CN104267704A - 一种新型隧道监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型隧道监控系统，它包括隧道监控主站层、现场监控层和通信系统，隧道监控主站层是隧道监控系统的调度和指挥中心，负责铁路沿线隧道或隧道群机电设备的远程监视、控制和调度、管理；通信系统是隧道监控系统的基础；现场监控层完成现场数据采集、执行各种自动控制任务，并与隧道监控主站层通信，完成远程监视和控制功能；现场监控层通过通信系统与隧道监控主站层连接。本发明主要完成隧道内电力设施、照明/应急照明设备、风机、给排水设施、防火门等的集中监控、故障报警和调度管理；在灾情发生时，能够与其他自动化系统联动，根据预先生成的灾情预案输出自动控制，达到防灾减灾的目的，保证列车安全运行。
Description
技术领域
本发明涉及监控系统领域，特别是涉及一种新型隧道监控系统。
背景技术
当前，我国正在大规模推进高质量的铁路、高速铁路、高速公路建设，跨省的远距离的铁路、公路施工在全国范围内铺开。由于我国是一个地域辽阔、地形复杂的国家，其中山地、丘陵和高原面积约占国土总面积的60％多，铁路公路建设中遇到山地和丘陵地区，以及江河湖泊、城市人口密集地区等，采用隧道建设方案是最直接，也是采用最高效的穿行方案，建设隧道可以有效地缩短行车里程，提高线型标准、保障运营安全，保护生态环境。
由于隧道环境的特殊性，面临着及其复杂的采光、通风、给排水、防火防灾等问题，环境复杂性高、危险性高。
目前隧道监控管理系统缺乏统一的自动化监控和管理系统，缺乏统一的必要信息支持平台，不能实时精确地获取隧道环境信息，不能对隧道实际环境有一个全面、及时、准确地掌握，更不能对事故准确预测、预警，保证车辆或行人的安全。
当事故发生时，由于对现场情况不了解，应急救援调度机制和救援措施很难做到及时、合理、有效，有时甚至产生二次事故，给隧道内车辆和行人带来重大伤害，给国家财产造成重大损失。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型隧道监控系统，能统一自动地监控和管理隧道运行设备，实时精确地获取隧道实际情况，对隧道实际环境有一个全面、及时、准确地掌握，对事故准确预测、预警，保证车辆或行人的安全。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种新型隧道监控系统，它包括隧道监控主站层、现场监控层和通信系统，隧道监控主站层是隧道监控系统的调度和指挥中心，负责铁路沿线隧道或隧道群机电设备的远程监视、控制和调度、管理；通信系统是隧道监控系统的基础；现场监控层完成现场数据采集、执行各种自动控制任务，并与隧道监控主站层通信，完成远程监视和控制功能；现场监控层通过通信系统与隧道监控主站层连接。
所述的隧道监控主站层包括监控主站和主站通信设备；监控主站与主站通信设备连接；
监控主站包括监控工作站、任务工作站、通信服务器、数据库服务器、网络交换机、电子值班系统、不间断电源UPS、打印机或Web服务器、大屏幕调度系统；电子值班系统包括多串口服务器和GSM/GPRS调制解调器；
监控工作站包括电力设备监控工作站、照明监控工作站、通风监控工作站、水泵监控工作站或屏蔽门监控工作站，任务工作站包括抄表及负荷管理工作站或维护报表工作站；
监控工作站、任务工作站、通信服务器、数据库服务器、网络交换机、电子值班系统、Web服务器和大屏幕调度系统与不间断电源UPS连接、打印机与维护报表工作站连接，Web服务器与上级系统连接，上级系统为上级信息管理系统MIS或复式终端连接。
所述的通信系统包括隧道通信主网和隧道现场网络，隧道现场网络通过E1接口或以太网接口与隧道通信主网连接，E1为欧洲30路脉冲编码调制；
隧道通信主网包括基于E1通道的E1主网或基于以太网的以太网主网；
E1主网包括主E1协议转换器和多个从E1协议转换器，主E1协议转换器通过E1接口与主站通信设备连接，主E1协议转换器还与从E1协议转换器连接组成串行自愈光纤环网，从E1协议转换器通过E1接口与隧道监控子系统连接，主E1协议转换器为机架式协议转换器；
