高速公路機電設備智能監控系統設計

陳宇焜

(福建羅寧高速公路有限公司,福建 福州 350600)

0 引言

隨著智能化技術在高速公路機電維護、設備監控方面的運用和發展,高速公路公司在收費站、隧道、監控中心、服務區、ETC 門架等重要場地和節點都建設了大量的設備機房及機柜,而這些機電設備的安全性和穩定性成為高速公路科學有序運轉的重要保障。 以UPS 為例,UPS 作為電源核心設備對環境溫度要求很高。 當機房內出現空調故障時,機房機柜溫度升高,可能會導致UPS 設備故障,進而影響收費系統的運轉,造成收費站車輛擁堵。

機電設備智能監控系統能夠直觀、精確地獲取與展示實時設備情況,從而獲得詳細有效的數據以全面評估設備的運行狀況,及時發現可能發生故障的設備,幫助工作人員根據設備情況及時調整管理措施,更好地開展設備管理工作。 因此,通過智能監控技術及時發現安全隱患,對于提高設備管理效率、縮短機電故障響應時間、提高運行安全性就顯得尤為重要。

本文以福建羅寧高速為例,分析當前高速公路機電設備智能系統的現狀,提出高速公路機電設備智能監控系統的優化思路。

1 高速公路機電設備智能監控系統現狀與問題

1.1 現狀

高速公路的建設發展,大大提升了公路通行能力和運輸效率,對經濟社會發展起到極大的促進作用。其中,機電設備的穩定運行是高速公路高效、穩定運轉的重要保障。 發展至今,大部分高速公路管理公司對于機電設備管理模式依然處于粗放型的管理方式。 當發現業務受到不利影響之后,再對故障原因逐一排查,只能開展被動性、滯后性的運維管理工作,缺乏主動性以及預防性,這無疑給機電管養增添了不少困難。

隨著社會經濟的發展,家用車輛、物流車輛也在不斷增多,導致高速公路的運轉越來越頻繁。 這些高速公路在設計之初,缺少對設備智能化拓展需求的綜合考慮,導致高速公路站點沒有配置相應的智能監控系統。 因此,大部分高速公路公司還無法有效地監控機房環境、設備運行情況以及工作人員活動狀況等因素,嚴重影響機電設備運行的穩定性。[1]

1.2 存在的問題

筆者結合多年高速公路機電運維工作經驗,提出了目前在機電設備管理方面主要存在以下幾點問題。

1.2.1 巡檢制度及設備監管執行力有待完善

高速公路涉及機電設備種類、數量繁多,而在實際執行過程中,巡檢制度常常出現執行不到位的情況。一是由于采用人工定期巡檢。 由于技術人員少、管轄路段公里長、用車緊張、突發事件等工作影響,仍存在巡檢不及時等問題。 二是由于高速公路的特殊性,高速公路機電運維中心離各機房距離較遠,還存在設備“無人管”“多人管”等監管不到位的問題。

1.2.2 故障發現不及時和巡檢記錄不夠完善

一是目前監控員只能通過圖像輪巡或突發事項處理時才發現問題,對機電設備故障發現不夠及時,影響其他相關業務。

二是各機電系統除了定期巡檢,在應對突發故障時對故障記錄的不夠完善,機電設備管理技術人員沒有全面掌握機電設備的運行信息及維護歷史記錄等也會造成對機電設備長期維護不力。

1.2.3 機電設備監管缺乏專業的技術力量支持

一方面,由于高速公路機電設備種類繁多,機電技術人員數量卻并未明顯增加,同時,在故障的實際處理過程中,技術人員缺少實操培訓,對各類設備的功能和操作流程不夠熟悉,對設備的維護周期缺乏精準的把控,設備維護能力不達標等問題也影響這機電設備的監管。 另一方面,就當前的發展現狀而言,機電設備的監控技術還有待完善,管理工作缺乏系統性的專業技術力量支撐。

