高速公路机电设备智能化管理

王岭

摘要：本文探讨了高速公路机电设备智能化管理的实现方法，就系统通信网络结构、对设备的要求以及系统的一般功能进行了说明，对两种常见的系统集成方式进行了比较。在此基础上结合作者工作实践，阐述了高速公路机电设备智能化管理在提高事故应急反应的实时性、增强机电设备养护管理的主动性、获得直接经济效益等方面的意义，探讨了系统与移动互联网结合的效益、与相关系统整合构建高速公路BIM的可能性，讨论Discuss了机电设备智能化管理系统应用于实际管理流程时需考虑的因素。

关键词：高速公路；机电设备；智能化管理

中图分类号：U418.7 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）30-0013-02

0引言

在目前國家大力加强基础设施建设的背景下，高速公路路网正在形成。高速公路沿线一般设有往往有供配电、照明、气象站、环境监测、消防等机电设备，跨江、跨海大桥根据需要还会有景观照明、通风除湿系统、结构监测系统、电梯、航空灯、航道灯等专属设备。这些设备往往分布于沿线数十公里甚至数百公里的范围内，这就对机电设备的管理和维护提出了特殊的要求。

传统的高速公路机电设备管理系统化程度低，往往存在对设备的状态监测信息掌握滞后、对设备的控制偏重于现场的情况，这就造成了管理效率低、维护工作量大、应急反应速度慢等问题，设备出现故障时维修常常变成了抢修。随着技术的不断进步，尤其是通信网络技术和智能控制技术的进步，利用先进的高速公路通信网络和设备的智能化控制功能，在接口和协议的基础之上，可以构建先进的智能化网络，实现分散设备的集中管理控制。

1系统网络通信结构

通信网络是现场数据有效收集至控制中心和控制中心控制命令准确传送到现场机电设备的关键。根据高速公路机电设备总体分散、局部集中的特点，一般考虑采用现场通信网络和主干通信网络相结合构成系统通信网络。

主干通信网络经过目前采用的较多的是千兆光纤以太环网，主干光纤通过沿途的以太网交换机构成光纤环网，其特点是可以实现通信链路冗余，在链路发生单点故障的情况下，网络可在短时间内重构，保证数据传输的可靠性和实时性。

现场通信网络一般采用总线方式将现场设备与通信管理机相连。通信管理机根据系统采用的通信协议进行数据转换后与以太网交换机相连，实现控制中心与现场设备的数据通信。

2机电设备的智能化管理的实现

2.1实现方式

设备选型时应根据设计要求选择具有智能接口的设备，接口宜为标准接口，应与系统相匹配；设备应尽量采用一致的通信协议可以简化现场通信网络结构、降低接口软件编制的复杂性、提高数据传输的安全可靠性。考虑到高速公路机电设备沿全线狭长带状分布的特点，一般每隔一段距离设置一个监控子站或在设备相对集中的位置（如配电房）设置监控子站，监控子站通过现场通信网络来采集数据和下达指令，监控子站的设备选型应具有一定的可扩展性，便于后期增加的监控点接入系统。现场子站的数据通过主干通信网络传输至监控中心，监控中心设有监控主机、数据库服务器、视频主机等设备实现沿线机电设备的集中远程控制、自动化管理和工作环境的实时监控。

2.2系统功能

系统应具有配电自动化所需的“五遥”（遥测、遥信、遥感、遥调、遥视）功能，应能对沿线的照明设施进行自动控制，监测主要出线回路的电力参数、各级开关的分合闸状态并具有分合闸遥控功能。对于跨江、跨海大桥的航空灯、航标灯、除湿机和电梯等设备系统应根据管理需要和安全要求具有运行数据采集、运行状态监视、远程控制、紧急状态报警等功能和与应急处理预案相适应的应急处理功能。对于隧道工程的通风设备、火灾监测报警和消防设备应根据相关标准和环保要求具有自动控制功能。

