王嶺

摘要：本文探討了高速公路機(jī)電設(shè)備智能化管理的實(shí)現(xiàn)方法，就系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、對設(shè)備的要求以及系統(tǒng)的一般功能進(jìn)行了說明，對兩種常見的系統(tǒng)集成方式進(jìn)行了比較。在此基礎(chǔ)上結(jié)合作者工作實(shí)踐，闡述了高速公路機(jī)電設(shè)備智能化管理在提高事故應(yīng)急反應(yīng)的實(shí)時性、增強(qiáng)機(jī)電設(shè)備養(yǎng)護(hù)管理的主動性、獲得直接經(jīng)濟(jì)效益等方面的意義，探討了系統(tǒng)與移動互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的效益、與相關(guān)系統(tǒng)整合構(gòu)建高速公路BIM的可能性，討論Discuss了機(jī)電設(shè)備智能化管理系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際管理流程時需考慮的因素。

關(guān)鍵詞：高速公路；機(jī)電設(shè)備；智能化管理

中圖分類號：U418.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）30-0013-02

0引言

在目前國家大力加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的背景下，高速公路路網(wǎng)正在形成。高速公路沿線一般設(shè)有往往有供配電、照明、氣象站、環(huán)境監(jiān)測、消防等機(jī)電設(shè)備，跨江、跨海大橋根據(jù)需要還會有景觀照明、通風(fēng)除濕系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)、電梯、航空燈、航道燈等專屬設(shè)備。這些設(shè)備往往分布于沿線數(shù)十公里甚至數(shù)百公里的范圍內(nèi)，這就對機(jī)電設(shè)備的管理和維護(hù)提出了特殊的要求。

傳統(tǒng)的高速公路機(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)化程度低，往往存在對設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測信息掌握滯后、對設(shè)備的控制偏重于現(xiàn)場的情況，這就造成了管理效率低、維護(hù)工作量大、應(yīng)急反應(yīng)速度慢等問題，設(shè)備出現(xiàn)故障時維修常常變成了搶修。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，尤其是通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能控制技術(shù)的進(jìn)步，利用先進(jìn)的高速公路通信網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的智能化控制功能，在接口和協(xié)議的基礎(chǔ)之上，可以構(gòu)建先進(jìn)的智能化網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)分散設(shè)備的集中管理控制。

1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)

通信網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)場數(shù)據(jù)有效收集至控制中心和控制中心控制命令準(zhǔn)確傳送到現(xiàn)場機(jī)電設(shè)備的關(guān)鍵。根據(jù)高速公路機(jī)電設(shè)備總體分散、局部集中的特點(diǎn)，一般考慮采用現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)和主干通信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合構(gòu)成系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)。

主干通信網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過目前采用的較多的是千兆光纖以太環(huán)網(wǎng)，主干光纖通過沿途的以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)成光纖環(huán)網(wǎng)，其特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)通信鏈路冗余，在鏈路發(fā)生單點(diǎn)故障的情況下，網(wǎng)絡(luò)可在短時間內(nèi)重構(gòu)，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯?shí)時性。

現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)一般采用總線方式將現(xiàn)場設(shè)備與通信管理機(jī)相連。通信管理機(jī)根據(jù)系統(tǒng)采用的通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后與以太網(wǎng)交換機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)控制中心與現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)通信。

2機(jī)電設(shè)備的智能化管理的實(shí)現(xiàn)