1.2.4 機電設備監管缺乏足夠的經費支持

高速公路公司主要將經費用于基礎設施建設和基礎機電設備采購,對機電設備的智能監控系統不夠重視,對機電設備的智能監控系統部署不夠,資金投入不足,造成設備智能監控系統薄弱。

2 福建羅寧高速路段公司設備智能監控系統布局方案

2021 年,福建羅寧高速路段公司以羅寧高速路段為依托開發了設備智能管理系統。 羅寧高速公路于1998 年建成并通車,高速公路全長33.14 km。 全線共有收費站4 座,隧道2 座,服務區1 處,ETC 門架8 處。該路段共設有16 處設備機房機柜,包括:1 處監控中心設備通信機房,4 處收費站設備通信機房,2 處隧道設備通信機房,1 處服務區設備通信機房,8 處ETC 門架設備通信機柜。

2.1 系統方案

羅寧高速所采用的設備智能管理系統,可對UPS電源系統、機柜環境溫濕度、精密空調、門禁管理、視頻監控等不同功能的設備進行全面集中監控和管理;實時監測機柜中各種設備的狀態參數及運行情況,智能控制、維護相關設備,通過語音提示、手機短信等多種方式向維護管理人員及時報送預警信息,如圖1 所示。

圖1 設備智能管理系統示意

2.2 系統結構

設備智能管理系統由設備監控管理平臺、設備管理主機、采集模塊、計算機信息網絡、各智能測控終端組成。 此外,用戶還可結合自身個性化需求,自主選擇增設短信語音報警器等輔助功能。

管理平臺在TCP/IP 協議的基礎上,構建統一平臺進行信息交換,各個子系統的運行數據經過網絡實時傳輸到主機。 相關人員均能夠在獲得授權的情況下,通過登錄和使用移動端軟件或電腦平臺,快速便捷地瀏覽系統的各項信息[2]。

2.3 系統功能

設備智能管理系統軟件不僅可以在啟動計算機時自動啟動服務,也可以手動操作開啟或關閉服務。 客戶端軟件通過友好的圖形界面使得原本復雜的管理變得簡單、直觀。 該系統有一套完善的報警、告知和處理機制,完善的用戶管理和設備管理體系。 客戶端軟件的基本操作與通用軟件的操作方式類似,可通過菜單方式、快捷鍵方式、鼠標左右鍵方式等操作方法,軟件全部采用窗口對話方式進行選擇操作,如圖2 所示。

圖2 操作界面示意

2.3.1 實時數據顯示和報警通知

豐富的圖形界面簡化了原本復雜的操作,直觀表示出設備的各種狀態信息和實時信息。 技術人員可隨時了解設備運行狀況,有針對性地進行檢查維護。

管理系統采用智能的報警處理方式,對設備的誤報或已恢復的報警都有自動處理機制。 當設備發生報警時,系統會第一時間自動通過本地聲音報警、手機短信告知用戶。 報警信息中包括故障現象、時間、位置,方便監控中心通知維修人員,并形成記錄保存。同時,支持用戶手動處理并詳細記錄設備報警的處理過程[3]。

2.3.2 高效開展設備管理

設備智能監控系統采用的是成熟的網絡技術,通過短距離采用網絡線,長距離采用光纜的方式,實現設備預警及時準確。 通過設備智能監控系統,可以及時發現設備存在的隱患,如設備工作在旁路狀態;及時采取相應的措施,防止突然斷電引發事故;還可自動檢測各個點的設備數據,并提供的詳細的維護報告。

2.3.3 數據和設備安全保障

該功能可以形成完善的報警記錄。 出現報警時,管理系統以圖形和聲音的形式告知管理員;設備檢修結束恢復正常后,管理系統自動對本次的報警情況進行記錄和處理。 所記錄的歷史數據整理成數據庫,方便管理人員進行查詢;并根據人員的需求自動生成報表(列表和圖形 ),將數據更加直觀的反應給管理人員作為決策的依據。 管理系統以后臺服務方式運行,電腦一開機就開始執行程序,能在使用者未操作計算機時,自動保存數據、預警記錄,達到無需人員干涉,全自動監控管理設備。