以太网主网包括交换机和多个以太网协议转换器，交换机通过以太网接口与主站通信设备连接，交换机还与从以太网协议转换器连接组成串行自愈光纤环网，从以太网协议转换器通过以太网接口与隧道监控子系统连接；
隧道现场网络包括串行自愈光纤环网或光纤环型自愈工业以太网；
串行自愈光纤环网包括主光端机和多个从光端机，主光端机通过通信网络节点与隧道通信主网连接，主光端机还与隧道监控装置连接，主光端机负责整个环网的管理，从光端机与隧道监控装置连接，多个从光端机与主光端机连接组成串行自愈光纤环网；
光纤环型自愈工业以太网包括主以太网交换机和从以太网交换机，主以太网交换机通过通信网络节点与隧道通信主网连接，主以太网交换机还与隧道监控装置连接，主以太网交换机负责整个环网的管理，从以太网交换机与隧道监控装置连接，多个从以太网交换机与主以太网交换机连接组成光纤环型自愈工业以太网。
所述的现场监控层包括包括多个隧道监控子系统，隧道监控子系统包括电力设备监控系统、照明监控系统、通风监控系统、水泵监控系统或屏蔽门监控系统，隧道监控子系统通过通信系统与监控工作站连接。
所述的电力设备监控系统包括电源接口、一级负荷接口、监控装置和双电源切换装置，监控装置包括远程测控器RTU、智能仪表和通信设备，RTU A和智能仪表A与通信设备连接，RTU B和智能仪表B与通信设备连接，通信设备通过通信系统与电力设备监控工作站连接，RTU A和智能仪表A通过双电源切换装置与电源接口A连接，RTU B和智能仪表B通过双电源切换装置与电源接口B连接，电源接口A通过双电源切换装置与一级负荷接口A连接，电源接口B通过双电源切换装置与一级负荷接口B连接。
所述的照明监控系统包括箱式变电站接口、普通照明回路、应急照明回路、监控装置、应急电源EPS、EPS控制器或通信设备，监控装置为远程测控器RTU，监控装置与通信设备连接，通信设备通过智能接口与EPS控制器连接，通信设备通过通信系统与照明监控工作站连接，EPS控制器与EPS连接，EPS与应急照明回路连接，普通照明回路与箱式变电站接口连接，监控装置控制箱式变电站接口与普通照明回路的开断，监控装置控制EPS与应急照明回路的开断。
所述的通风监控系统包括多个风机电气柜、多个环境检测仪、监控装置和通信设备，监控装置与风机电气柜和环境检测仪连接，监控装置与通信设备连接，通信设备通过通信系统与通风监控工作站连接，监控装置为可编程逻辑控制器PLC。
所述的水泵监控系统包括监控装置、液位传感器、多个水泵电气柜和通信设备，水泵电气柜和液位传感器与监控装置连接，监控装置与通信设备连接，通信设备通过通信系统与水泵监控工作站连接，监控装置为可编程逻辑控制器PLC。
所述的屏蔽门监控系统包括屏蔽门电控箱、监控装置和通信设备，屏蔽门电控箱与监控装置连接，监控装置与通信设备连接，通信设备通过通信系统与屏蔽门监控工作站连接，监控装置为可编程逻辑控制器PLC。
它还包括一个联动系统，联动系统包括联动控制器和上级系统联动接口，上级系统包括火灾报警系统FAS、屏蔽门监控系统、电力调度自动化SCADA、闭路电视检测系统CCTV或列车进出监控系统等，联动控制器安装在监控工作站里，联动控制器通过上级系统联动接口与上级系统连接。
本发明的有益效果是：一种新型隧道监控系统，主要完成隧道内电力设施、照明/应急照明设备、风机、给排水设施、防火门等的集中监控、故障报警和调度管理；在灾情发生时，能够与其他自动化系统联动，根据预先生成的灾情预案输出自动控制，达到防灾减灾的目的，保证列车安全运行。
新型隧道监控系统具有良好的开放性，能够方便地接入各种智能监控装置或子系统，如可编程逻辑控制器PLC、远程测控终端RTU、变配电所智能监控子系统等，完成综合监控和调度指挥功能；也能够方便地与其他铁路自动化系统接口，如火灾报警系统FAS、闭路电视检测系统CCTV、电力调度自动化SCADA、屏蔽门监控系统、电力远动、列车进出监控系统等，交换信息，实现联动；系统功能完善，运行稳定，界面友好，无用户数限制，无监控点数限制，可以广泛地应用于多种场合：
