公路隧道自动控制系统设计

公路隧道自动控制系统设计

康华志

济南市市政工程设计研究院(集团)有限责任公司广州分公司

广东广州 510000

摘要：隧道是道路的重要且特殊的组成部分，由于隧道行车的封闭性与复杂性，要求隧道必须配置较为完整的监控与控制系统，保证隧道安全及高效运行，减低隧道交通安全风险，并能快速应对突发紧急事件。黄埔区科学城连接知识城快速通道（南段）工程设置了大峒岭隧道（约1350米）及黄旗山隧道（约1550米），均为穿山隧道，配备了完整的公路隧道自控系统，本文以此工程为依托，阐述了公路隧道自动控制系统的组成及功能。

关键词：公路隧道、自动控制系统

一、公路隧道自动控制系统方案

采用的是负责隧道信息收集及分析、监视隧道正常运行、处理突发紧急事件、发布重要情报、联动控制消防设备的一套计算机综合管理系统。设置计算机监控（中央控制）系统，监控子系统：

1、环境及设备监控；

2、交通监控；

3、视频监控；

4、紧急电话及有线广播；

5、无线通信；

6、火灾自动报警；

7、消防电源及电气火灾监控。

二、计算机监控（中央控制）系统

计算机监控（中央控制）系统以全工业以太网架构，交换机组成光纤环网，主要隧道洞口控制中心采用双机热备PLC作为主控站（接入各子系统控制系统主机及工作站），隧道内采用现场PLC作为隧道内区域控制器。主控站负责逻辑判断、容错、通信、自动控制等等。

信息层设备主要设置在控制中心，包括：2台三层以太网交换机、2台冗余SCADA服务器、网络接入设备、无线通信主机、视频监控主机、火灾报警主机、紧急电话及广播主机、以及监控液晶墙、数据及视频存储磁盘阵列、路由器等等；

控制层主要设置在控制中心及隧道现场，包括：视频监控工作站、环境及设备监控工作站、无线通信工作站、火灾报警工作站、紧急电话及广播工作站、单灯控制及工程师工作站、环境及设备监控现场控制站、应急照明控制器、现场ACU区域控制单元等等；

设备层设置在隧道现场，包括：现场仪表、车辆检测器、车道控制器、交通信息显示屏等等。

控制层采用单模光纤环型自愈主干网、光纤交换机组成千兆工业以太网，以主从、对等、或混合结构等通讯方式连接。

1、公路隧道综合监控系统的主要功能及要求：

由设备层采集隧道、隧道配电房及控制中心的所有子系统信息，上传控制中心。主要包括：隧道CO2、CO、VI、风速、风向、亮度等数据；照明、应急照明、水泵、风机等设备运行及故障状态；供配电系统的电流、电压等数据；车流量检测器、车道指示器、可变限速标志、交通信息屏、交通信号灯等信息；视频监控数据；紧急电话及有线广播信息；无线通信信息；火灾自动报警信息；消防电源及电气火灾监控信息等等。

由信息层设备、控制层设备对上传的数据进行数据计算、逻辑分析及判断，及时发出预警及报警，同时对监控液晶墙、照明、应急照明、水泵、风机、摄像头、声光报警、有线广播等设备进行全方位控制：平时由监控液晶墙全面显示隧道内设备布设、运行情况、实时数据、监控画面等，各子系统工作站实现对隧道的全面实时控制；遇到紧急情况时，自动启动报警及消防设备。提供信息储存及统计查询，保存各子系统数据统计报表，自定分类储存，可查询、打印。

主机设置双机冗余热备：设置两个主机，一个主机一个备用机，当系统启动时，备用机自动检测主机是否正常运行，如发现故障则即时进入主机状态并报警，如无故障则进入备用机机状态并随时监控主机；该架构满足系统稳定性和可靠性的严格要求。同时系统具备自诊断功能，无论设备层、控制层或信息层设备，均具备实时监测故障、实时报警功能。

