息、緊急預案等進行判斷，實現對隧道內各類機電設施的聯動控制。系統的應急聯動系統，增強了隧道對于火災、交通事故、隧道堵塞、惡劣天氣等突發緊急事件的應急處理的能力。

6)異常事件檢測子系統功能。

為了能對交通出現異常情況進行報警，并即時顯示事故事件報警圖像。

7)報警自動管理子系統功能。

系統的報警類型共分為七類，系統具有自動報警管理功能，當接到報警信息后，根據報警類型的不同，響應相應的報警事件。

8)信息采集子系統功能。

系統通過通訊系統從外場設備、隧道設備收集信息，對發生的每一事件的詳細情況進行記錄，對每一類事件采取的措施、處理方法、值班員號碼進行記錄。

9)數據統計查詢及控制子系統功能。

該系統通過數據采集器采集各種數據信息，根據數據處理及數據分析，可以實現對交通流量的數據查詢、阻塞及通行狀況判斷，還可以查詢及統計隧道CO/VI值是否超標，判斷事故發生及火災發生情況等，依據統計分析，實時地改變情報標志的顯示內容，控制消防泵等外場設備，對所判斷的事件進行處理。

2 數據通訊及界面設計

系統構成采用組態方式，能適合多種通訊協議，規約解析靈活。路段和隧道綜合監控系統可實現多種通信方式傳輸，包括串行通信和以太網通訊、共享文件、OPC通信等多種方式，根據硬件的通信規約，可通過加載驅動程序、服務等方式與硬件設備直接通信，該系統利用服務器與客戶端的方式控制與多個區域、多個網段的設備，數據采集與數據控制鏈路以客戶端方式運行，服務器實時監視客戶端的數據采集，系統通信模塊在保證系統檢測和控制的高度可靠性和實時性基礎上，還具有可擴展性良好和維護方便等特點。

3 應用及結論

目前，該路段和隧道綜合監控系統已應用于高速公路機電工程監控項目中，包括太長高速公路、左黎高速公路等。經過近幾年的運行，監控系統運行穩定，操作方便，監控效果良好，受到使用單位高度評價。

本系統具有以下基本技術特征：

1)系統采用組態方式，上位機軟件開發速度快，界面設計形象生動，根據路段和隧道的實際設備運行狀況可進行增減，擴充性好、易維護；

2)數據采集速度快，可同時監視數萬個監測點，通信功能強大，可依據實際情況進行實時、定時、分時數據傳送及控制，具備預案處理機編輯功能；

3)交通、照明、通風、消防、視頻等子系統可進行獨立控制及聯動協同控制；

4)監控系統的控制模式為多制式設計，即具有手動單控模式、手動群控模式、自動控制模式和預案控制模式；

5)該系統軟件兼容性高、開發程度高，可通過ODBC，ADO以及直連，DCOM等方式顯示數據接口，還具有數據采集API和平臺運行API。

[1] 李朝霞.King SCADA組態軟件在特長隧道群監控中的應用[J].山西建筑，2013,39(20):164-165.

[2] 李晉文．PLC在平榆高速公路隧道群監控系統中的應用[J]．山西交通科技，2011(6)：44-45.

[3] 齊中文．特長隧道的智能控制研究[D]．北京:北京交通大學，2007.

[4] 林愷豐．高速公路監控系統的設計與實現[D]．武漢：華中科技大學，2006.

On comprehensive monitoring system of expressway mechanical and electrical facilities based on SCADA

Zhang Linliang

(ShanxiAcademyofTransportation,Taiyuan030006,China)

Taking the factual projects as the example, the paper adopts SCADA data collection and monitoring system, undertakes the data collection and monitoring for the sections of expressways and tunnel mechanical and electrical facilities, describes the functions of the comprehensive monitoring system of the facilities, undergoes various optimizations, and proves by the practice that the system interface has appealing design which is easy to operate, so it meets the factual demands of the monitoring system.

image software, tunnel， monitoring system, mechanical and electrical facilities

1009-6825(2017)13-0170-02

2017-02-27

張林梁(1984- )，男，碩士，助理工程師

U412.366

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