1）高速铁路、高速客专、城际铁路等的隧道机电设备监控、照明设备监控及安全监控；
2）普通铁路隧道机电设备监控、照明设备监控及安全监控；
3）特殊隧道，如高速客专水底隧道，机电设备监控及安全监控；
4）铁路系统其他构筑物机电设备监控及安全监控；
5）公路、高速公路隧道机电设备监控及安全监控；
6）其他行业，如煤矿安全生产监控及综合信息管理。
附图说明
图1为本发明系统结构框图；
图2为本发明隧道监控主站层系统结构框图；
图3为本发明基于E1通道的E1主网结构框图；
图4为本发明基于以太网的以太网主网结构框图；
图5为本发明串行自愈光纤环网结构框图；
图6为本发明光纤环型自愈工业以太网结构框图；
图7为本发明电力设备监控系统原理框图；
图8为本发明照明监控系统原理框图；
图9为本发明通风监控系统原理框图；
图10为本发明水泵监控系统原理框图；
图11为本发明屏蔽门监控系统原理框图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种新型隧道监控系统TBAS-2000，它包括隧道监控主站层、现场监控层和通信系统，隧道监控主站层是隧道监控系统的调度和指挥中心，负责铁路沿线隧道或隧道群机电设备的远程监视、控制和调度、管理；通信系统是隧道监控系统的基础；现场监控层完成现场数据采集、执行各种自动控制任务，并与隧道监控主站层通信，完成远程监视和控制功能；现场监控层通过通信系统与隧道监控主站层连接。
1）TBAS-2000隧道监控主站是隧道监控系统的调度和指挥中心，负责铁路沿线隧道/隧道群机电设备的远程监视、控制和调度、管理，并负责与其他自动化系统接口，实现信息传递、报警联动等功能，为铁路安全运行提供技术保障。
2）通信系统是隧道监控系统的基础。隧道监控系统的通信系统一般基于铁路专用通信网络SDH/MSTP构建，各受控隧道子系统经通信适配器引入通信基站，利用传输网与监控主站实时通信。
3）隧道监控子系统以隧道为单位，主要由RTU、PLC、智能控制器、检测设备及现场通信网络组成，在现场完成数据采集、执行各种自动控制任务，并与主站通信，完成远程监视和控制功能。
（一）隧道监控主站层
如图2所示，所述的隧道监控主站层包括监控主站和主站通信设备；监控主站与主站通信设备连接。
监控主站包括监控工作站、任务工作站、通信服务器、数据库服务器、网络交换机、电子值班系统、不间断电源UPS、打印机或Web服务器、大屏幕调度系统；电子值班系统包括多串口服务器和GSM/GPRS调制解调器；
监控工作站包括电力设备监控工作站、照明监控工作站、通风监控工作站、水泵监控工作站或屏蔽门监控工作站，任务工作站包括抄表及负荷管理工作站或维护报表工作站；
监控工作站、任务工作站、通信服务器、数据库服务器、网络交换机、电子值班系统、Web服务器和大屏幕调度系统与不间断电源UPS连接、打印机与维护报表工作站连接，Web服务器与上级系统连接，上级系统为上级信息管理系统MIS或复式终端连接。
隧道监控主站通常设在铁路沿线生产管理部门，如综合维修段/工区、电力车间或其他综合监控室内，负责沿线一定范围内多个隧道的机电设备的监控和管理。
1）监控工作站
完成基于图形系统的机电设备自动监视和操作控制、故障报警及报警管理、通信网络管理、设备管理、历史记录、安全管理等功能，要求双机冗余配置。
2）通信服务器
通信服务器承担前置机（FEP）的功能，负责主站与若干隧道监控子系统的通信处理、数据采集、规约转换和数据预处理。前置机是一个逻辑上的概念，理论上可以由主站系统的任何一台工作站或服务器担任，实际应用中为了确保系统的可靠性和运行效率，一般单独设置。
通信服务器一般双机冗余设置，两台机器互为热备用，这样，可以大大提高系统的通信可靠性。
3）数据库/Web服务器
完成系统运行的数据记录、存储和管理功能，为主站提供数据库访问服务；并向MIS系统或复式终端提供基于Web服务的系统运行状态、故障报警、历史记录等信息。
4）电子值班模块
