秦岭终南山特长公路隧道控制系统的构思和模型实现

摘要：针对秦岭终南山特长公路隧道提出了一整套控制方案，并以模型的形式模拟演示实现，为国内公路行业公司全面承建和实施这样特长隧道的控制系统提供理论和实验上的有利支持。 关键词：特长隧道，混合式前馈模糊控制，B/S模式，隧道模型 一、项目背景 “第七届国际公路水运交通技术与设备展览会”于九月一日在北京农业展览馆隆重举行，我公司与重庆交通科研设计院共同研制了秦岭终南山特长公路隧道模型，在会上展示了基于国内最先进隧道控制算法的“秦岭终南山特长公路隧道控制系统模型”。交通部张春贤部长在参观模型展台时，详细询问了秦岭终南山特长公路隧道的建设和科研情况，在听取了课题组研究人员对隧道监控、防灾管理等方面解决方案的详细介绍后，给予了从分肯定和高度评价。展览会上来自全国各地的交通行业专家和领导，都对隧道控制领域取得的成就表示称赞。 模型图片 图1 秦岭终南山特长公路隧道控制系统模型 二、系统硬件配置 系统选用施耐德电气Modicon TSX Premium 203系列PLC系统。模型长2米，以9000:1的比例模拟实际的特长隧道和各种设备，CO/VI检测模拟器，车检器的模拟器，光强监测器模拟器，火灾报警模拟器，模拟风机，模拟照明灯，模拟交通指示器、车道指示器，模拟情报板。 模型在模拟监控中心设工程师站监控计算机，工程师站监控计算机软件采用力控公司的组态软件，模拟隧道选用两套Modicon TSX Premium 203,现场PLC由监控中心工程师站监控计算机控制。系统采用基于开放式工业以太网，大大提高了通信的速度和稳定性。 三、系统功能设置 隧道控制系统分为3个主要系统：通风系统，照明系统和交通系统。每个子系统均设置可独立运行的监控画面。监控系统的各项监控功能都是在力控组态软件平台上开发的。 1． 设备运行界面 在隧道设备运行界面中，监控系统整体概念清晰，设备工况状态信息全面，对于单个设备来说，具有设备的运行状态显示，同时能独立设置监控系统运行。系统设置了通风、照明和交通监控界面。 设备运行 图2 设备运行界面 2． 设备控制界面 设备控制界面中可以以输入方式控制所有设备的状态，界面均有明确的中文提示。 监控系统设置了手自动切换按钮，上下行线交通模式选择，通风模式选择，照明控制和情报板显示控制。 为方便灵活地对所有设备进行控制，主要工艺流程设备的运行采用多种控制方式： a)全自动控制：监控系统按照预定的程序，执行三大系统的自动连锁控制，实现隧道相关设备交通量的按流程混合式前馈模糊控制； b)集中控制：用工程师站监控计算机发出设备运行、停止命令，实现现场相关设备的按流程运行、停止控制； c)火灾时控制：当隧道内发生火灾时，实现灭火和交通、人员疏导控制。 设备控制 图3 设备控制界面 3． 系统工艺参数设定和显示界面 系统情报板的显示设定和显示 ；光强度检测，一氧化碳，能见度，风速、风向等参数的分级的设定和显示；车辆检测器如交通量、车速、车道占有率等参数的显示；限速标志的设定和显示。 设备参数 图4 设备参数显示设定界面 4． 趋势图 CO/VI,光强，车流量，车速，车道占有率等参数的趋势图。 5． 报警画面 手、自动火灾报警，车检器判断拥堵，CO/VI超标等报警的提示和纪录。 6． 历史报表 对隧道运行的各种参数记入历史数据库，并在需要时打印报表。 7． 用户管理 根据需要，设定多级用户管理，以利于不同管理级的实际应用。 设备管理 图5 设备用户管理界面 四、系统操作 现场PLC和监控操作站都设置了自启动功能，上电开机后PLC就能自动初始化运行，工程师站监控计算机能自动进入监控系统，操作员只需根据屏幕提示进行操作即可。 五、隧道模型控制与实际隧道控制的联系 隧道模型虽然不能完全模拟实际隧道的全部情况，但对于秦岭终南山这样的公路特长隧道，国内尚没有实际的控制经验，国际上也仅有为数不多的几条，因此，搭建这样的模型，对隧道的控制方式作一些模拟控制和研究，尤其是象前馈模糊控制等国际、国内的先进控制算法获得大量的实验数据，有非常积极的作用。 六、隧道模型的意义 重庆交通科研设计院隧道工程室于2001年承担了交通部“秦岭终南山特长隧道综合监控技术”研究课题，通过课题组三年多的艰苦研究，结合北京云星宇交通工程有限公司在国内实际隧道项目上的丰富经验，解决了特长隧道控制网络、通风控制方案、照明控制方案、交通防灾组织等方面的技术难题，提出了隧道控制网络基于开放式工业以太网，采用混合型前馈式模糊通风控制法进行隧道通风控制，采用照明调光控制法进行无级照明控制，提出并开发了基于Intranet/Internet的B/S模式的公路隧道监控系统软件，实现了隧道管控一体化，领导了我国公路隧道控制领域的发展方向，为国内公路行业公司全面承建和实施这样特长隧道提供理论和实验上的有利支持。 Design and Realization of Control System on Model about QinLing ZhongNanShan Spuer Long Tunnels ZHANG Li-bing, ZHAO Yong-zhong, LIU Hai-yan (Beijing YunXingYun Traffic Engineering Co.Ltd Beijing 100054) Abstract: To the super long expressway tunnels of QinLing ZhongNanShan, this paper put forward a total control system and realize and display on a model. It provide theory and trial data for domestic company of highway, which will can build the control’s system of the super long expressway tunnels. Key words: super long tunnel, mixed feed forward and fuzzy control, B/S mode, tunnel model 张利兵（1972—），男，汉族，山西晋城人，北京科技大学毕业硕士研究生，北京云星宇交通工程有限公司产品开发部工作，从事交通行业隧道系统控制研究和实现，，工作电话：010-60246342-29，通讯地址：北京市宣武区建功西里2号楼天缘公寓B座1110室产品开发部，邮编：100054，电子邮件：zhlbing@sohu.com, ；赵永忠（1968—），男，汉族，新疆阿克苏人，博士研究生，从事交通行业隧道系统控制研究和实现。 刘海燕，北京云星宇交通工程有限公司产品开发部