隧道机电系统联动方案探讨

任彬彬+龙光

摘 要：针对隧道机电系统联动控制特点，分析系统要点，提出合理的长隧道联动控制系统网络构成及控制模式，并介绍了实际设计案例。

关键词：隧道机电；联动控制

1 概述

隧道通过监测、控制及诱导设备（交通检测与控制、环境检测和控制、照明控制、火灾报警、视频监控、有线广播及紧急电话等技术手段），综合对隧道路段进行整体监控。隧道机电系统作为隧道状况采集探测系统，是早期获取隧道内交通运行环境状况、紧急预警、改善行车环境的主要手段，是隧道安全运营的重要保障。

隧道特别是长隧道因单洞距离长，机电设备种类、数量较多，设置高成本的设备可以提高隧道的安全程度，但这只是前提条件。合理完善的数据传输、决策、控制系统才能较好的发挥所设置设备的功能，以达到在安全事故初期较好的处理事故、及时救援的目的。

2 控制管理系统网络构架

隧道内设置有大量的机电设备，需合理的对这些机电设备进行传输控制。在隧道管理体制方面，目前我国及我省主要采用三级管理模式，即路段监控中心、隧道管理站和隧道本地，系统网络结构可分为信息传输层、核心控制层和设备接入层。

信息传输层主要实现设备间的信息传输，工业以太网Ethernet为目前较常用的一种信息网络。隧道监控领域利用以太网作为隧道管理站、路段监控中心的数据传输，其中包含了设备采集数据、系统分析数据、及存储的历史数据。

核心控制层主要是利用现场构建的总线形成隧道本地控制网络，由于采用了标准的总线组网，既满足了机电系统实时通信的需求，又因具有较为开放的标准协议接口，能够较为方便的在总线网络上外接各种机电设备，有利于隧道机电系统的扩展，适用于本地控制器与隧道控制室的计算机设备、本地控制器与本地控制器及本地控制器与现场设备的数据通信。一般控制网络结构采用了双纤光纤组成的环形网络，提高了系统的可靠性。

设备接入层主要用于本地控制器与现场机电设备、控制器输入输出端子、采集设备之间的通信，采用各种总线通信协议实现，确保了数据传输的及时有效。

目前监控中心计算机局域网多采用成熟的以太网技术，以以太网交换机为中心的星形拓扑结构。但以太网由于采用CSMA/CD介质访问控制方式，本质上是非实时的，可能导致信息传输的滞后。隧道机电系统控制的重点是在隧道发生紧急事故时候实现隧道安全。紧急事故时易造成信息处理不及时而造成较大的事故。针对以太网的这个问题，且长隧道大量监控数据的实时传输需求，可采用现场区域控制器+以太网交换机的方式，将网络分为若干网段，以太网交换机具有数据存储、转发功能，使各端口数据得到缓冲，不发生冲突。

为了保证各监控设备数据传输的可靠性和实时性，隧道的控制网络结构可采用环形结构。环形冗余结构带有线路冗余，具有很高的生存性，当线路上有一个断点时，整个网络仍可正常通讯，常见于工业网络。同时长隧道可按区段组环，每个区段设置1处主PLC，配置触摸屏，在特殊情况下能够实现更高效、可靠的现场控制。

3 系统控制模式的选择

隧道的控制需要将系统内各子系统进行有效的结合，通过智能分析，整合为统一的机电系统，隧道控制方式可以分为自动控制与手动控制，正常情况下通过隧道管理站的计算机对隧道交通信息进行数据采集、分析、信息发布及实时控制。隧道本地控制器（PLC）向下以一对多的方式与外场设备相连，实时采集交通数据，并配备相应的各种接口模块与各监控设备进行通信。紧急情况下可实现现地人工手动控制。

