公路隧道機電設(shè)備控制技術(shù)及養(yǎng)護分析

賴鴻生

深圳市粵通建設(shè)工程有限公司 廣東 深圳 518081

1 工程項目

某隧道為二級公路隧道的機電系統(tǒng)工程。隧道設(shè)計為單洞雙向雙車道，隧道所配機電系統(tǒng)設(shè)備齊全，通風(fēng)、照明等隧道機電設(shè)備及監(jiān)控設(shè)備相對比較完整。本文以該隧道為研究對象，研究分析公路隧道機電設(shè)備的控制技術(shù)與養(yǎng)護方案，具有一定說明性與代表性。下面主要對通風(fēng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、交通控制系統(tǒng)進行具體分析[1]。

2 公路隧道機電系統(tǒng)控制技術(shù)

（1）隧道通風(fēng)系統(tǒng)控制技術(shù)。隧道通風(fēng)控制方法大致可分為自動控制和手動控制兩類。目前我國外在隧道通風(fēng)控制中采用手動控制、時序控制、實時控制和智能模糊控制等方法。監(jiān)控系統(tǒng)對風(fēng)機的控制采用在隧道變電所和隧道內(nèi)控制箱本地及遠程控制的方式。隧道風(fēng)機有人工手動（變電所及隧道內(nèi)本地）、人工遠控、自動控制三種方式。觸摸屏和隧道管理所監(jiān)控計算機都是與主控本地控制器進行數(shù)據(jù)通信，這兩處完成的功能類似，都有手動控制和自動控制，風(fēng)機的手動控制為按組手動控制，自動控制有2種，即CO濃度超標(biāo)情況下的自動控制和煙霧透過率超標(biāo)情況下的自動控制。自動控制下的風(fēng)機啟動需要人工核實確認，選擇按組手動控制時，同組的2臺風(fēng)機先后按控制命令工作。通風(fēng)控制分為自動控制和人工控制兩種。自動控制模式下，根據(jù)CO/VI檢測值分為0、1、2三種方式（具體閥值根據(jù)規(guī)范要求及現(xiàn)場實際情況設(shè)定）進行風(fēng)機控制。風(fēng)機控制模式1為開啟每組的一半，風(fēng)機控制模式2為每組全部開啟。無論采用何種控制，系統(tǒng)均根據(jù)運行時間及檢測值的變化進行風(fēng)機開關(guān)的控制，CO/VI下降則關(guān)機；CO/VI持續(xù)則增開風(fēng)機組數(shù)，關(guān)閉隧道進行交通管制，處理相關(guān)事故。

（2）照明系統(tǒng)控制技術(shù)。隧道照明控制系統(tǒng)由光亮度檢測器、隧道區(qū)域控制器、照明控制計算機、隧道照明燈具、照明配電柜、照明配電箱以及照明供電電纜等組成，通過照明配電箱按不同回路進行控制。觸摸屏和隧道管理所監(jiān)控計算機都是與主控本地控制器進行數(shù)據(jù)通信，這兩處完成的功能類似，都有手動控制和自動控制，照明的手動控制有2種，即模式手動和完全手動控制，自動控制有一種，即按時序自動控制。完全手動狀態(tài)可以任意控制每一個照明回路，模式手動和自動控制狀態(tài)把照明回路合理組合，分成5級進行控制。隧道內(nèi)的夜間照明分成兩個等級，即一般夜間照明和深夜照明。當(dāng)時間取值為：0:00～6:00時，采用深夜照明模式，否則采用一般夜間照明模式。時序自動控制是一種經(jīng)濟照明模式，為了在滿足隧道亮度在設(shè)計、安全要求的前提下，能適當(dāng)節(jié)約能源。每一種時序控制模式對應(yīng)于季節(jié)及每天早中晚時段的亮度變化，從而確定每天各時段的照明等級。時序控制方式是通過設(shè)計在PLC控制器內(nèi)的程序進行控制的。每個月月采用不同的閾值，閥值根據(jù)實際使用的隧道當(dāng)?shù)厍闆r進行修改。

