基于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的高速公路隧道供配電監(jiān)控系統(tǒng)

李小武

(廣西交科集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

伴隨著高速公路網(wǎng)絡(luò)的普及，高速公路隧道的數(shù)量在不斷增加。隧道本身具備封閉性、狹隘性等特點(diǎn)，管理難度大，風(fēng)險(xiǎn)因素眾多，在遇到交通量巨大或者惡劣天氣的狀況時(shí)，很容易出現(xiàn)交通堵塞和交通事故。供配電系統(tǒng)是高速公路隧道工程的一個(gè)重要組成部分，負(fù)責(zé)隧道內(nèi)部照明、風(fēng)機(jī)等設(shè)施的電力供應(yīng)，由專門的配電所進(jìn)行統(tǒng)一管理。但是在一些山區(qū)高速公路中，隧道的數(shù)量較大，要全部安排現(xiàn)場(chǎng)值班人員難度較大，而且也無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除存在的故障和安全隱患。對(duì)此，可以借助網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞?，?shí)現(xiàn)對(duì)高速公路隧道供配電的有效監(jiān)控。

1 工程概況

某高速公路隧道采用的是雙洞分離式隧道結(jié)構(gòu)，隧道左幅起止點(diǎn)樁號(hào)為K92+310～K94+030，分界段總長度為1 720 m，隧道最大埋深約為155 m；隧道右幅起止點(diǎn)樁號(hào)為K92+185～K94+030，分界段總長度為1 845 m，隧道最大埋深約為150 m。隧道本身地處偏遠(yuǎn)山區(qū)，無法安排值班人員進(jìn)行24小時(shí)管理，因此，在對(duì)供配電系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃的過程中，設(shè)置了基于網(wǎng)絡(luò)的供配電監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以幫助工作人員準(zhǔn)確把握隧道內(nèi)部照明設(shè)施和通風(fēng)設(shè)施的運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)于隧道照明和通風(fēng)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程啟?？刂?。

2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

基于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的供配電監(jiān)控系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)中采用的總體架構(gòu)是兩層結(jié)構(gòu)。

(1)管理層。主站層設(shè)置在隧道管理中心，包含了服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、后臺(tái)報(bào)警系統(tǒng)以及GNC-Manager管理系統(tǒng)等，主要負(fù)責(zé)對(duì)隧道內(nèi)供配電設(shè)備的監(jiān)督和全局管理[1]。

(2)前端層。包含了安裝在隧道配電機(jī)房以及其他位置的監(jiān)控主機(jī)、智能監(jiān)控器以及配電測(cè)控模塊等。管理層和前端層之間信息的傳遞采用的是區(qū)域內(nèi)部的TCP/IP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)，與管理中心之間則是通過光纖以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通信。

通過這樣的系統(tǒng)架構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)域內(nèi)各隧道以及隧道工程本身供配電系統(tǒng)的有效管理，實(shí)現(xiàn)“遙測(cè)、遙信、遙感、遙控”等功能。智能監(jiān)控設(shè)備的應(yīng)用，使得隧道供配電監(jiān)控不再需要安排專業(yè)的值班人員，減少了人力資源的消耗，也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于隧道供配電系統(tǒng)的遠(yuǎn)程化、智能化管理。

隧道中的照明系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、智能設(shè)備等可以采用一體化綜合監(jiān)控的方式進(jìn)行管理，隧道配電所現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)可以借助GNC系列網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控主機(jī)以及各類測(cè)控模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)于供配電系統(tǒng)的有效監(jiān)控[2]。GNC-M系列監(jiān)控主機(jī)能夠基于IP網(wǎng)絡(luò)完成數(shù)據(jù)傳輸，配合現(xiàn)場(chǎng)總線采集控制技術(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)MODBUS協(xié)議，可以有效地連接32個(gè)測(cè)控模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道供配電系統(tǒng)電壓、電流、開關(guān)、智能電源等的有效監(jiān)控。另外，可以在各隧道配電所設(shè)置本地調(diào)度管理中心，在高速公路監(jiān)控中心構(gòu)建供配電監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)度監(jiān)控中心，使用GNC-Manager網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)和軟件包，在提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、告警聯(lián)動(dòng)等功能的同時(shí)，可以對(duì)地圖以及組態(tài)圖進(jìn)行編輯和顯示，設(shè)置不同的安全權(quán)限，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種數(shù)據(jù)的詳細(xì)記錄，為查詢提供便利。整理數(shù)據(jù)后，編制統(tǒng)計(jì)報(bào)表，可為管理人員決策的制定提供依據(jù)。借助相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，可以將告警信息通過電子郵件、手機(jī)短信、電話語音等告知值班及管理人員[3]。

3 系統(tǒng)核心功能

對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的主要目的，是實(shí)現(xiàn)隧道供配電系統(tǒng)運(yùn)行情況的遠(yuǎn)程監(jiān)控管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行中存在的缺陷和問題，保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。系統(tǒng)的核心功能體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

(1)“遙測(cè)”功能。借助相應(yīng)的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控主機(jī)、組態(tài)軟件以及測(cè)控模塊，系統(tǒng)能夠?qū)λ淼纼?nèi)部所有的照明設(shè)施和通風(fēng)設(shè)施進(jìn)行監(jiān)測(cè)，幫助工作人員把握設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，也可以對(duì)配電所內(nèi)高低壓重要回路的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集，采集的對(duì)象包括電壓、電流、有功功率、無功功率等；同時(shí)還需要對(duì)配電智能設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，檢測(cè)的對(duì)象有發(fā)電機(jī)、UPS等。