隧道机电硬件通讯结构及系统集成方案采用全以太网通讯架构，可采用上位软件通过定制的驱动接口程序对隧道外场机电设备进行访问，PLC硬件的逻辑编写与调试也可在中控室直接下载或上传，视频监控由视频平台的通讯接口与上位软件通讯，紧急电话与消防系统可用API、ODBC等数据访问方式获取数据。整合后的软件系统可由客户端操控的就是所有的隧道监控子系统，形成统一的应用软件平台对隧道进行实时控制。

4 设计案例

岳西至武汉高速公路安徽段地处皖西大别山区，是沟通安徽、湖北两省的重要省际区域干线，也是连接中部地区和东部地区的重要高速公路大通道，隧道数量较多，桥隧占路线总长近60%，其中明堂山隧道全长约7.5km，为我省目前最长公路隧道。

根据安徽省目前实行的公路建设模式，岳武高速隧道监控设施管理模式如下：高速集团公司信息中心-高界路段监控中心-隧道管理站-监控外场设施。考虑本项目内隧道路段较多，且路段监控中心距离连续、长隧道路段较远，在岳西收费站内设置隧道管理站，负责本项目内隧道路段的交通管理，对本路段的交通监控数据及其他各种参数进行汇总，向路段监控中心上传监控数据及图像，并接受路段监控中心的管理。

此项目隧道监控设备的种类多而复杂，为了保证各监控设备数据传输的可靠性和实时性，本次设计隧道的控制网络结构方案采用环形结构。环形冗余结构带有线路冗余，具有很高的生存性，当线路上有一个断点时，整个网络仍可正常通讯，常见于工业网络。

隧道内各监控设备的监控数据首先由布置在隧道内和隧道变电所的本地控制器（PLC）进行实时采集和控制，同时经设置在各隧道变电所内的工业以太网交换机组成环形自愈环网将数据传送到隧道管理站管理。控制方式可以分为自动控制与手动控制，正常情况下通过隧道管理站的计算机对隧道交通信息进行数据采集、分析、信息发布及实时控制。隧道本地控制器（PLC）向下以一对多的方式与外场设备相连，实时采集交通数据，并配备相应的各种接口模块与各监控设备进行通信。

5 结语

我国隧道目前存在只监不控、监强控弱的现象，采集的监控系统数据也得不到较好的利用；对隧道进行较好的管理控制，一方面要兼顾系统的稳定、可靠与可控，同时也要对不同主体条件的隧道及交通状况配置不同规模和冗余等级的机电系统，并设置合理的系统集成方案，构建系统网络结构，保证系统的可靠、安全、经济，最大程度的发挥系统应用的作用，实现灵活机动的现场控制。

参考文献：

[1]李祖伟，等.单体特长公路隧道联动控制技术方案研究[A].公路隧道运营管理与安全国际学术会议论文集[C]，重庆：中国公路协会，2006.

摘 要：针对隧道机电系统联动控制特点，分析系统要点，提出合理的长隧道联动控制系统网络构成及控制模式，并介绍了实际设计案例。

关键词：隧道机电；联动控制

1 概述

隧道通过监测、控制及诱导设备（交通检测与控制、环境检测和控制、照明控制、火灾报警、视频监控、有线广播及紧急电话等技术手段），综合对隧道路段进行整体监控。隧道机电系统作为隧道状况采集探测系统，是早期获取隧道内交通运行环境状况、紧急预警、改善行车环境的主要手段，是隧道安全运营的重要保障。

隧道特别是长隧道因单洞距离长，机电设备种类、数量较多，设置高成本的设备可以提高隧道的安全程度，但这只是前提条件。合理完善的数据传输、决策、控制系统才能较好的发挥所设置设备的功能，以达到在安全事故初期较好的处理事故、及时救援的目的。

2 控制管理系统网络构架

隧道内设置有大量的机电设备，需合理的对这些机电设备进行传输控制。在隧道管理体制方面，目前我国及我省主要采用三级管理模式，即路段监控中心、隧道管理站和隧道本地，系统网络结构可分为信息传输层、核心控制层和设备接入层。

