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　　編者語：隧道監(jiān)控系統(tǒng)控制設(shè)備的選擇需要根據(jù)隧道的長(zhǎng)度和交通量?jī)蓚€(gè)參數(shù)來確定，同時(shí)還需要考慮隧道的地理位置及其他特殊性。隧道監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性成為事故源和事故后能否迅速應(yīng)對(duì)的重要因素。作為隧道監(jiān)控系統(tǒng)的核心，本地控制器和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（交換機(jī)）更成為系統(tǒng)安全可靠的核心。

　　近十年來，伴隨著國(guó)家綜合國(guó)力的全面提升，我國(guó)的公路建設(shè)經(jīng)歷了歷史性的跨越式發(fā)展，正突飛猛進(jìn)地向山區(qū)、水下及城市地下發(fā)展，帶來了大量的隧道建設(shè)，伴隨的隧道監(jiān)控系統(tǒng)也迅速發(fā)展。

　　早期的隧道監(jiān)控系統(tǒng)很不完善，隧道內(nèi)的控制經(jīng)歷了由單片機(jī)、工控機(jī)、PLC單機(jī)到網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程。但由于近年我國(guó)隧道建設(shè)規(guī)模大、任務(wù)急及各地隧道監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用水平參差不齊，帶來的問題其實(shí)很多。本文將就隧道監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用原理及目前存在的主要問題作出分析，重點(diǎn)探討本地控制器及其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的方案及設(shè)備的選擇與注意事項(xiàng)，希望能起到拋磚引玉的作用。

　　隧道監(jiān)控系統(tǒng)的需求

　　公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)具有如下作用和意義：

　?、俦O(jiān)視和控制：完成對(duì)隧道內(nèi)的交通狀況、運(yùn)行環(huán)境、設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)視和控制，確保各種隧道設(shè)備（風(fēng)機(jī)、燈具、信號(hào)、情報(bào)板、檢測(cè)設(shè)備及供電設(shè)施）安全有效地運(yùn)行，降低運(yùn)營(yíng)成本；

　?、谄交煌ǎ菏管囕v高效、合理及迅速地通過，增強(qiáng)隧道通行能力，提高運(yùn)營(yíng)管理水平；

　?、郾ＷC安全：預(yù)防和減少火災(zāi)和交通事故發(fā)生，增強(qiáng)對(duì)隧道交通異常事件火災(zāi)和交通事故的應(yīng)變和處理能力，消除和減少事故中人身和財(cái)產(chǎn)的損失，迅速恢復(fù)交通；

　?、芄?jié)能與環(huán)保：最大限度地節(jié)約能源（特別是在交通量不大時(shí)），監(jiān)視和控制隧道內(nèi)的污染狀況，限制和處理排放。

　　為了完成上述目的，隧道監(jiān)控系統(tǒng)控制設(shè)備的選擇需要根據(jù)隧道的長(zhǎng)度和交通量?jī)蓚€(gè)參數(shù)來確定，同時(shí)還需要考慮隧道的地理位置及其他特殊性。隧道控制設(shè)備的選擇目前主要依據(jù)中華人民共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18567-2001《高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)模式》。其中隧道監(jiān)控系統(tǒng)按隧道長(zhǎng)度和交通量大小劃分為四個(gè)等級(jí)（A、B、C及D）。

　　由于我國(guó)公路隧道建設(shè)發(fā)展迅猛，這些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范已滿足不了當(dāng)今的需求，特別是缺乏對(duì)于大量涌現(xiàn)的8km以上特長(zhǎng)隧道監(jiān)控系統(tǒng)特殊要求的經(jīng)驗(yàn)，以及如LED照明燈具等新的高科技產(chǎn)品的相關(guān)描述，因此在設(shè)計(jì)隧道監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，需要根據(jù)隧道的實(shí)際情況調(diào)整監(jiān)控設(shè)備的安裝布置。

　　隧道監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　為了完成隧道監(jiān)控任務(wù)，隧道中布置了監(jiān)控系統(tǒng)，又可以劃分為10個(gè)子系統(tǒng)，他們分別是隧道中央計(jì)算機(jī)管理子系統(tǒng)；隧道檢測(cè)子系統(tǒng)；隧道通風(fēng)控制子系統(tǒng)；隧道照明控制子系統(tǒng)；隧道交通誘導(dǎo)及控制子系統(tǒng)；隧道火災(zāi)檢測(cè)、消防報(bào)警子系統(tǒng)；隧道閉路電視監(jiān)視子系統(tǒng)；隧道緊急電話與廣播子系統(tǒng)；隧道電力監(jiān)控子系統(tǒng)；隧道供電設(shè)施以及防火卷簾門與水幕控制。

　　根據(jù)隧道長(zhǎng)短、交通量和地理位置的不同，有些子系統(tǒng)可能會(huì)被省略。隧道監(jiān)控系統(tǒng)中分布的各種設(shè)備，包括信號(hào)燈、情報(bào)板、車道指示器、車檢器、CO/VI檢測(cè)、通風(fēng)、照明及卷簾門等，是通過均勻分布在隧道內(nèi)的本地控制器和網(wǎng)絡(luò)將這些子系統(tǒng)有機(jī)地聯(lián)系起來，從而完成對(duì)隧道的監(jiān)控任務(wù)（圖1）。

　　隧道內(nèi)一般每300～700m布置一臺(tái)本地控制器，現(xiàn)代多采用PLC作為本地控制器。隧道內(nèi)本地控制器前后的各種被控對(duì)象，如風(fēng)機(jī)、信號(hào)燈、車道指示器、照明燈具、車檢器及CO/能見度儀等稱為外場(chǎng)設(shè)備，與附近的本地控制器相連。

