城市隧道監(jiān)控系統(tǒng)瞬時故障分析與控制研究

毛黎華

摘 要

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市建設中隧道工程越來越多，對隧道電子控制系統(tǒng)維護技術(shù)要求不斷提高，這是社會發(fā)展的必然結(jié)果是順應經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。本文對城市隧道控制系統(tǒng)故障中經(jīng)常發(fā)生又較難處理的瞬時故障進行分析，提出比較先進預防策略以及控制方案，并在實踐中收獲了比較好的效果，對于促進我國城市建設長遠發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

【關(guān)鍵詞】隧道監(jiān)控系統(tǒng) 故障分析 瞬時 控制策略

城市隧道電子控制系統(tǒng)對于提高隧道的安全運行具有重要意義，突發(fā)的比如隧道內(nèi)照明系統(tǒng)、PLC中央控制單元、監(jiān)控系統(tǒng)等各種系統(tǒng)故障常常會立刻引起整個隧道交通中斷，因此，提高城市隧道電子控制系統(tǒng)的安全性，降低故障發(fā)生率，對于城市交通安全運營都起著重要作用。對城市隧道電子控制系統(tǒng)故障分析及控制進行的研究，可以大大提高隧道電子控制系統(tǒng)故障發(fā)生的預防能力，促進系統(tǒng)設備的穩(wěn)定性和突發(fā)情況的系統(tǒng)應急工作效率的不斷提升。

1 城市隧道控制系統(tǒng)故障的類型

現(xiàn)代化建設中，城市隧道電子控制系統(tǒng)的正常運行，對于維持隧道的正常運轉(zhuǎn)具有重要作用，可以保證城市交通的正常秩序，促進城市經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展。一般情況下，城市隧道控制系統(tǒng)的故障可以分為兩種類型：永久性故障和瞬時故障，都會對城市交通造成一定影響。我國城市隧道控制系統(tǒng)的故障中，永久性故障的處理方法較多，技術(shù)比較成熟，因此，進行維修時難度不大，而瞬時故障則是由系統(tǒng)自身和外界多種因素造成的，導致系統(tǒng)功能受到限制，不能對城市隧道交通進行及時有效的監(jiān)控，嚴重時還會帶來巨大經(jīng)濟損失。在實際運行中，瞬時故障的發(fā)生率要比永久性故障的發(fā)生率高很多，受到系統(tǒng)性能、設備大小、運行速率和電壓等的影響，具有不固定性、不確定性和多樣性等特點。

2 隧道控制系統(tǒng)故障分析和控制策略

在城市隧道電子控制系統(tǒng)中，安全技術(shù)的不斷運用，對于降低故障發(fā)生率和有效控制系統(tǒng)故障具有重要影響，一般情況下，采用無線傳感網(wǎng)絡技術(shù)（WSN），可以及時監(jiān)測和反饋系統(tǒng)故障，常用的是路由協(xié)議，少數(shù)資料顯示IEEE802.15.4通信協(xié)議也可以用于系統(tǒng)的安全監(jiān)測，使隧道電子控制系統(tǒng)故障率得到有效降低。瞬時故障并不是真正意義上的設備故障，而是在整體集成環(huán)境中的鏈路鎖死或是運行阻礙，因此在實際的工作中單一的設備排查并不能解決問題，本文研究的是以可靠性為中心的維修和預防策略，國際上稱作為RCM，可以對系統(tǒng)功能和故障進行及時分析，確定故障發(fā)生所帶來的后果，與此同時，對整個電子控制系統(tǒng)進行邏輯化決斷和確定預防策略，從而保證城市隧道電子控制系統(tǒng)的正常運行，提高系統(tǒng)設備的運行效率。

在系統(tǒng)性能發(fā)生變化時，RCM 首先會對整個系統(tǒng)的故障進行監(jiān)測，采取預防性維修策略，這樣操作的目的有兩個：一是可以提升電子控制系統(tǒng)的功能性，在故障真正發(fā)生前進行維修，降低故障發(fā)生后帶來的后果，從而維持系統(tǒng)的正常運行；另一個目的是及時修補系統(tǒng)性能故障，防止故障發(fā)生。然后，RCM可以對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行對象分析，根據(jù)不同的故障原因和設備的性能、維修方法等，確定故障預防策略和維修措施，同時，記錄新的故障問題，并進行及時分析，以提高城市隧道電子控制系統(tǒng)故障的控制力。

3 城市隧道電子控制系統(tǒng)故障控制的應用方案和成功案例

在城市隧道監(jiān)控中，控制系統(tǒng)有現(xiàn)場監(jiān)控設備、遠程監(jiān)控中心、PLC控制設備和總線等，遠程控制中心將收到的信息及時傳送出去，轉(zhuǎn)換為PLC的執(zhí)行命令，并通過總線發(fā)送出去，從而讓PLC對隧道電子控制系統(tǒng)進行有效控制。例如：針對警報電源，進行預警和故障報告操作，及時分析故障和排除故障，最終自動解除警報。城市隧道電子控制系統(tǒng)中，基于ZigBee的通訊協(xié)議，可以更好進行故障分析，對每個隧道進行有效監(jiān)控，大大提高整個城市隧道電子控制系統(tǒng)的運行效率。本文介紹的是根據(jù)RCM來進行的隧道電子控制系統(tǒng)故障分析和控制，在RCM的實際應用中，需要隧道系統(tǒng)電子控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)發(fā)生過得故障記錄，以對城市隧道電子控制系統(tǒng)故障進行全面分析，提出更有效的預防策略和維修策略。

