高速公路機電設備智能化管理

王嶺

摘要：本文探討了高速公路機電設備智能化管理的實現方法，就系統通信網絡結構、對設備的要求以及系統的一般功能進行了說明，對兩種常見的系統集成方式進行了比較。在此基礎上結合作者工作實踐，闡述了高速公路機電設備智能化管理在提高事故應急反應的實時性、增強機電設備養護管理的主動性、獲得直接經濟效益等方面的意義，探討了系統與移動互聯網結合的效益、與相關系統整合構建高速公路BIM的可能性，討論Discuss了機電設備智能化管理系統應用于實際管理流程時需考慮的因素。

關鍵詞：高速公路；機電設備；智能化管理

中圖分類號：U418.7 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）30-0013-02

0引言

在目前國家大力加強基礎設施建設的背景下，高速公路路網正在形成。高速公路沿線一般設有往往有供配電、照明、氣象站、環境監測、消防等機電設備，跨江、跨海大橋根據需要還會有景觀照明、通風除濕系統、結構監測系統、電梯、航空燈、航道燈等專屬設備。這些設備往往分布于沿線數十公里甚至數百公里的范圍內，這就對機電設備的管理和維護提出了特殊的要求。

傳統的高速公路機電設備管理系統化程度低，往往存在對設備的狀態監測信息掌握滯后、對設備的控制偏重于現場的情況，這就造成了管理效率低、維護工作量大、應急反應速度慢等問題，設備出現故障時維修常常變成了搶修。隨著技術的不斷進步，尤其是通信網絡技術和智能控制技術的進步，利用先進的高速公路通信網絡和設備的智能化控制功能，在接口和協議的基礎之上，可以構建先進的智能化網絡，實現分散設備的集中管理控制。

1系統網絡通信結構

通信網絡是現場數據有效收集至控制中心和控制中心控制命令準確傳送到現場機電設備的關鍵。根據高速公路機電設備總體分散、局部集中的特點，一般考慮采用現場通信網絡和主干通信網絡相結合構成系統通信網絡。

主干通信網絡經過目前采用的較多的是千兆光纖以太環網，主干光纖通過沿途的以太網交換機構成光纖環網，其特點是可以實現通信鏈路冗余，在鏈路發生單點故障的情況下，網絡可在短時間內重構，保證數據傳輸的可靠性和實時性。

現場通信網絡一般采用總線方式將現場設備與通信管理機相連。通信管理機根據系統采用的通信協議進行數據轉換后與以太網交換機相連，實現控制中心與現場設備的數據通信。

2機電設備的智能化管理的實現

2.1實現方式

設備選型時應根據設計要求選擇具有智能接口的設備，接口宜為標準接口，應與系統相匹配；設備應盡量采用一致的通信協議可以簡化現場通信網絡結構、降低接口軟件編制的復雜性、提高數據傳輸的安全可靠性。考慮到高速公路機電設備沿全線狹長帶狀分布的特點，一般每隔一段距離設置一個監控子站或在設備相對集中的位置（如配電房）設置監控子站，監控子站通過現場通信網絡來采集數據和下達指令，監控子站的設備選型應具有一定的可擴展性，便于后期增加的監控點接入系統?，F場子站的數據通過主干通信網絡傳輸至監控中心，監控中心設有監控主機、數據庫服務器、視頻主機等設備實現沿線機電設備的集中遠程控制、自動化管理和工作環境的實時監控。

2.2系統功能

系統應具有配電自動化所需的“五遙”（遙測、遙信、遙感、遙調、遙視）功能，應能對沿線的照明設施進行自動控制，監測主要出線回路的電力參數、各級開關的分合閘狀態并具有分合閘遙控功能。對于跨江、跨海大橋的航空燈、航標燈、除濕機和電梯等設備系統應根據管理需要和安全要求具有運行數據采集、運行狀態監視、遠程控制、緊急狀態報警等功能和與應急處理預案相適應的應急處理功能。對于隧道工程的通風設備、火災監測報警和消防設備應根據相關標準和環保要求具有自動控制功能。