　　設(shè)備的控制信號(hào)點(diǎn)數(shù)會(huì)根據(jù)不同廠家的設(shè)備選型而有所不同，同時(shí)會(huì)根據(jù)隧道的控制要求而決定是否采用該控制設(shè)備。

　　網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　高速公路隧道監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一般考慮分為三級(jí)：第一級(jí)為隧道群監(jiān)控中心；第二級(jí)就是每個(gè)隧道的監(jiān)控分中心（一般位于隧道兩頭的配電間內(nèi)）；第三層是隧道內(nèi)的區(qū)域控制器。通過區(qū)域控制器上的各種開關(guān)量、模擬量及RS232/485通信口與現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備相連，完成系統(tǒng)監(jiān)控任務(wù)。

　　三級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中（圖2），最上面為隧道群監(jiān)控中心，下面分別表示了兩個(gè)隧道監(jiān)控分中心（監(jiān)控站），第三級(jí)就是PLC作為本地控制器的一級(jí)。對(duì)于每個(gè)隧道內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)，可以采用大家最為熟悉的光線以太環(huán)網(wǎng)，也可以采用更可靠的光纖冗余Profinet環(huán)網(wǎng)。

　　控制系統(tǒng)的可靠性

　　歷史上曾發(fā)生過許多公路隧道交通的重大事故。歐洲阿爾卑斯山下有許多隧道穿過，2001年世界第二長(zhǎng)的瑞士葛克特隧道，兩輛貨車相撞造成事發(fā)處溫度高達(dá)1000℃，10余人死亡，23輛車被毀。早在1999年，穿越阿爾卑斯山的勃朗峰隧道大火，造成了41人死亡，43輛車燒毀的重大交通事故。2003年6月6日上午，韓國(guó)首都漢城發(fā)生一輛公共汽車與一輛吉普車在隧道里相撞并引起大火，約30人受傷。隧道火災(zāi)煙霧大、溫度高，由于隧道橫斷面小且道路狹窄，疏散與撲救困難，危害非常大。

　　隧道的安全除了要從隧道的設(shè)計(jì)和消防方面考慮外，隧道監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性成為事故源和事故后能否迅速應(yīng)對(duì)的重要因素。作為隧道監(jiān)控系統(tǒng)的核心，本地控制器和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（交換機(jī)）更成為系統(tǒng)安全可靠的核心。

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　　隧道工作環(huán)境的特點(diǎn)是空間狹小、濕度變化較大、電磁干擾強(qiáng)烈，以及大部分地區(qū)雷電沖擊頻繁，特別是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排出的煙塵含有大量的碳粉，附著在控制電路的印刷板上很容易引起短路，從而引起控制設(shè)備運(yùn)行不正常甚至損壞控制設(shè)備。

　　隧道監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)是分散式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，從每臺(tái)本地控制器來看，控制點(diǎn)數(shù)很少。一般每個(gè)站只有幾十個(gè)開關(guān)量輸入/輸出，幾個(gè)點(diǎn)的模擬量和串行口。從這些功能要求看，采用小型的PLC完全滿足要求。但由于小型PLC結(jié)構(gòu)過于緊湊，在隧道內(nèi)惡劣的環(huán)境下，包括潮濕、油煙和電磁干擾，這種PLC很難長(zhǎng)期穩(wěn)定地運(yùn)行。因此從隧道安全的角度考慮，隧道監(jiān)控系統(tǒng)一般采用中大型PLC，對(duì)于隧道變電站或控制站內(nèi)的主控PLC往往要求采用雙CPU冗余的雙機(jī)熱備系統(tǒng)，以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。一般隧道內(nèi)的本地控制器，可以采用不帶CPU的RTU終端，也可以采用帶CPU的PLC。

　　現(xiàn)代隧道監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)，普遍采用環(huán)形光纖冗余以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，實(shí)時(shí)以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)（Field Bus）將更適合隧道監(jiān)控系統(tǒng)，比如菲尼克斯的Profinet網(wǎng)絡(luò)將成為隧道監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的最佳選擇。

　　安全問題不容小視

　　本地控制器及其網(wǎng)絡(luò)是隧道監(jiān)控系統(tǒng)的核心，其選型及方案的合理性影響隧道監(jiān)控系統(tǒng)的效率、穩(wěn)定性，關(guān)系到整個(gè)隧道的安全性。不僅需從本地控制器功能上的實(shí)現(xiàn)來選型，更需要從保證隧道監(jiān)控安全、可靠的角度來考慮。

　　另外，在隧道監(jiān)控系統(tǒng)中有一個(gè)簡(jiǎn)單的問題常常被忽略，那就是安裝本地控制器和交換機(jī)的控制箱密封性問題。為了防止煙塵，多數(shù)隧道監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)單位都在設(shè)計(jì)文件中寫明，控制柜的防護(hù)等級(jí)為IP65以上。但實(shí)際上，許多系統(tǒng)商采用的控制柜遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到IP65防護(hù)等級(jí)，加上現(xiàn)場(chǎng)安裝過程中，控制柜的變形和出線口密封處理不當(dāng)，造成控制柜實(shí)際失去了防護(hù)能力。

　　國(guó)內(nèi)已建成隧道大多數(shù)存在著本地控制器控制箱嚴(yán)重的密封不良問題。按此情況，這些控制系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行不會(huì)超過三年，這是一個(gè)大家都需要關(guān)注的嚴(yán)重問題。還有一個(gè)普遍存在的問題是，對(duì)于雷暴區(qū)域的隧道，防雷設(shè)施的布置、選型、與安裝往往不被重視。這應(yīng)該值得各個(gè)廠商對(duì)此給予重視，如采用菲尼克斯的防雷技術(shù)，真正防患于未然。