信息传输层主要实现设备间的信息传输，工业以太网Ethernet为目前较常用的一种信息网络。隧道监控领域利用以太网作为隧道管理站、路段监控中心的数据传输，其中包含了设备采集数据、系统分析数据、及存储的历史数据。

核心控制层主要是利用现场构建的总线形成隧道本地控制网络，由于采用了标准的总线组网，既满足了机电系统实时通信的需求，又因具有较为开放的标准协议接口，能够较为方便的在总线网络上外接各种机电设备，有利于隧道机电系统的扩展，适用于本地控制器与隧道控制室的计算机设备、本地控制器与本地控制器及本地控制器与现场设备的数据通信。一般控制网络结构采用了双纤光纤组成的环形网络，提高了系统的可靠性。

设备接入层主要用于本地控制器与现场机电设备、控制器输入输出端子、采集设备之间的通信，采用各种总线通信协议实现，确保了数据传输的及时有效。

目前监控中心计算机局域网多采用成熟的以太网技术，以以太网交换机为中心的星形拓扑结构。但以太网由于采用CSMA/CD介质访问控制方式，本质上是非实时的，可能导致信息传输的滞后。隧道机电系统控制的重点是在隧道发生紧急事故时候实现隧道安全。紧急事故时易造成信息处理不及时而造成较大的事故。针对以太网的这个问题，且长隧道大量监控数据的实时传输需求，可采用现场区域控制器+以太网交换机的方式，将网络分为若干网段，以太网交换机具有数据存储、转发功能，使各端口数据得到缓冲，不发生冲突。

为了保证各监控设备数据传输的可靠性和实时性，隧道的控制网络结构可采用环形结构。环形冗余结构带有线路冗余，具有很高的生存性，当线路上有一个断点时，整个网络仍可正常通讯，常见于工业网络。同时长隧道可按区段组环，每个区段设置1处主PLC，配置触摸屏，在特殊情况下能够实现更高效、可靠的现场控制。

3 系统控制模式的选择

隧道的控制需要将系统内各子系统进行有效的结合，通过智能分析，整合为统一的机电系统，隧道控制方式可以分为自动控制与手动控制，正常情况下通过隧道管理站的计算机对隧道交通信息进行数据采集、分析、信息发布及实时控制。隧道本地控制器（PLC）向下以一对多的方式与外场设备相连，实时采集交通数据，并配备相应的各种接口模块与各监控设备进行通信。紧急情况下可实现现地人工手动控制。

隧道机电硬件通讯结构及系统集成方案采用全以太网通讯架构，可采用上位软件通过定制的驱动接口程序对隧道外场机电设备进行访问，PLC硬件的逻辑编写与调试也可在中控室直接下载或上传，视频监控由视频平台的通讯接口与上位软件通讯，紧急电话与消防系统可用API、ODBC等数据访问方式获取数据。整合后的软件系统可由客户端操控的就是所有的隧道监控子系统，形成统一的应用软件平台对隧道进行实时控制。

4 设计案例

岳西至武汉高速公路安徽段地处皖西大别山区，是沟通安徽、湖北两省的重要省际区域干线，也是连接中部地区和东部地区的重要高速公路大通道，隧道数量较多，桥隧占路线总长近60%，其中明堂山隧道全长约7.5km，为我省目前最长公路隧道。

根据安徽省目前实行的公路建设模式，岳武高速隧道监控设施管理模式如下：高速集团公司信息中心-高界路段监控中心-隧道管理站-监控外场设施。考虑本项目内隧道路段较多，且路段监控中心距离连续、长隧道路段较远，在岳西收费站内设置隧道管理站，负责本项目内隧道路段的交通管理，对本路段的交通监控数据及其他各种参数进行汇总，向路段监控中心上传监控数据及图像，并接受路段监控中心的管理。

此项目隧道监控设备的种类多而复杂，为了保证各监控设备数据传输的可靠性和实时性，本次设计隧道的控制网络结构方案采用环形结构。环形冗余结构带有线路冗余，具有很高的生存性，当线路上有一个断点时，整个网络仍可正常通讯，常见于工业网络。