2.3系統集成

高速公路機電設備可以劃分為若干系統，如供配電設施電力監控系統、照明設施自動控制系統、道路監控系統、收費站污水處理系統、隧道通風控制系統、大型橋梁的電梯自動監測子系統等等。因此可以選擇采用兩級集成的模式，首先通過監控子站完成分系統設備的基礎的數據采集，構建各子系統集成平臺，然后構建機電設備集中控制系統平臺，將各子系統數據源傳輸到該平臺上，實現高速公路機電系統的平臺化集成管理，實時監測設備狀態，根據監測情況調用子系統對設備進行管理控制。

但這種兩級集成模式下，每個系統都搭建一個控制平臺，可能會造成大量的數據冗余、系統資源浪費和設備的重復投資，從而導致整個系統的不經濟。因此，可以采用對設備按區域進行管理的模式，將各類現場設備的數據接入相應的監控子站，傳輸至控制中心后由機電設備集中控制系統平臺統一處理。由于供配電設施對全線設備分區域供電，全線大量的照明設備也是分區域管理，因此這種模式下合理的做法是在為配電自動化而設計的SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition即數據采集與監視控制）系統基礎上構建集控平臺，將其他機電設備通過接口和協議的方式在此平臺上集成后分系統進行管理和控制。如管理范圍較大，可以考慮在適當的位置設置監控副中心，通過操作權限和優先級的設置，劃分各自的管理控制功能。

3機電設備智能化管理的現實意義

3.1實時掌控設備運行狀態、提高應急反應能力

通過對機電設備的智能化管理，可以迅速定位設備故障點，例如，任何收費站點或路段出現停電事故時，集控平臺會立即收到停電告警信息，可以調度最近的備勤力量進行搶修：每年雷雨季節易澇地段的積水都對營運造成很大影響，通過設置水位警戒，超過警戒線自動啟動排水泵及時排澇，甚至不需要維護人員現場作業就可以確保正常營運，跨江大橋養護工人常常有被關在橋塔電梯內的經歷，一旦出現這種情況集控平臺會及時顯示電梯處于何種故障狀態，有利于管理人員及時采取正確的應急措施。如果系統能夠具有移動互聯接口，故障發生時還可在第一時間通知相關人員，減少緊急事態下的反應時間、避免傳統信息傳遞過程中的失真。

3.2利用數據統計分析提高設備養護管理水平和經濟效益

現在各行各業都已進入信息化、智能化階段，利用大數據提升管理水平已是大勢所趨，如阿里巴巴的“阿里云”、電信的“天翼云”。通過對機電設備智能化管理平臺采集的大量數據有利于提升設備維護管理水平、增加經濟效益。例如通過對設備故障情況的統計分析有助于確定設備管理的重點，變事后被動維修為事前主動管理，減少遠距離趕赴現場維修造成的時間損失：通過對供配電系統三相電流、零序電流的分析可以發現各相負載是否平衡并進行相應調整；通過對功率因素的長期統計分析可以采取針對性的措施提高電能質量、減少無功損耗。

3.3與上級數據中心聯網可與相關管理系統進一步集成構建整個高速公路路網建筑信息模型（BIM），有利于上級管理部門對整個路網機電設備運行狀況和維護管理工作開展情況的掌握

機電設備的智能化管理是信息社會各項先進技術的綜合應用，某種程度上已經導致了設備管理流程的變革和重組。但是技術首要任務是服務于管理，從技術角度來看，高速公路機電設備的智能化管理已經可以達到相當高集成度，系統如何集成還要考慮高速公路管理單位的組織管理模式、具體設備的控制方式、現場特殊環境的限制以及安全性要求、經濟效益等方面因素，不必片面的追求大而全。比如橋梁結構安全監測系統作為大型橋梁安全的重要保障，與供配電等系統一般分屬不同的職能部門管理，就不適合集成在同一個系統中：高速公路隧道的火災報警和消防聯動控制系統必須充分考慮安全性因素，宜作為獨立系統管理和控制，集成時只共享必要的信息。

高速公路機電設備是高速公路路網管理的重要保障，在互聯網飛速發展的信息化時代，必須緊跟時代潮流，提升機電設備管理的智能化程度才能為路網信息化管理提供可靠的基礎，保證路網高效運行，更好地服務經濟社會發展、滿足群眾需求。endprint