城市隧道监控系统瞬时故障分析与控制研究

摘 要

随着我国经济的快速发展，城市建设中隧道工程越来越多，对隧道电子控制系统维护技术要求不断提高，这是社会发展的必然结果是顺应经济的可持续发展的必然趋势。本文对城市隧道控制系统故障中经常发生又较难处理的瞬时故障进行分析，提出比较先进预防策略以及控制方案，并在实践中收获了比较好的效果，对于促进我国城市建设长远发展具有重要的现实意义。

【关键词】隧道监控系统 故障分析 瞬时 控制策略

城市隧道电子控制系统对于提高隧道的安全运行具有重要意义，突发的比如隧道内照明系统、PLC中央控制单元、监控系统等各种系统故障常常会立刻引起整个隧道交通中断，因此，提高城市隧道电子控制系统的安全性，降低故障发生率，对于城市交通安全运营都起着重要作用。对城市隧道电子控制系统故障分析及控制进行的研究，可以大大提高隧道电子控制系统故障发生的预防能力，促进系统设备的稳定性和突况的系统应急工作效率的不断提升。

1 城市隧道控制系统故障的类型

现代化建设中，城市隧道电子控制系统的正常运行，对于维持隧道的正常运转具有重要作用，可以保证城市交通的正常秩序，促进城市经济的持续发展。一般情况下，城市隧道控制系统的故障可以分为两种类型：永久性故障和瞬时故障，都会对城市交通造成一定影响。我国城市隧道控制系统的故障中，永久性故障的处理方法较多，技术比较成熟，因此，进行维修时难度不大，而瞬时故障则是由系统自身和外界多种因素造成的，导致系统功能受到限制，不能对城市隧道交通进行及时有效的监控，严重时还会带来巨大经济损失。在实际运行中，瞬时故障的发生率要比永久性故障的发生率高很多，受到系统性能、设备大小、运行速率和电压等的影响，具有不固定性、不确定性和多样性等特点。

2 隧道控制系统故障分析和控制策略

在城市隧道电子控制系统中，安全技术的不断运用，对于降低故障发生率和有效控制系统故障具有重要影响，一般情况下，采用无线传感网络技术（WSN），可以及时监测和反馈系统故障，常用的是路由协议，少数资料显示IEEE802.15.4通信协议也可以用于系统的安全监测，使隧道电子控制系统故障率得到有效降低。瞬时故障并不是真正意义上的设备故障，而是在整体集成环境中的链路锁死或是运行阻碍，因此在实际的工作中单一的设备排查并不能解决问题，本文研究的是以可靠性为中心的维修和预防策略，国际上称作为RCM，可以对系统功能和故障进行及时分析，确定故障发生所带来的后果，与此同时，对整个电子控制系统进行逻辑化决断和确定预防策略，从而保证城市隧道电子控制系统的正常运行，提高系统设备的运行效率。

在系统性能发生变化时，RCM 首先会对整个系统的故障进行监测，采取预防性维修策略，这样操作的目的有两个：一是可以提升电子控制系统的功能性，在故障真正发生前进行维修，降低故障发生后带来的后果，从而维持系统的正常运行；另一个目的是及时修补系统性能故障，防止故障发生。然后，RCM可以对系统的数据进行对象分析，根据不同的故障原因和设备的性能、维修方法等，确定故障预防策略和维修措施，同时，记录新的故障问题，并进行及时分析，以提高城市隧道电子控制系统故障的控制力。

3 城市隧道电子控制系统故障控制的应用方案和成功案例

在城市隧道监控中，控制系统有现场监控设备、远程监控中心、PLC控制设备和总线等，远程控制中心将收到的信息及时传送出去，转换为PLC的执行命令，并通过总线发送出去，从而让PLC对隧道电子控制系统进行有效控制。例如：针对警报电源，进行预警和故障报告操作，及时分析故障和排除故障，最终自动解除警报。城市隧道电子控制系统中，基于ZigBee的通讯协议，可以更好进行故障分析，对每个隧道进行有效监控，大大提高整个城市隧道电子控制系统的运行效率。本文介绍的是根据RCM来进行的隧道电子控制系统故障分析和控制，在RCM的实际应用中，需要隧道系统电子控制系统的数据库和系统发生过得故障记录，以对城市隧道电子控制系统故障进行全面分析，提出更有效的预防策略和维修策略。

