高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動檢測系統(tǒng)的研制

摘要：我國高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)在保障營運安全方面發(fā)揮著極其重要的作用。為保障隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，技術(shù)人員需定期進行現(xiàn)場巡檢，判斷系統(tǒng)是否正常運行。鑒于此，研制出一套高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可定期自動啟動，也可由技術(shù)人員通過上位機遠程啟動，啟動后系統(tǒng)將自動檢測隧道中射流風(fēng)機和照明燈的運行狀態(tài)，并將檢測結(jié)果上傳至上位機。技術(shù)人員可通過上位機定期查看轄區(qū)內(nèi)各隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)啟動后的運行狀態(tài)，不必親自趕赴現(xiàn)場啟動隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)進行檢查，從而減輕了技術(shù)人員巡檢的工作量，提高了工作效率。

關(guān)鍵詞：高速公路;隧道通風(fēng)照明系統(tǒng);定期自啟動檢測

中圖分類號：U453.7" " 文獻標(biāo)志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2023）15-0049-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.15.012

0" " 引言

高速公路的機電系統(tǒng)主要包括收費系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)和隧道機電系統(tǒng)等[1]。目前，高速公路機電設(shè)備的日常維護和檢修需要花費較長時間并投入大量的人力、物力，智能化程度較低[2]。其中，隧道機電系統(tǒng)作為高速公路營運管理和安全管理的重要依托，對設(shè)備完好性、故障處理及時性的要求尤為突出。隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)是隧道機電系統(tǒng)最重要的組成之一，主要設(shè)備包括射流風(fēng)機和照明燈，該系統(tǒng)的日常巡檢工作由監(jiān)控中心監(jiān)控人員定期開展，監(jiān)控人員主要觀察各隧道的通風(fēng)照明系統(tǒng)在靜態(tài)下是否存在異常。除此之外，技術(shù)人員還需定期進行現(xiàn)場巡檢，依次現(xiàn)場開啟各隧道的通風(fēng)照明系統(tǒng)并觀察系統(tǒng)是否正常運行[3]。而我國高速公路總里程位居世界第一，每一個轄區(qū)內(nèi)都分布著大大小小多個隧道，這無疑增加了技術(shù)人員對各隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期輪流巡視的工作量。

為此，研制出一套高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可定期自動啟動，也可由技術(shù)人員通過上位機遠程啟動，啟動后系統(tǒng)將自動檢測隧道中射流風(fēng)機和照明燈的運行狀態(tài)，并將檢測結(jié)果上傳至上位機。技術(shù)人員通過上位機定期查看轄區(qū)內(nèi)各隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)啟動后的運行狀態(tài)，不必親自趕赴現(xiàn)場啟動隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)進行檢查，從而減輕了技術(shù)人員巡檢的工作量，提高了工作效率。

1" " 高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動檢測系統(tǒng)的設(shè)計

1.1" " 現(xiàn)場裝設(shè)設(shè)計

高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動檢測系統(tǒng)現(xiàn)場裝設(shè)圖如圖1所示。

高速公路隧道路段的穹頂會根據(jù)隧道的長短裝設(shè)一定數(shù)量的射流風(fēng)機和照明燈。在所有射流風(fēng)機的內(nèi)部分別安裝角位移傳感器，用于檢測射流風(fēng)機轉(zhuǎn)軸的角位移數(shù)據(jù);在所有照明燈內(nèi)分別安裝光敏傳感器，用于檢測照明燈是否正常發(fā)光。

隧道側(cè)面的配電室內(nèi)裝設(shè)電壓互感器、舵機模塊和下位機微機模塊。電壓互感器裝設(shè)在配電室電源進線處，用于檢測配電室電源進線是否正常帶電。舵機模塊安裝于射流風(fēng)機的控制開關(guān)上，用于自動合閘控制射流風(fēng)機的啟動。下位機微機模塊負責(zé)接收和發(fā)送各種信號，并對接收到的各種信號進行處理和計算。安裝在隧道內(nèi)的各傳感器沿著內(nèi)墻布線并引進配電室，最終連接至下位機微機模塊的各輸入引腳上，下位機微機模塊將各輸入引腳與各傳感器進行對應(yīng)，進而對應(yīng)不同的機電設(shè)備，最終通過不同輸入引腳的輸入數(shù)據(jù)確定各機電設(shè)備的運行狀態(tài)。