3.1 維修策略

3.1.1 常態(tài)檢修

有效控制隧道電子控制系統(tǒng)故障發(fā)生，降低故障發(fā)生率的預防策略中，日常養(yǎng)護是最重要的措施，防止靜電反應、保持攝像頭清晰、及時給機房通風和散熱等。一般情況下，室外溫度保持在-20℃和60℃之間，室內(nèi)溫度在5℃和35℃之間。對于表面的故障，事先準備好想要的元器件，在故障發(fā)生進行及時檢修。

3.1.2 視情維修

借助于各類監(jiān)測儀器等硬件大力開展視情維修，對數(shù)據(jù)、各種設備信息進行及時采集，從而保障系統(tǒng)在故障發(fā)生時可以及時報警等。通過PLC、D/A、I/O等進行現(xiàn)場監(jiān)控，實現(xiàn)對整個城市隧道電子控制系統(tǒng)的故障分析和控制。實現(xiàn)計算機輔助維修管理，由計算機完成維修數(shù)據(jù)的收集、分析、處理，并對維修計劃做出預測和決策。對隧道機電設備的維修管理從時間維修逐步過渡到狀態(tài)維修模式，保證設備在壽命周期內(nèi)處于良好的技術(shù)狀態(tài)，對可能發(fā)生的故障進行及時消除，防止故障出現(xiàn)，達到預防維修的目標。

3.1.3 技術(shù)提升

積極開展隧道機電設備可靠性、維修性的基礎(chǔ)研究。包括各種技術(shù)管理標準、經(jīng)濟管理標準、維修技術(shù)標準、設備管理人員的工作標準以及維護修理的各種定額標準等，逐步形成科學的現(xiàn)代化維修管理制度。系統(tǒng)研究隧道機電設備的可靠性、維修性，找出設備的薄弱環(huán)節(jié)，不斷改善和提高隧道機電設備的可靠性和維修性，提高設備的開機率和可用度，大力推廣無維修設計，引進先進技術(shù)，促進我國城市隧道電子控制系統(tǒng)安全性的不斷提高。

3.2 成功案例

杭州城市隧道數(shù)量眾多，在大大小小近十條城市隧道的監(jiān)控系統(tǒng)維護過程中，RCM的應用起著非常重要的作用。如在杭州某隧道，應用RCM的技術(shù)維修模式，在中央計算機監(jiān)測到區(qū)域內(nèi)某個攝像頭傳回的監(jiān)控圖像時有時無，但PLC控制的照明、及可變情報板等尚正常時，就產(chǎn)生分析預警，現(xiàn)場工程師根據(jù)數(shù)據(jù)分析果斷偵測單向光纖線路，利用搖表等儀器成功估算出光纖接觸不良的距離范圍。因為隧道交通的特殊性，允許封道一般都在凌晨時段，因此我們及早組織現(xiàn)場技術(shù)工程人員及時開槽，并用臨時網(wǎng)路代替光纖備用，成功的在交通影響最小的情況下解決了光纖熔斷點的修補，實地中發(fā)現(xiàn)此光纖斷層已非常明顯，可能由于地面的熱脹冷縮作用，已接近斷開，此項修補非常及時，避免了大的瞬時故障的發(fā)生。試想一下，如果未能及時處理，當光纖真正斷點出現(xiàn)，那將會是怎樣的情形，照明控制瞬時中斷，信號燈瞬時中斷，短時間內(nèi)就會引起交通混亂，而此時再來做技術(shù)偵查將會是多么復雜的工程，不說影響面和時間單單是設備檢測就會產(chǎn)生巨額費用。因此，應用RCM的維修管理模式不論是對提高效率還是對經(jīng)濟效益來說都是非常成功的，給我們帶來維修管理系統(tǒng)的全新理念，帶來最大限度的保障。當然在實踐中我們?nèi)詫⒉粩嗝鳌?/p>

4 結(jié)束語

綜上所述，在現(xiàn)代化建設中，RCM是先進的維修管理模式，其在眾多系統(tǒng)管理中具有明顯的實用性、高效性等特點，數(shù)據(jù)更規(guī)范準確、傳遞及時、決策可靠、反饋暢通，并向可視化、網(wǎng)絡化和智能化維修管理系統(tǒng)方向發(fā)展，對城市隧道電子控制系統(tǒng)故障分析和控制中起著重要作用，相信它的應用也可推廣至公路隧道以及大橋監(jiān)控上，應用領(lǐng)域廣泛。在實際應用中，提高城市隧道電子控制系統(tǒng)故障分析控制能力，才能保證城市隧道交通的安全性和穩(wěn)定性，促進我國市場經(jīng)濟長遠發(fā)展。

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作者單位

浙江大學（杭州江南人才服務有限公司派遣） 浙江省杭州市 310013endprint