2.3系统集成

高速公路机电设备可以划分为若干系统，如供配电设施电力监控系统、照明设施自动控制系统、道路监控系统、收费站污水处理系统、隧道通风控制系统、大型桥梁的电梯自动监测子系统等等。因此可以选择采用两级集成的模式，首先通过监控子站完成分系统设备的基础的数据采集，构建各子系统集成平台，然后构建机电设备集中控制系统平台，将各子系统数据源传输到该平台上，实现高速公路机电系统的平台化集成管理，实时监测设备状态，根据监测情况调用子系统对设备进行管理控制。

但这种两级集成模式下，每个系统都搭建一个控制平台，可能会造成大量的数据冗余、系统资源浪费和设备的重复投资，从而导致整个系统的不经济。因此，可以采用对设备按区域进行管理的模式，将各类现场设备的数据接入相应的监控子站，传输至控制中心后由机电设备集中控制系统平台统一处理。由于供配电设施对全线设备分区域供电，全线大量的照明设备也是分区域管理，因此这种模式下合理的做法是在为配电自动化而设计的SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition即数据采集与监视控制）系统基础上构建集控平台，将其他机电设备通过接口和协议的方式在此平台上集成后分系统进行管理和控制。如管理范围较大，可以考虑在适当的位置设置监控副中心，通过操作权限和优先级的设置，划分各自的管理控制功能。

3机电设备智能化管理的现实意义

3.1实时掌控设备运行状态、提高应急反应能力

通过对机电设备的智能化管理，可以迅速定位设备故障点，例如，任何收费站点或路段出现停电事故时，集控平台会立即收到停电告警信息，可以调度最近的备勤力量进行抢修：每年雷雨季节易涝地段的积水都对营运造成很大影响，通过设置水位警戒，超过警戒线自动启动排水泵及时排涝，甚至不需要维护人员现场作业就可以确保正常营运，跨江大桥养护工人常常有被关在桥塔电梯内的经历，一旦出现这种情况集控平台会及时显示电梯处于何种故障状态，有利于管理人员及时采取正确的应急措施。如果系统能够具有移动互联接口，故障发生时还可在第一时间通知相关人员，减少紧急事态下的反应时间、避免传统信息传递过程中的失真。

3.2利用数据统计分析提高设备养护管理水平和经济效益

现在各行各业都已进入信息化、智能化阶段，利用大数据提升管理水平已是大势所趋，如阿里巴巴的“阿里云”、电信的“天翼云”。通过对机电设备智能化管理平台采集的大量数据有利于提升设备维护管理水平、增加经济效益。例如通过对设备故障情况的统计分析有助于确定设备管理的重点，变事后被动维修为事前主动管理，减少远距离赶赴现场维修造成的时间损失：通过对供配电系统三相电流、零序电流的分析可以发现各相负载是否平衡并进行相应调整；通过对功率因素的长期统计分析可以采取针对性的措施提高电能质量、减少无功损耗。

3.3与上级数据中心联网可与相关管理系统进一步集成构建整个高速公路路网建筑信息模型（BIM），有利于上级管理部门对整个路网机电设备运行状况和维护管理工作开展情况的掌握

机电设备的智能化管理是信息社会各项先进技术的综合应用，某种程度上已经导致了设备管理流程的变革和重组。但是技术首要任务是服务于管理，从技术角度来看，高速公路机电设备的智能化管理已经可以达到相当高集成度，系统如何集成还要考虑高速公路管理单位的组织管理模式、具体设备的控制方式、现场特殊环境的限制以及安全性要求、经济效益等方面因素，不必片面的追求大而全。比如桥梁结构安全监测系统作为大型桥梁安全的重要保障，与供配电等系统一般分属不同的职能部门管理，就不适合集成在同一个系统中：高速公路隧道的火灾报警和消防联动控制系统必须充分考虑安全性因素，宜作为独立系统管理和控制，集成时只共享必要的信息。

高速公路机电设备是高速公路路网管理的重要保障，在互联网飞速发展的信息化时代，必须紧跟时代潮流，提升机电设备管理的智能化程度才能为路网信息化管理提供可靠的基础，保证路网高效运行，更好地服务经济社会发展、满足群众需求。endprint