公路隧道综合监控系统的整体解决方案架构：

三、子系统

1、环境及设备监控系统；

环境及设备监控检测隧道环境、配合智能运行状况，监控通风机、照明等设备，系统主要由环境检测仪表、综合保护测控单元、综合电量检测仪表、现场控制站、通讯网络、环境及设备监控工作站、配电智能化设备构成。

2、交通监控系统；

交通监控系统检测交通流数据，接收其他系统（如火灾自动报警系统、视频监控系统等）的报警及辅助信息，综合判断交通、事故或灾害状态，人工或按预定程序自动控制交通控制与诱导设施状态。系统主要由车流量检测器、车道指示器、可变限速标志、交通信息屏、交通信号灯、交通监控工作站等控设备构成，以常规I/O信号或通讯总线就近接入区域控制单元。

3、视频监控系统；

隧道全段（包括洞口内外、直线段、紧急停车带、车行人行横通道）设置视频监控设备，实时并全面监控隧道，采用光圈自动调节变焦镜头、带云台的低照度摄像机，通过双光纤自愈环网接入中央控制系统。

4、紧急电话及有线广播系统；

紧急电话及有线广播系统为突发紧急事件提供通信手段，两个系统合二为一，由主机综合控制。隧道全段（包括洞口内外、直线段、紧急停车带、车行人行横通道）设置紧急电话及扬声器。紧急电话及有线广播系统可与与隧道摄像机联动，通话是可实时观测现场情况，并可自动发送广播录音。

5、无线通信系统；

无线通信子系统包据调度对讲，调频广播，公安消防350MHZ信号引入，公安消防800MHZ信号引入等。所有无线通信子系统在多频合路后、采用共同的漏泄同轴电缆传输，完成隧道信号的覆盖。

调度对讲通信系统：隧道内工作人员与监控室的通信保障。

调频广播引入系统：实现隧道内通行车辆的全频无线广播，可插入紧急通知。

公安消防无线信号引入系统：将隧道外的公安消防无线信号引入隧道，提供火灾、交通事故处理的通信保障，且具有与公安消防中心通信的中继转接功能。

6、火灾自动报警系统；

火灾自动报警后台设备包括；火灾自动报警控制器、消防联动控制器、总线联动控制盘、多线联动控制盘、消防直流电源、广播控制盘、总线消防电话总机、CRT图形显示装置、感温光纤火灾报警主机等等。

火灾自动报警前端设备包括；感温光纤、点型三波段红外火焰传感器、手动报警按钮、火灾声光警报器、消火栓破玻按钮、输入输出模块、总线中继器及短路隔离器等等。

当火情被现场设备等感测到，通过报警总线上传至报警控制单元，经火灾自动报警控制器计算机处理，控制现场报警设施、控制排烟风机及消防加压泵等消防设备，并与与紧急电话及广播主机、应急照明和疏散指示控制器、消防电源状态监控器、电气火灾监控主机、消火栓破玻按钮等其他子系统实现联动控制。

对于消防设备，除联动控制方式外，还应由多线联动控制盘实现手动强启功能。

7、消防电源及电气火灾监控

消防电源监控探测器安装在0.4kV低压配电系统的“消防设备电源”侧，通过监控、采集消防设备电源过压、欠压、过流、缺相等电气参数并即时报警及记录。由监控器、区域控制主机等构成，采用二总线通信方式。

电气火灾监控探测器安装在0.4kV低压配电系统中，通过监控、采集剩余电流、过电流、过电压、温度和故障电弧等电气参数，对电气火灾进行即时报警及记录。系统由探测器、剩余电流互感器、温度传感器、区域控制主机等构成，采用二总线通信方式。

四、结语

随着社会的发展，隧道安全性的要求越加提高，利用现有的技术，通过各项子系统完成对隧道全方位的监控，而综合配置完整、智能化的中央控制系统，则保证了各项子系统相互协同、联动控制，保证其高效、严密运行，保证隧道行车安全。

主要参考文献

1、《公路隧道设计规范 第二册 交通工程与附属设施》（JTGD70-2-2014）；

2、《火灾自动报警系统设计规范》（GB 50116-2013）；

3、《施耐德电气交通行业自动化解决方案》；

4、《安科瑞企业微电网能效管理平台设计安装图册》。