2.1實(shí)現(xiàn)方式

設(shè)備選型時應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求選擇具有智能接口的設(shè)備，接口宜為標(biāo)準(zhǔn)接口，應(yīng)與系統(tǒng)相匹配；設(shè)備應(yīng)盡量采用一致的通信協(xié)議可以簡化現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、降低接口軟件編制的復(fù)雜性、提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩煽啃??？紤]到高速公路機(jī)電設(shè)備沿全線狹長帶狀分布的特點(diǎn)，一般每隔一段距離設(shè)置一個監(jiān)控子站或在設(shè)備相對集中的位置（如配電房）設(shè)置監(jiān)控子站，監(jiān)控子站通過現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)來采集數(shù)據(jù)和下達(dá)指令，監(jiān)控子站的設(shè)備選型應(yīng)具有一定的可擴(kuò)展性，便于后期增加的監(jiān)控點(diǎn)接入系統(tǒng)?，F(xiàn)場子站的數(shù)據(jù)通過主干通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心設(shè)有監(jiān)控主機(jī)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、視頻主機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)沿線機(jī)電設(shè)備的集中遠(yuǎn)程控制、自動化管理和工作環(huán)境的實(shí)時監(jiān)控。

2.2系統(tǒng)功能

系統(tǒng)應(yīng)具有配電自動化所需的“五遙”（遙測、遙信、遙感、遙調(diào)、遙視）功能，應(yīng)能對沿線的照明設(shè)施進(jìn)行自動控制，監(jiān)測主要出線回路的電力參數(shù)、各級開關(guān)的分合閘狀態(tài)并具有分合閘遙控功能。對于跨江、跨海大橋的航空燈、航標(biāo)燈、除濕機(jī)和電梯等設(shè)備系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)管理需要和安全要求具有運(yùn)行數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、遠(yuǎn)程控制、緊急狀態(tài)報警等功能和與應(yīng)急處理預(yù)案相適應(yīng)的應(yīng)急處理功能。對于隧道工程的通風(fēng)設(shè)備、火災(zāi)監(jiān)測報警和消防設(shè)備應(yīng)根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)保要求具有自動控制功能。

2.3系統(tǒng)集成

高速公路機(jī)電設(shè)備可以劃分為若干系統(tǒng)，如供配電設(shè)施電力監(jiān)控系統(tǒng)、照明設(shè)施自動控制系統(tǒng)、道路監(jiān)控系統(tǒng)、收費(fèi)站污水處理系統(tǒng)、隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)、大型橋梁的電梯自動監(jiān)測子系統(tǒng)等等。因此可以選擇采用兩級集成的模式，首先通過監(jiān)控子站完成分系統(tǒng)設(shè)備的基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集，構(gòu)建各子系統(tǒng)集成平臺，然后構(gòu)建機(jī)電設(shè)備集中控制系統(tǒng)平臺，將各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)源傳輸?shù)皆撈脚_上，實(shí)現(xiàn)高速公路機(jī)電系統(tǒng)的平臺化集成管理，實(shí)時監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)，根據(jù)監(jiān)測情況調(diào)用子系統(tǒng)對設(shè)備進(jìn)行管理控制。

但這種兩級集成模式下，每個系統(tǒng)都搭建一個控制平臺，可能會造成大量的數(shù)據(jù)冗余、系統(tǒng)資源浪費(fèi)和設(shè)備的重復(fù)投資，從而導(dǎo)致整個系統(tǒng)的不經(jīng)濟(jì)。因此，可以采用對設(shè)備按區(qū)域進(jìn)行管理的模式，將各類現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)接入相應(yīng)的監(jiān)控子站，傳輸至控制中心后由機(jī)電設(shè)備集中控制系統(tǒng)平臺統(tǒng)一處理。由于供配電設(shè)施對全線設(shè)備分區(qū)域供電，全線大量的照明設(shè)備也是分區(qū)域管理，因此這種模式下合理的做法是在為配電自動化而設(shè)計的SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制）系統(tǒng)基礎(chǔ)上構(gòu)建集控平臺，將其他機(jī)電設(shè)備通過接口和協(xié)議的方式在此平臺上集成后分系統(tǒng)進(jìn)行管理和控制。如管理范圍較大，可以考慮在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置監(jiān)控副中心，通過操作權(quán)限和優(yōu)先級的設(shè)置，劃分各自的管理控制功能。

3機(jī)電設(shè)備智能化管理的現(xiàn)實(shí)意義

3.1實(shí)時掌控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、提高應(yīng)急反應(yīng)能力