电子模块由多串口服务器和GSM MODEM（含中国移动SIM卡、服务费）组成，将系统故障报警、异常信息或指定的任何数据和信息，通过电话拨号、GSM短信等方式，远程通知值班人员或任意指定工作人员，提高工作人员值班效率。
（二）通信系统
所述的通信系统包括隧道通信主网和隧道现场网络，隧道现场网络通过E1接口或以太网接口与隧道通信主网连接，E1为欧洲30路脉冲编码调制。
隧道通信主网包括基于E1通道的E1主网或基于以太网的以太网主网。
如图3所示，E1主网包括主E1协议转换器和多个从E1协议转换器，主E1协议转换器通过E1接口与主站通信设备连接，主E1协议转换器还与从E1协议转换器连接组成串行自愈光纤环网，从E1协议转换器通过E1接口与隧道监控子系统连接，主E1协议转换器为机架式协议转换器。
由通信设备在每条受控隧道提供一个E1（G.703，2.048Mbps）接口与隧道监控子系统相连；同时，在监控主站端预留与受控隧道同样数目的E1接口，与隧道端子系统构成点对点通信。
由于铁路沿线都建有专用SDH传输网络，E1资源非常丰富，因此，这是一种性价比较高、应用比较广泛的通信方式。
如图4所示，以太网主网包括交换机和多个以太网协议转换器，交换机通过以太网接口与主站通信设备连接，交换机还与从以太网协议转换器连接组成串行自愈光纤环网，从以太网协议转换器通过以太网接口与隧道监控子系统连接。
当铁路专用通信网络采用SDH/MSTP技术时，能够提供大量以太网业务接口，监控主站与隧道监控子系统之间的通信可以采用以太网传输技术来实现。
采用以太网业务接口，具体有以下几种工作方式可以选择：
（1）以太网点对点
即监控主站端以太网接口与受控隧道以太网接口一一对应，构成点对点通信。这种通信方式简单有效，而且互不干扰，但主站端占用资源较多，适用于受控隧道数量不多的情况。
（2）以太网汇聚
通信设备在每条受控隧道提供一个以太网接口，监控主站端则提供一个汇聚接口（IEEE802.3），带宽为10/100/1000Mbps，构成1：m汇聚通道。其中，m为受控隧道数量。这种方式非常适合TBAS-2000这样的集散控制系统使用，通信资源分配相对合理，性价比较高。
（3）链路层交换
通信设备在监控主站端、各受控隧道提供以太网接口，所有节点共享网络带宽，任意两个通信节点之间能够互相访问，实现以太网数据的二层交换。这种通信方式技术先进，共享带宽资源而且动态分配，带宽利用更为合理，但对通信专业设备要求较高，使用成本较高。
隧道现场网络包括串行自愈光纤环网或光纤环型自愈工业以太网。
隧道内各类机电设备通常分散布置，这就要求隧道监控设备和子系统必须是分散分布式结构，这些分散分布的监控设备需要通过通信网络才能连接起来构成隧道监控子系统。因此，隧道内现场通信网络是隧道监控子系统的基础。
隧道内工作环境十分恶劣，因此，要求通信网络稳定可靠，满足防潮、防尘、抗震、抗电磁干扰、耐腐蚀的“五防”要求。
鉴于隧道内的实际情况，通信介质应优先选择光纤。常用通信方案有两种：串行自愈光纤环网和光纤环型工业以太网。
通信网络由光纤自愈MODEM（也称光端机）和光缆组成，称为串行自愈光纤环网。其中，光MODEM分为主光MODEM和从光MODEM，主光MODEM负责与通信基站、监控主站连接，并负责整个环网的管理；当环网中某点故障时，主光MODEM能够快速识别故障位置，并将通道切换至环的另外一个方向，从而实现自愈功能；从光MODEM主要用来提供多个电接口，一般为RS-232/485，以便接入现场的各种智能设备，如RTU、PLC、专用智能控制器等。
如图5所示，串行自愈光纤环网包括主光端机和多个从光端机，主光端机通过通信网络节点与隧道通信主网连接，主光端机还与隧道监控装置连接，主光端机负责整个环网的管理，从光端机与隧道监控装置连接，多个从光端机与主光端机连接组成串行自愈光纤环网。
这种通信方式的优点是通信可靠，抗干扰能力强，而且成本较低，缺点是采用主从式通信，带宽和效率都比较低，当隧道内需要接入的RTU、PLC和智能装置数量较多时，实时性较差，可能会造成比较大的延迟。