隧道内各监控设备的监控数据首先由布置在隧道内和隧道变电所的本地控制器（PLC）进行实时采集和控制，同时经设置在各隧道变电所内的工业以太网交换机组成环形自愈环网将数据传送到隧道管理站管理。控制方式可以分为自动控制与手动控制，正常情况下通过隧道管理站的计算机对隧道交通信息进行数据采集、分析、信息发布及实时控制。隧道本地控制器（PLC）向下以一对多的方式与外场设备相连，实时采集交通数据，并配备相应的各种接口模块与各监控设备进行通信。

5 结语

我国隧道目前存在只监不控、监强控弱的现象，采集的监控系统数据也得不到较好的利用；对隧道进行较好的管理控制，一方面要兼顾系统的稳定、可靠与可控，同时也要对不同主体条件的隧道及交通状况配置不同规模和冗余等级的机电系统，并设置合理的系统集成方案，构建系统网络结构，保证系统的可靠、安全、经济，最大程度的发挥系统应用的作用，实现灵活机动的现场控制。

参考文献：

[1]李祖伟，等.单体特长公路隧道联动控制技术方案研究[A].公路隧道运营管理与安全国际学术会议论文集[C]，重庆：中国公路协会，2006.

摘 要：针对隧道机电系统联动控制特点，分析系统要点，提出合理的长隧道联动控制系统网络构成及控制模式，并介绍了实际设计案例。

关键词：隧道机电；联动控制

1 概述

隧道通过监测、控制及诱导设备（交通检测与控制、环境检测和控制、照明控制、火灾报警、视频监控、有线广播及紧急电话等技术手段），综合对隧道路段进行整体监控。隧道机电系统作为隧道状况采集探测系统，是早期获取隧道内交通运行环境状况、紧急预警、改善行车环境的主要手段，是隧道安全运营的重要保障。

隧道特别是长隧道因单洞距离长，机电设备种类、数量较多，设置高成本的设备可以提高隧道的安全程度，但这只是前提条件。合理完善的数据传输、决策、控制系统才能较好的发挥所设置设备的功能，以达到在安全事故初期较好的处理事故、及时救援的目的。

2 控制管理系统网络构架

隧道内设置有大量的机电设备，需合理的对这些机电设备进行传输控制。在隧道管理体制方面，目前我国及我省主要采用三级管理模式，即路段监控中心、隧道管理站和隧道本地，系统网络结构可分为信息传输层、核心控制层和设备接入层。

信息传输层主要实现设备间的信息传输，工业以太网Ethernet为目前较常用的一种信息网络。隧道监控领域利用以太网作为隧道管理站、路段监控中心的数据传输，其中包含了设备采集数据、系统分析数据、及存储的历史数据。

核心控制层主要是利用现场构建的总线形成隧道本地控制网络，由于采用了标准的总线组网，既满足了机电系统实时通信的需求，又因具有较为开放的标准协议接口，能够较为方便的在总线网络上外接各种机电设备，有利于隧道机电系统的扩展，适用于本地控制器与隧道控制室的计算机设备、本地控制器与本地控制器及本地控制器与现场设备的数据通信。一般控制网络结构采用了双纤光纤组成的环形网络，提高了系统的可靠性。

设备接入层主要用于本地控制器与现场机电设备、控制器输入输出端子、采集设备之间的通信，采用各种总线通信协议实现，确保了数据传输的及时有效。

目前监控中心计算机局域网多采用成熟的以太网技术，以以太网交换机为中心的星形拓扑结构。但以太网由于采用CSMA/CD介质访问控制方式，本质上是非实时的，可能导致信息传输的滞后。隧道机电系统控制的重点是在隧道发生紧急事故时候实现隧道安全。紧急事故时易造成信息处理不及时而造成较大的事故。针对以太网的这个问题，且长隧道大量监控数据的实时传输需求，可采用现场区域控制器+以太网交换机的方式，将网络分为若干网段，以太网交换机具有数据存储、转发功能，使各端口数据得到缓冲，不发生冲突。