（3）交通系統(tǒng)控制技術(shù)。本項目設(shè)計采用雙向交通運行程序，通過人工判別來啟動程序設(shè)置的相應(yīng)控制模式，分別控制風(fēng)機、照明及交通信號燈。相應(yīng)的控制模式由監(jiān)控人員判別確認后輸出。隧道內(nèi)外設(shè)有車道指示器、車輛檢測器、可變情報板、可變限速標(biāo)志和緊急出口標(biāo)志等相關(guān)交通誘導(dǎo)設(shè)施，入口處的交通信號燈用一組車道指示器代替。在所有隧道內(nèi)配置遠程輸入輸出單元，采用抗高惡劣環(huán)境的可編程智能控制器。主要配置在隧道洞口附近。隧道內(nèi)遠程輸入輸出單元的主要控制對象是洞口的CO/VI檢測器等設(shè)施。設(shè)備設(shè)施的控制回路和信號采集回路主要接入智能控制器。在隧道洞口變電所內(nèi)設(shè)置一臺可編程控制器，主要用于控制隧道內(nèi)風(fēng)機和照明回路。隧道變電所現(xiàn)場還設(shè)置能提供直接手動控制功能的開關(guān)裝置，如低壓配電柜上的手動操作裝置。

隧道現(xiàn)場控制器的主要控制對象是洞口和洞內(nèi)的CO/VI檢測器、風(fēng)速風(fēng)向檢測器、車道控制器標(biāo)志、交通信號燈以及橫通道內(nèi)的各種設(shè)施。設(shè)備設(shè)施的控制回路和信號采集回路主要接入智能控制器，本系統(tǒng)中選用高性能的PLC作為控制系統(tǒng)的核心，主控目錄畫面中，現(xiàn)場管理人員可以根據(jù)控制需要，分別點擊各個按鈕，進入到自己所需進行控制或者狀態(tài)顯示的畫面[2]。

3 公路隧道機電設(shè)備養(yǎng)護

結(jié)合我國隧道工程經(jīng)驗看，采用的機電養(yǎng)護管理模式一般為：檢測、發(fā)現(xiàn)變異、推導(dǎo)變異原因、明確變異后的健全度、制定措施，采用的是早期發(fā)現(xiàn)及及時維護的養(yǎng)護管理模式，容易造成養(yǎng)護費用的浪費，并帶來嚴重的安全隱患問題。基于此，本文結(jié)合以上工程實例，建立基于可靠性的機電系統(tǒng)多級預(yù)警模式，從系統(tǒng)的角度，根據(jù)日常檢測數(shù)據(jù)，進行隧道養(yǎng)護時對系統(tǒng)的故障情況進行綜合的預(yù)警。

具體思路為：充分利用日常檢測所得的實時數(shù)據(jù)，計算出單個設(shè)備的可靠度。利用單個設(shè)備的可靠度算出各個子系統(tǒng)的可靠度，最終模擬出整個機電系統(tǒng)的可靠度，然后將可靠度分為無預(yù)警、中毒預(yù)警、嚴格預(yù)警、極重預(yù)警，不同的預(yù)警對應(yīng)不同的故障程度，并為機電養(yǎng)護決策提供指導(dǎo)性作用。以本工程的照明系統(tǒng)為例說明，本隧道除了應(yīng)急照明為熒光燈外，其余采用高壓鈉燈，因此，高壓鈉燈為本隧道的主要使用燈具，通過分析確定高壓鈉燈的重要維修項目和對應(yīng)影響，然后確定維護工作類型和任務(wù)。如對于中間段連續(xù)壞2盞以上燈故障模式，要進行故障維修或故障更換；燈泡暗淡的模式，根據(jù)實測亮度下降的程度判斷故障類型。待養(yǎng)護工程任務(wù)確定后，再進行養(yǎng)護工作間隔期的確定。

4 結(jié)束語

公路隧道是以特殊構(gòu)造物的方式存在于路段中，因其具有容易引發(fā)事故，事故規(guī)模及危害程度都比較嚴重，且發(fā)生事故后不易處理的特性，是當(dāng)前公路建設(shè)的難點。如何及時發(fā)現(xiàn)交通事件，必須進行隧道運營狀態(tài)的自動檢測和識別，并制定出適合隧道特點的隧道機電設(shè)備控制技術(shù)和養(yǎng)護方案，可以大幅度提升公路的通行能力和交通運行效率，提高交通安全性。