在隧道内采用光纤环型工业以太网，该网络由具有自愈功能的光纤工业以太网交换机和光缆组成，由于交换机具有自愈功能，当环网中某点故障时，网络能够自动识别故障位置并将通道切换至另外一个传输方向，切换时间数十毫秒，从而快速实现自愈功能，保护数据通信。交换机提供多个以太网电接口（IEEE802.3，RJ-45），用于连接隧道内的各种智能装置；相应的，智能装置也需要提供以太网接口，才能接入工业以太网。
如图6所示，光纤环型自愈工业以太网包括主以太网交换机和从以太网交换机，主以太网交换机通过通信网络节点与隧道通信主网连接，主以太网交换机还与隧道监控装置连接，主以太网交换机负责整个环网的管理，从以太网交换机与隧道监控装置连接，多个从以太网交换机与主以太网交换机连接组成光纤环型自愈工业以太网。
这种通信方式具有通信可靠，抗干扰能力强，带宽达到10Mbps甚至100Mbps，对等式（peer to peer）通信方式，效率极高；缺点是光纤工业以太网交换机投资大、成本相对较高，比较适合用于大型隧道中需要监控的对象比较多、实时数据量大，或可靠性要求高的场合。
（三）现场控制层
所述的现场监控层包括包括多个隧道监控子系统，隧道监控子系统包括电力设备监控系统、照明监控系统、通风监控系统、水泵监控系统或屏蔽门监控系统，隧道监控子系统通过通信系统与监控工作站连接。
隧道监控子系统以隧道为单位，具体完成隧道内各类机电设备的自动监控，是隧道监控系统的主要组成部分。
隧道监控子系统采用分散分布式结构，由RTU、PLC、智能控制器等监控装置和现场通信网络组成，各种智能自动装置就近安装在受控机电设备附近。隧道监控子系统按照监控对象类型，分为电力、照明/应急照明、通风、排水、屏蔽门等子系统监控。
一、电力设备监控系统
铁路隧道供电系统主要由一体化箱式变电站和低压配电柜/箱组成，监控系统主要由RTU、低压智能仪表、通信设备组成，需要远程抄表时，还可以加装智能电度表。
如图7所示，所述的电力设备监控系统包括电源接口、一级负荷接口、监控装置和双电源切换装置，监控装置包括远程测控器RTU、智能仪表和通信设备，RTU A和智能仪表A与通信设备连接，RTU B和智能仪表B与通信设备连接，通信设备通过通信系统与电力设备监控工作站连接，RTU A和智能仪表A通过双电源切换装置与电源接口A连接，RTU B和智能仪表B通过双电源切换装置与电源接口B连接，电源接口A通过双电源切换装置与一级负荷接口A连接，电源接口B通过双电源切换装置与一级负荷接口B连接。
电力设备监控子系统主要功能包括：
1）以“遥信、遥测、遥控”为主的远动功能。
2）箱式变电站环境监测，如变压器温度、门禁位置、火灾报警信号及各类报警信号。
3）箱式变电站UPS电源及蓄电池工作状态监测及报警。
4）一级负荷的带时标遥测、故障录波、遥测越限报警等，满足铁道部相关技术要求。
5）当箱式变电站安装智能电度表时，可以将电度表接入RTU，完成远程自动抄表功能。
6）低压回路谐波检测，可以采用智能仪表完成此功能。
二、照明监控系统
铁路隧道照明包括普通照明和应急照明，以应急照明为主。
照明监控系统的监控对象主要是位于综合洞室内的照明回路、应急照明回路及EPS装置。监控系统由TBAS-100（RTU）、EPS专用智能控制器及通信设备组成，监控内容包括低压开关状态、进出线回路电压、电流，EPS及后备电池工作状态等。
如图8所示，所述的照明监控系统包括箱式变电站接口、普通照明回路、应急照明回路、监控装置、应急电源EPS、EPS控制器或通信设备，监控装置为远程测控器RTU，监控装置与通信设备连接，通信设备通过智能接口与EPS控制器连接，通信设备通过通信系统与照明监控工作站连接，EPS控制器与EPS连接，EPS与应急照明回路连接，普通照明回路与箱式变电站接口连接，监控装置控制箱式变电站接口与普通照明回路的开断，监控装置控制EPS与应急照明回路的开断。
照明监控系统主要功能如下：
1）远动功能：照明回路、应急照明回路及其他回路的遥信、遥测、遥控。