为了保证各监控设备数据传输的可靠性和实时性，隧道的控制网络结构可采用环形结构。环形冗余结构带有线路冗余，具有很高的生存性，当线路上有一个断点时，整个网络仍可正常通讯，常见于工业网络。同时长隧道可按区段组环，每个区段设置1处主PLC，配置触摸屏，在特殊情况下能够实现更高效、可靠的现场控制。

3 系统控制模式的选择

隧道的控制需要将系统内各子系统进行有效的结合，通过智能分析，整合为统一的机电系统，隧道控制方式可以分为自动控制与手动控制，正常情况下通过隧道管理站的计算机对隧道交通信息进行数据采集、分析、信息发布及实时控制。隧道本地控制器（PLC）向下以一对多的方式与外场设备相连，实时采集交通数据，并配备相应的各种接口模块与各监控设备进行通信。紧急情况下可实现现地人工手动控制。

隧道机电硬件通讯结构及系统集成方案采用全以太网通讯架构，可采用上位软件通过定制的驱动接口程序对隧道外场机电设备进行访问，PLC硬件的逻辑编写与调试也可在中控室直接下载或上传，视频监控由视频平台的通讯接口与上位软件通讯，紧急电话与消防系统可用API、ODBC等数据访问方式获取数据。整合后的软件系统可由客户端操控的就是所有的隧道监控子系统，形成统一的应用软件平台对隧道进行实时控制。

4 设计案例

岳西至武汉高速公路安徽段地处皖西大别山区，是沟通安徽、湖北两省的重要省际区域干线，也是连接中部地区和东部地区的重要高速公路大通道，隧道数量较多，桥隧占路线总长近60%，其中明堂山隧道全长约7.5km，为我省目前最长公路隧道。

根据安徽省目前实行的公路建设模式，岳武高速隧道监控设施管理模式如下：高速集团公司信息中心-高界路段监控中心-隧道管理站-监控外场设施。考虑本项目内隧道路段较多，且路段监控中心距离连续、长隧道路段较远，在岳西收费站内设置隧道管理站，负责本项目内隧道路段的交通管理，对本路段的交通监控数据及其他各种参数进行汇总，向路段监控中心上传监控数据及图像，并接受路段监控中心的管理。

此项目隧道监控设备的种类多而复杂，为了保证各监控设备数据传输的可靠性和实时性，本次设计隧道的控制网络结构方案采用环形结构。环形冗余结构带有线路冗余，具有很高的生存性，当线路上有一个断点时，整个网络仍可正常通讯，常见于工业网络。

隧道内各监控设备的监控数据首先由布置在隧道内和隧道变电所的本地控制器（PLC）进行实时采集和控制，同时经设置在各隧道变电所内的工业以太网交换机组成环形自愈环网将数据传送到隧道管理站管理。控制方式可以分为自动控制与手动控制，正常情况下通过隧道管理站的计算机对隧道交通信息进行数据采集、分析、信息发布及实时控制。隧道本地控制器（PLC）向下以一对多的方式与外场设备相连，实时采集交通数据，并配备相应的各种接口模块与各监控设备进行通信。

5 结语

我国隧道目前存在只监不控、监强控弱的现象，采集的监控系统数据也得不到较好的利用；对隧道进行较好的管理控制，一方面要兼顾系统的稳定、可靠与可控，同时也要对不同主体条件的隧道及交通状况配置不同规模和冗余等级的机电系统，并设置合理的系统集成方案，构建系统网络结构，保证系统的可靠、安全、经济，最大程度的发挥系统应用的作用，实现灵活机动的现场控制。

参考文献：

[1]李祖伟，等.单体特长公路隧道联动控制技术方案研究[A].公路隧道运营管理与安全国际学术会议论文集[C]，重庆：中国公路协会，2006.