公路隧道機電設備控制技術及養護分析

賴鴻生

深圳市粵通建設工程有限公司 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工程。隧道設計為單洞雙向雙車道，隧道所配機電系統設備齊全，通風、照明等隧道機電設備及監控設備相對比較完整。本文以該隧道為研究對象，研究分析公路隧道機電設備的控制技術與養護方案，具有一定說明性與代表性。下面主要對通風系統、照明系統、交通控制系統進行具體分析[1]。

2 公路隧道機電系統控制技術

（1）隧道通風系統控制技術。隧道通風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。監控系統對風機的控制采用在隧道變電所和隧道內控制箱本地及遠程控制的方式。隧道風機有人工手動（變電所及隧道內本地）、人工遠控、自動控制三種方式。觸摸屏和隧道管理所監控計算機都是與主控本地控制器進行數據通信，這兩處完成的功能類似，都有手動控制和自動控制，風機的手動控制為按組手動控制，自動控制有2種，即CO濃度超標情況下的自動控制和煙霧透過率超標情況下的自動控制。自動控制下的風機啟動需要人工核實確認，選擇按組手動控制時，同組的2臺風機先后按控制命令工作。通風控制分為自動控制和人工控制兩種。自動控制模式下，根據CO/VI檢測值分為0、1、2三種方式（具體閥值根據規范要求及現場實際情況設定）進行風機控制。風機控制模式1為開啟每組的一半，風機控制模式2為每組全部開啟。無論采用何種控制，系統均根據運行時間及檢測值的變化進行風機開關的控制，CO/VI下降則關機；CO/VI持續則增開風機組數，關閉隧道進行交通管制，處理相關事故。

（2）照明系統控制技術。隧道照明控制系統由光亮度檢測器、隧道區域控制器、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控計算機都是與主控本地控制器進行數據通信，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。完全手動狀態可以任意控制每一個照明回路，模式手動和自動控制狀態把照明回路合理組合，分成5級進行控制。隧道內的夜間照明分成兩個等級，即一般夜間照明和深夜照明。當時間取值為：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濟照明模式，為了在滿足隧道亮度在設計、安全要求的前提下，能適當節約能源。每一種時序控制模式對應于季節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計在PLC控制器內的程序進行控制的。每個月月采用不同的閾值，閥值根據實際使用的隧道當地情況進行修改。

（3）交通系統控制技術。本項目設計采用雙向交通運行程序，通過人工判別來啟動程序設置的相應控制模式，分別控制風機、照明及交通信號燈。相應的控制模式由監控人員判別確認后輸出。隧道內外設有車道指示器、車輛檢測器、可變情報板、可變限速標志和緊急出口標志等相關交通誘導設施，入口處的交通信號燈用一組車道指示器代替。在所有隧道內配置遠程輸入輸出單元，采用抗高惡劣環境的可編程智能控制器。主要配置在隧道洞口附近。隧道內遠程輸入輸出單元的主要控制對象是洞口的CO/VI檢測器等設施。設備設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設置一臺可編程控制器，主要用于控制隧道內風機和照明回路。隧道變電所現場還設置能提供直接手動控制功能的開關裝置，如低壓配電柜上的手動操作裝置。

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

3 公路隧道機電設備養護

結合我國隧道工程經驗看，采用的機電養護管理模式一般為：檢測、發現變異、推導變異原因、明確變異后的健全度、制定措施，采用的是早期發現及及時維護的養護管理模式，容易造成養護費用的浪費，并帶來嚴重的安全隱患問題。基于此，本文結合以上工程實例，建立基于可靠性的機電系統多級預警模式，從系統的角度，根據日常檢測數據，進行隧道養護時對系統的故障情況進行綜合的預警。

具體思路為：充分利用日常檢測所得的實時數據，計算出單個設備的可靠度。利用單個設備的可靠度算出各個子系統的可靠度，最終模擬出整個機電系統的可靠度，然后將可靠度分為無預警、中毒預警、嚴格預警、極重預警，不同的預警對應不同的故障程度，并為機電養護決策提供指導性作用。以本工程的照明系統為例說明，本隧道除了應急照明為熒光燈外，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影響，然后確定維護工作類型和任務。如對于中間段連續壞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，根據實測亮度下降的程度判斷故障類型。待養護工程任務確定后，再進行養護工作間隔期的確定。

4 結束語

公路隧道是以特殊構造物的方式存在于路段中，因其具有容易引發事故，事故規模及危害程度都比較嚴重，且發生事故后不易處理的特性，是當前公路建設的難點。如何及時發現交通事件，必須進行隧道運營狀態的自動檢測和識別，并制定出適合隧道特點的隧道機電設備控制技術和養護方案，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。