2）与列车进出隧道联动：当列车通过或在隧道内停留时，自动开启照明系统，以保证工作人员和乘客的安全；当列车离开隧道后，自动关闭照明系统，以达到节省电能的目的。
3）EPS监视及报警：监视EPS工作状态、充电状态、逆变状态、蓄电池工作状态等；当EPS或电池出现故障后自动报警，以便安排工作人员及时维修，保证应急照明系统的可靠运行。
EPS监视一般通过EPS装置自身配置的智能监控装置来完成，通信协议通常采用ModBus。
4）EPS蓄电池远程遥控活化，延长电池使用寿命。
三、通风监控系统
在隧道内设置环境检测仪，实时检测一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、二氧化硫（SO2）、瓦斯气体、粉尘浓度、风速风向检测器、温度、湿度等参数，由PLC根据测量数据自动控制风机运行状态，吸入新鲜空气，保持隧道内环境指标在国家标准范围内，并实现节能和保持风机较佳寿命的运行。PLC或控制器提供智能接口，接入隧道现场通信网络，与主站端监控主站连接，实现风机的远程监控。
如图9所示，所述的通风监控系统包括多个风机电气柜、多个环境检测仪、监控装置和通信设备，监控装置与风机电气柜和环境检测仪连接，监控装置与通信设备连接，通信设备通过通信系统与通风监控工作站连接，监控装置为可编程逻辑控制器PLC。
通风监控系统具体功能包括：
1）风机的控制方式包括：手动控制、当地自动控制、远程控制，控制优先级依次降低。
2）正常情况下，风机主要采用当地自动控制，根据采集到的CO等环境参数，由PLC自动开启和关闭一台或几台风机；根据隧道风向，控制风机正转和反转，吸入新鲜空气；根据风机工作时间，自动控制风机群轮流启停，循环使用，避免由于一台或者某几台风机过度频繁启停，从而降低射流风机使用寿命。
风机也可以由现场控制柜实施手动控制，或定时启停，或由远方监控主站遥控。
还可以与列车进出隧道联动：当列车通过隧道或在隧道内停车时，自动打开通风系统，保证隧道内空气质量达到国家标准；当列车离开隧道后，关闭通风系统，节约电能。
另外，通风控制更完善的控制算法可以将空气动力学计算参数作为依据，主要包括：
（1）隧道当量直径；
（2）隧道摩阻系数；
（3）列车当量阻力面积参数；
（4）现场实时检测的列车长度参数；
（5）列车速度参数；
（6）隧道内自然风速参数；
（7）风机出口风速参数；
（8）出口面积参数。
通过上述参数的采集和计算，采用最优化的控制算法输出控制。
3）紧急情况下，如火灾发生时，马上进入火灾运行模式，开启全部风机工作于排烟模式，排烟方向顺隧道方向；对于设有竖向风机的特长隧道，应事先在现场模拟调查后，制定灾情预案，灾情发生时按照预案实施控制。灭火阶段开启全部风机，增大风量，以利于灭火和降温。在灭火结束后，风机应由监控中心或通过现场控制柜，将风机逐渐关闭，确认可以正常通行后，恢复原先设定的各种设备运行状态。
4）监视设备运行状况，一旦发现其中某台设备运行异常，立即报警通知检修人员前去检查，以防引起更大范围的设备故障。
5）当一组设备中的某台设备出现故障不能继续运转时，自动切换到备用设备；同时，对于临时停电的情况，当恢复供电后，系统自动执行顺序启动程序，可保证设备投运顺利，避免启动失败对设备的损害。
6）自动记录设备的累计运行小时数，当累计值达到规定的维修时间时，自动报告中央控制室，及时提醒进行设备维护和检修。
四、水泵监控系统
如图10所示，所述的水泵监控系统包括监控装置、液位传感器、多个水泵电气柜和通信设备，水泵电气柜和液位传感器与监控装置连接，监控装置与通信设备连接，通信设备通过通信系统与水泵监控工作站连接，监控装置为可编程逻辑控制器PLC。
水位水泵监控的主要功能包括：
1）利用液位传感器对集水井、水道的积水进行检测发现水位超出隧道运行条件，自动启动排水泵进行排水；水位达到停泵水位，自动停泵。
2）根据水泵工作时间，自动控制水泵开启数量和轮流启停，循环使用，避免一台或者某几台水泵过度频繁起停，延长水泵使用寿命。
3）监视设备运行状况，一旦发现其中某台设备运行异常，立即报警通知检修人员前去检查，以防引起更大范围的设备故障。