(2)“遙信”功能。遙信主要是借助系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控主機(jī)、組態(tài)軟件和測(cè)控模塊等，對(duì)配電所中所有的開關(guān)數(shù)量進(jìn)行采集，采集的對(duì)象包括斷路器故障信號(hào)、變壓器風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、電機(jī)儲(chǔ)能狀態(tài)、事故跳閘信號(hào)等[4]。

(3)“遙控”功能。遙控功能主要是對(duì)隧道內(nèi)照明系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)開關(guān)的遠(yuǎn)程控制，同時(shí)包含風(fēng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制、接觸器遠(yuǎn)程控制以及帶有電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的框架式斷路器遠(yuǎn)程控制等。

(4)管理功能。GNC-Manager管理系統(tǒng)能夠依照相應(yīng)的系統(tǒng)組態(tài)畫面以及歷史數(shù)據(jù)，與實(shí)際采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，明確每一個(gè)回路的用電情況，對(duì)回路名稱、編號(hào)和用電量進(jìn)行記錄，為供配電安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及負(fù)荷分析調(diào)度等管理工作提供支撐。

(5)事故預(yù)警。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)潛在事故的預(yù)警工作，也可以針對(duì)電量越限情況進(jìn)行報(bào)警，提醒工作人員及時(shí)進(jìn)行處理，避免發(fā)生安全事故或者造成安全隱患，將可能出現(xiàn)的損失降到最低。當(dāng)隧道供配電系統(tǒng)發(fā)生異常時(shí)，工作人員能夠及時(shí)了解故障相關(guān)的信息，為故障的檢修提供便利，從而縮短故障處理所需的時(shí)間。

(6)數(shù)據(jù)監(jiān)控。監(jiān)控主機(jī)和相應(yīng)的測(cè)控模塊都被設(shè)置在隧道管理所中，兩者之間的數(shù)據(jù)傳輸采用的是總線傳輸?shù)男问剑軌驅(qū)崿F(xiàn)對(duì)高壓配電系統(tǒng)以及低壓供電系統(tǒng)運(yùn)行情況的監(jiān)督管理，明確UPS、柴油發(fā)電機(jī)等的工作狀態(tài)。系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)信息的采集和控制采用了IP網(wǎng)絡(luò)搭配MODBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的方式，施工操作簡單，后期維護(hù)方便，也不會(huì)影響現(xiàn)有系統(tǒng)的正常運(yùn)行[5]。

4 系統(tǒng)實(shí)施方案

結(jié)合系統(tǒng)總體架構(gòu)以及主要功能，在整個(gè)隧道供配電監(jiān)控系統(tǒng)中，采用了GNC系列產(chǎn)品來確保系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)中包含了GNC系列監(jiān)控主機(jī)、智能設(shè)備監(jiān)控器、485測(cè)控模塊、GNC-Manager網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)以及相應(yīng)的后臺(tái)多媒體報(bào)警系統(tǒng)。

系統(tǒng)中采用的傳輸通信平臺(tái)是IP網(wǎng)絡(luò)，可以將其分為三級(jí)結(jié)構(gòu)，依照基本的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來對(duì)隧道配電所的功能進(jìn)行設(shè)置和實(shí)現(xiàn)。在每一個(gè)隧道配電所中，都需要結(jié)合隧道工程的實(shí)際情況以及監(jiān)測(cè)工作的具體需求來對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行選擇[6]，借助內(nèi)部IP網(wǎng)絡(luò)，將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)奖镜毓芾碚炯案咚俟饭芾肀O(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)分級(jí)化、集中化管理，提升管理的效果。在區(qū)域范圍內(nèi)，當(dāng)隧道配電所的數(shù)量增加時(shí)，可以相應(yīng)地增加供配電監(jiān)測(cè)所需的硬件設(shè)施。

結(jié)合該工程的經(jīng)驗(yàn)，在隧道供配電監(jiān)控系統(tǒng)中，可以嘗試全部采用TCP/IP協(xié)議，以嵌入式操作系統(tǒng)作為監(jiān)控主機(jī)，配合IP協(xié)議的方式，實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控中心之間的數(shù)據(jù)傳輸?？梢栽诟咚俟繁O(jiān)控管理中心的機(jī)房中，設(shè)置相應(yīng)的隧道供配電監(jiān)控系統(tǒng)主站，在其他配電所設(shè)置本地管理站，配電所內(nèi)的采集監(jiān)控主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)控制器等IP智能控制主機(jī)可以將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)借助內(nèi)部局域網(wǎng)通道，傳輸?shù)较鄳?yīng)的監(jiān)控中心[7]。

5 結(jié)語

總而言之，借助相應(yīng)的高速公路隧道供配電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，配合網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高速公路隧道照明設(shè)施、通風(fēng)設(shè)施及消防設(shè)施等的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制，在不需要安排專人進(jìn)行值守，節(jié)約人力資源的同時(shí)，也能夠真正實(shí)現(xiàn)高速公路隧道供配電系統(tǒng)的集中化、遠(yuǎn)程化控制，保證了隧道的運(yùn)行安全。這種設(shè)計(jì)具備一定的通用性，在常規(guī)高速公路隧道中也能夠發(fā)揮出比較理想的效果，值得進(jìn)行推廣和普及。但設(shè)計(jì)中還存在一些需要解決的問題，如設(shè)備選型的合理性問題、設(shè)備故障的處理問題等，需要相關(guān)人員進(jìn)行更加深入的研究。