1.2" " 上位機裝置設(shè)計

高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動檢測系統(tǒng)上位機裝置圖如圖2所示。

高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動檢測系統(tǒng)上位機裝置主要由上位機微機模塊、蜂鳴器、液晶顯示屏、USB接口和按鍵模塊組成，其中，上位機微機模塊和蜂鳴器安裝于裝置內(nèi)部。

上位機微機模塊用于處理下位機微機模塊上傳的數(shù)據(jù)信息、按鍵模塊的輸入信息，以及向蜂鳴器和液晶顯示屏輸出信號和數(shù)據(jù)。當(dāng)高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動檢測系統(tǒng)檢測到隧道通風(fēng)照明機電設(shè)備故障時，蜂鳴器會根據(jù)故障類型發(fā)出不同的報警信號。液晶顯示屏為觸摸屏，用于顯示下位機上傳的各隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)啟動后運行情況。USB接口用于充電和編程，主要作用是可修改上位機微機模塊內(nèi)部關(guān)于各隧道的具體信息，有利于在高速公路工程擴建時及時更新上位機內(nèi)部各隧道的具體資料。按鍵模塊包括啟動按鍵、刷新界面按鍵、清空界面按鍵。啟動按鍵用于人工遠程啟動高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動檢測系統(tǒng);刷新界面按鍵用于刷新液晶顯示屏顯示界面，以防數(shù)據(jù)量過大，界面自動刷新較慢;清空界面按鍵用于技術(shù)人員查看完轄區(qū)內(nèi)所有隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)情況后手動清空界面，也是關(guān)閉正在報警的蜂鳴器的按鍵。

2" " 高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計

高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動檢測系統(tǒng)硬件原理圖如圖3所示。

高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計原理如下：

角位移傳感器與光敏傳感器單向?qū)z測信號傳入下位機微機模塊。角位移傳感器傳入的是一個角位移量，由于射流風(fēng)機正常運轉(zhuǎn)時是勻速轉(zhuǎn)動，所以下位機微機模塊在接收到角位移數(shù)據(jù)后，將角位移數(shù)據(jù)再次轉(zhuǎn)換成角速度，用角速度對射流風(fēng)機運行狀態(tài)進行判斷。光敏傳感器傳入的是一個代表光照強度的模擬信號，下位機微機模塊在接收到該模擬信號后通過內(nèi)部的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再將該信號與標(biāo)定信號進行對比，判斷照明燈的運行狀態(tài)。電壓互感器二次側(cè)信號經(jīng)整流和穩(wěn)壓后單向傳入下位機微機模塊，只有當(dāng)下位機微機模塊檢測到電壓互感器二次側(cè)有電時，才表示系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，此時檢測到的故障為有效故障。舵機模塊由下位機微機模塊單向輸出信號控制，用于自動合閘。

上位機微機模塊與下位機微機模塊利用無線信號雙向傳輸信息。下位機微機模塊向上位機微機模塊傳輸該隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)的運行狀態(tài)信息，上位機微機模塊向下位機微機模塊傳輸啟動系統(tǒng)信號和關(guān)閉系統(tǒng)信號。

按鍵模塊向上位機微機模塊單向輸入信號，上位機微機模塊向液晶顯示屏和蜂鳴器單向輸出數(shù)據(jù)和信號。其中蜂鳴器的報警信號根據(jù)故障的嚴(yán)重程度分為三種：第一種是單個隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)中射流風(fēng)機和照明燈均發(fā)生故障，蜂鳴器的報警信號是持續(xù)不停的長鳴，這種報警信號優(yōu)先級最高;第二種是單個隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)中僅射流風(fēng)機發(fā)生故障，蜂鳴器的報警信號以0.5 s為間隔響一次停一次，這種報警信號優(yōu)先級排第二;第三種是單個隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)中僅照明燈發(fā)生故障，蜂鳴器的報警信號是響1 s停2 s，這種報警信號優(yōu)先級排最后。當(dāng)一次自啟動檢測中多個隧道的通風(fēng)照明系統(tǒng)發(fā)生故障時，蜂鳴器按故障優(yōu)先級最高的報警信號進行報警。