3 智能監控系統優化設計建議

結合羅寧高速機電設備智能監控系統的建設實踐,筆者認為應該高度重視智能監控發展。 為推動智能監控系統在高速公路的優化運用,科學合理解決監控系統中存在的各種問題,筆者提出以下幾點建議:

3.1 突出科學合理性

目前,使用設備智能管理系統只能實時反應設備狀態和故障提醒,應加強對機電系統維護數據信息的分析整合能力,通過數據分析手段提出機電設備的故障關鍵問題,形成設備故障分析報表,為機電管理人員進行故障判斷時提供輔助性作用。

3.2 突出高性價比和安全性

為了保證智能監控系統的可持續性發展,應注意協調成本與性能之間的平衡,注重提升抵抗惡意入侵的能力。 各個端口應具備相互獨立的監控能力,減少因某個系統硬件或某個通道通信故障造成的其他系統功能運轉障礙。 同時,應該要確保做到發生故障的硬件僅對單個終端造成影響,通信中斷情況下,系統仍然可以正常工作;待通信恢復之后,數據能夠繼續自動上傳。

3.3 突出高開放性

充分考慮系統環節的開放性。 就機電設備管理系統而言,無論是監控中心,還是各個監控點,其網絡協議采用的都是標準的TCP/IP,即意味著監控系統擁有其獨有的內部網絡,并在此基礎上拓展開發其他業務。因此,可以考慮開放各種設備通信協議接口,兼容不同品牌不同種類的機電設備,確保系統的正常運行不受設備品牌和種類的影響。

3.4 突出減小工作量

智能監控系統的根本目的在于減少管理人員的工作量。 應不斷探索合理化減少工作量的方案和措施,使設備智能監控系統成為幫助維護技術人員的有力工具,而不是技術人員的工作負擔。

3.5 突出高拓展性

應重視設備智能監控系統將來的擴容和升級。 當前,高速公路信息化和智能化的進程不斷加速,保證充分的擴容余地和提供將來升級的可能是系統可持續發展的重要手段。 在規劃布局智能監控系統,應綜合考慮后期的擴容,并為進一步擴容預留空間。 尤其是對于設備智能監控管理系統,技術升級是不可避免的,系統的擴容能力是影響系統生命力的核心決定因素。 可擴容性強的系統能夠適應未來設備數量、種類的變化、監控內容的增多、范圍的擴大等需求,可通過在原有設備智能監控系統的基礎上增補相應的功能配件,從而最大程度的利用現有資源,節約成本投入。

4 結語

綜上所述,在高速公路的機電運維過程中,設備智能監控系統是保證運行安全與效率的關鍵環節,發揮著十分重要的作用。 由于高速公路各設備機房機柜距離運維中心較遠,當前配備的技術維護人員不足,應急保障能力有待提高。 通過利用各種監測設備以及數據采集終端,對設備的供電狀態、環境溫濕度、入侵防盜等進行實時監測,以智能化技術與機電設備相結合的方式,建立設備智能監控系統,及時發現監測指標發生異常,遠程發現分析設備原因,可以進一步縮短設備故障維護響應時間,防止設備故障事態擴大,降低機電養護成本和人工投入,更有效地保障高速公路各作業系統穩定運行。 未來,隨著萬物互聯時代的到來,技術維護人員利用機電設備智能化系統作為工具協助設備管理已成為發展趨勢。

現階段,高速公路機電設備智能化已經步入快速發展階段,作為高速公路機電管理工作人員要基于管理現狀,利用信息化、智能化技術推動設備維護工作的開展,通過不斷學習,轉變傳統的管理觀念和方式,以不斷創新的工作思路參與到機電設備智能化管理工作中。 通過完善機電設備智能化管理制度、責任制度,提升專業能力和技術水平,發現管理漏洞及時解決,推動高速公路機電管理工作向智能化、便捷化的方向發展。