通過對機(jī)電設(shè)備的智能化管理，可以迅速定位設(shè)備故障點(diǎn)，例如，任何收費(fèi)站點(diǎn)或路段出現(xiàn)停電事故時，集控平臺會立即收到停電告警信息，可以調(diào)度最近的備勤力量進(jìn)行搶修：每年雷雨季節(jié)易澇地段的積水都對營運(yùn)造成很大影響，通過設(shè)置水位警戒，超過警戒線自動啟動排水泵及時排澇，甚至不需要維護(hù)人員現(xiàn)場作業(yè)就可以確保正常營運(yùn)，跨江大橋養(yǎng)護(hù)工人常常有被關(guān)在橋塔電梯內(nèi)的經(jīng)歷，一旦出現(xiàn)這種情況集控平臺會及時顯示電梯處于何種故障狀態(tài)，有利于管理人員及時采取正確的應(yīng)急措施。如果系統(tǒng)能夠具有移動互聯(lián)接口，故障發(fā)生時還可在第一時間通知相關(guān)人員，減少緊急事態(tài)下的反應(yīng)時間、避免傳統(tǒng)信息傳遞過程中的失真。

3.2利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析提高設(shè)備養(yǎng)護(hù)管理水平和經(jīng)濟(jì)效益

現(xiàn)在各行各業(yè)都已進(jìn)入信息化、智能化階段，利用大數(shù)據(jù)提升管理水平已是大勢所趨，如阿里巴巴的“阿里云”、電信的“天翼云”。通過對機(jī)電設(shè)備智能化管理平臺采集的大量數(shù)據(jù)有利于提升設(shè)備維護(hù)管理水平、增加經(jīng)濟(jì)效益。例如通過對設(shè)備故障情況的統(tǒng)計分析有助于確定設(shè)備管理的重點(diǎn)，變事后被動維修為事前主動管理，減少遠(yuǎn)距離趕赴現(xiàn)場維修造成的時間損失：通過對供配電系統(tǒng)三相電流、零序電流的分析可以發(fā)現(xiàn)各相負(fù)載是否平衡并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整；通過對功率因素的長期統(tǒng)計分析可以采取針對性的措施提高電能質(zhì)量、減少無功損耗。

3.3與上級數(shù)據(jù)中心聯(lián)網(wǎng)可與相關(guān)管理系統(tǒng)進(jìn)一步集成構(gòu)建整個高速公路路網(wǎng)建筑信息模型（BIM），有利于上級管理部門對整個路網(wǎng)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀況和維護(hù)管理工作開展情況的掌握

機(jī)電設(shè)備的智能化管理是信息社會各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的綜合應(yīng)用，某種程度上已經(jīng)導(dǎo)致了設(shè)備管理流程的變革和重組。但是技術(shù)首要任務(wù)是服務(wù)于管理，從技術(shù)角度來看，高速公路機(jī)電設(shè)備的智能化管理已經(jīng)可以達(dá)到相當(dāng)高集成度，系統(tǒng)如何集成還要考慮高速公路管理單位的組織管理模式、具體設(shè)備的控制方式、現(xiàn)場特殊環(huán)境的限制以及安全性要求、經(jīng)濟(jì)效益等方面因素，不必片面的追求大而全。比如橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)作為大型橋梁安全的重要保障，與供配電等系統(tǒng)一般分屬不同的職能部門管理，就不適合集成在同一個系統(tǒng)中：高速公路隧道的火災(zāi)報警和消防聯(lián)動控制系統(tǒng)必須充分考慮安全性因素，宜作為獨(dú)立系統(tǒng)管理和控制，集成時只共享必要的信息。

高速公路機(jī)電設(shè)備是高速公路路網(wǎng)管理的重要保障，在互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的信息化時代，必須緊跟時代潮流，提升機(jī)電設(shè)備管理的智能化程度才能為路網(wǎng)信息化管理提供可靠的基礎(chǔ)，保證路網(wǎng)高效運(yùn)行，更好地服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、滿足群眾需求。endprint