3" " 高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計

高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動檢測系統(tǒng)軟件流程圖如圖4所示。

高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動檢測系統(tǒng)軟件流程設(shè)計如下：

轄區(qū)內(nèi)每一個隧道的下位機微機模塊自帶一個初始編號，上位機依據(jù)該初始編號對各個隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)進行區(qū)分。下位機微機模塊中設(shè)置一個定時器T1，T1以30天為一個周期響應(yīng)一次。

當(dāng)下位機微機模塊收到T1響應(yīng)或上位機微機模塊發(fā)送來的啟動信號時，將T1歸零重新計時，接著檢測電壓互感器二次側(cè)是否帶電，若電壓互感器二次側(cè)不帶電，則停止檢測，下位機微機模塊向上位機微機模塊發(fā)送隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)停電的信息;若電壓互感器二次側(cè)帶電，則下位機微機模塊控制舵機模塊合閘，啟動第二個定時器T2。T2每10 s響應(yīng)一次，下位機微機模塊在收到T2響應(yīng)時，歸零T2并測算該隧道中所有射流風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，重復(fù)測算5次，當(dāng)同一射流風(fēng)機的5次轉(zhuǎn)速測算結(jié)果都相同時，判斷該風(fēng)機運行正常，否則判斷該風(fēng)機存在故障。檢測完風(fēng)機運行狀態(tài)后，下位機微機模塊將所有接收到的光強電信號與標(biāo)定信號進行對比，兩者差值在允許范圍內(nèi)，則判斷對應(yīng)照明燈狀態(tài)正常，否則判斷對應(yīng)照明燈存在故障。

下位機微機模塊將該隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)的運行狀況上傳至上位機。上位機在接收到所有轄區(qū)內(nèi)隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)的運行狀況后，依次在顯示屏上顯示出來，并根據(jù)故障種類的優(yōu)先級，讓蜂鳴器發(fā)出對應(yīng)的最高級報警信號。上位機微機模塊在接收到所有下位機微機模塊上傳的數(shù)據(jù)后，對所有下位機發(fā)出關(guān)閉系統(tǒng)信號。下位機微機模塊在接到關(guān)閉系統(tǒng)信號后，控制舵機模塊進行分閘。

4" " 結(jié)束語

高速公路隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)定期自啟動檢測系統(tǒng)可定期自動啟動，也可由技術(shù)人員通過上位機遠程啟動，啟動后系統(tǒng)將自動檢測隧道中射流風(fēng)機和照明燈的運行狀態(tài)，并將檢測結(jié)果上傳至上位機。技術(shù)人員可通過上位機裝置定期查看轄區(qū)內(nèi)各隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)啟動后的運行狀態(tài)，不必輪流巡視、親自趕赴現(xiàn)場啟動隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)進行檢查，從而減輕了技術(shù)人員巡視的工作量，提高了工作效率。

[參考文獻]

[1] 何玄.高速公路機電設(shè)備的維護與管理[J].機電工程技術(shù)，2016，45（1）：138-140.

[2] 周東堅.高速公路機電設(shè)備維護和管理措施研究[J].運輸經(jīng)理世界，2022（36）：160-162.

[3] 陳達章，鄧欣，丁浩.高速公路隧道通風(fēng)、照明設(shè)施創(chuàng)新設(shè)計探討[J].公路交通技術(shù)，2016，32（5）：105-108.

收稿日期：2023-03-30

作者簡介：羅方（1987—），男，廣東大埔人，工程師，研究方向：交通運輸工程。