3.1 维修策略

3.1.1 常态检修

有效控制隧道电子控制系统故障发生，降低故障发生率的预防策略中，日常养护是最重要的措施，防止静电反应、保持摄像头清晰、及时给机房通风和散热等。一般情况下，室外温度保持在-20℃和60℃之间，室内温度在5℃和35℃之间。对于表面的故障，事先准备好想要的元器件，在故障发生进行及时检修。

3.1.2 视情维修

借助于各类监测仪器等硬件大力开展视情维修，对数据、各种设备信息进行及时采集，从而保障系统在故障发生时可以及时报警等。通过PLC、D/A、I/O等进行现场监控，实现对整个城市隧道电子控制系统的故障分析和控制。实现计算机辅助维修管理，由计算机完成维修数据的收集、分析、处理，并对维修计划做出预测和决策。对隧道机电设备的维修管理从时间维修逐步过渡到状态维修模式，保证设备在寿命周期内处于良好的技术状态，对可能发生的故障进行及时消除，防止故障出现，达到预防维修的目标。

3.1.3 技术提升

积极开展隧道机电设备可靠性、维修性的基础研究。包括各种技术管理标准、经济管理标准、维修技术标准、设备管理人员的工作标准以及维护修理的各种定额标准等，逐步形成科学的现代化维修管理制度。系统研究隧道机电设备的可靠性、维修性，找出设备的薄弱环节，不断改善和提高隧道机电设备的可靠性和维修性，提高设备的开机率和可用度，大力推广无维修设计，引进先进技术，促进我国城市隧道电子控制系统安全性的不断提高。

3.2 成功案例

杭州城市隧道数量众多，在大大小小近十条城市隧道的监控系统维护过程中，RCM的应用起着非常重要的作用。如在杭州某隧道，应用RCM的技术维修模式，在中央计算机监测到区域内某个摄像头传回的监控图像时有时无，但PLC控制的照明、及可变情报板等尚正常时，就产生分析预警，现场工程师根据数据分析果断侦测单向光纤线路，利用摇表等仪器成功估算出光纤接触不良的距离范围。因为隧道交通的特殊性，允许封道一般都在凌晨时段，因此我们及早组织现场技术工程人员及时开槽，并用临时网路代替光纤备用，成功的在交通影响最小的情况下解决了光纤熔断点的修补，实地中发现此光纤断层已非常明显，可能由于地面的热胀冷缩作用，已接近断开，此项修补非常及时，避免了大的瞬时故障的发生。试想一下，如果未能及时处理，当光纤真正断点出现，那将会是怎样的情形，照明控制瞬时中断，信号灯瞬时中断，短时间内就会引起交通混乱，而此时再来做技术侦查将会是多么复杂的工程，不说影响面和时间单单是设备检测就会产生巨额费用。因此，应用RCM的维修管理模式不论是对提高效率还是对经济效益来说都是非常成功的，给我们带来维修管理系统的全新理念，带来最大限度的保障。当然在实践中我们仍将不断摸索。

4 结束语

综上所述，在现代化建设中，RCM是先进的维修管理模式，其在众多系统管理中具有明显的实用性、高效性等特点，数据更规范准确、传递及时、决策可靠、反馈畅通，并向可视化、网络化和智能化维修管理系统方向发展，对城市隧道电子控制系统故障分析和控制中起着重要作用，相信它的应用也可推广至公路隧道以及大桥监控上，应用领域广泛。在实际应用中，提高城市隧道电子控制系统故障分析控制能力，才能保证城市隧道交通的安全性和稳定性，促进我国市场经济长远发展。

参考文献

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作者单位

浙江大学（杭州江南人才服务有限公司派遣） 浙江省杭州市 310013