4）当一组设备中的某台设备出现故障不能继续运转时，自动切换到备用设备；同时，对于临时停电的情况，当恢复供电后，系统自动执行顺序启动程序，可保证设备投运顺利，避免启动失败对设备的损害。
5）自动记录设备的累计运行小时数，当累计值达到规定的维修时间时，自动报告中央控制室，及时提醒进行设备维护和检修。
五、屏蔽门监控系统
高速铁路隧道综合洞室一般安装屏蔽门（防火门），屏蔽门的监控可以采用PLC、专用控制器完成，也可以纳入综合洞室RTU监控。
如图11所示，所述的屏蔽门监控系统包括屏蔽门电控箱、监控装置和通信设备，屏蔽门电控箱与监控装置连接，监控装置与通信设备连接，通信设备通过通信系统与屏蔽门监控工作站连接，监控装置为可编程逻辑控制器PLC。
屏蔽门监控系统具体功能包括：
1）屏蔽门运行状态监视及开关控制，设备故障或异常报警。
2）供电电源状态监视及故障报警。
（四）联动系统
一种新型隧道监控系统还包括一个联动系统，联动系统包括联动控制器和上级系统联动接口，上级系统包括火灾报警系统FAS、屏蔽门监控系统、电力调度自动化SCADA、闭路电视检测系统CCTV或列车进出监控系统等，联动控制器安装在监控工作站里，联动控制器通过上级系统联动接口与上级系统连接。
当发生火灾报警时联动步骤如下：
1）切断电力系统非消防电源，只保留消防电源供电。
2）打开全部隧道照明和应急照明设备。
3）启动全部风机，排烟方向顺隧道方向；对于设有竖向风机的特长隧道，应事先在现场模拟调查后，制定灾情预案，灾情发生时按照预案实施控制。灭火阶段开启全部风机，增大风量，以利于灭火和降温。在灭火结束后，风机应由监控分中心或通过现场控制柜，将风机逐渐关闭，确认可以正常通行后，恢复原先设定的各种设备运行状态。
4）根据需要打开或关闭综合洞室屏蔽门。
与闭路电视检测系统CCTV联动的具体内容包括：
1）当机电设备发生故障报警或出现异常，或执行某项重要的机电设备操作时，TBAS-2000向CCTV提供相关操作信息，CCTV能够自动驱动摄像机聚焦对应的机电设备，使调度人员能够及时、方便地观察现场机电设备运行情况，快速作出反应，达到身临其境的效果。
2）当CCTV监测到隧道内发生异常情况时，如发生火灾、烟雾、列车停车、水位溢出等，向TBAS-2000提供报警信号，经调度人员确认后由TBAS-2000系统执行相关控制任务，或根据预先设定的操作预案自动执行特定的控制功能，如启动通风设备、打开照明和应急照明系统、启动水泵等。
在隧道内安装车辆轴位磁电感应器（成套使用），磁电感应器用于检测列车行使的方向、速度和车长，提供列车进出隧道的时间，并为TBAS-2000隧道机电设备监控系统提供联动启动信号。
具体联动内容包括：
1）当列车通过隧道时，TBAS-2000自动启动风机设备为隧道提供通风，吸入新鲜空气，保证隧道内环境指标达到国家相关技术标准。
2）检测列车位置，根据列车位置判断列车是否在隧道内停车或发生事故，如果列车在隧道内停车或发生事故，TBAS-2000则自动切换至防灾模式运行：启动通风系统排烟工作模式，打开照明和应急照明系统，为列车和旅客提供紧急照明，保护乘客生命安全。
Claims (10)
1.一种新型隧道监控系统，其特征在于：它包括隧道监控主站层、现场监控层和通信系统，隧道监控主站层是隧道监控系统的调度和指挥中心，负责铁路沿线隧道或隧道群机电设备的远程监视、控制和调度、管理；通信系统是隧道监控系统的基础；现场监控层完成现场数据采集、执行各种自动控制任务，并与隧道监控主站层通信，完成远程监视和控制功能；现场监控层通过通信系统与隧道监控主站层连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型隧道监控系统，其特征在于：所述的隧道监控主站层包括监控主站和主站通信设备；监控主站与主站通信设备连接；
监控主站包括监控工作站、任务工作站、通信服务器、数据库服务器、网络交换机、电子值班系统、不间断电源UPS、打印机或Web服务器、大屏幕调度系统；电子值班系统包括多串口服务器和GSM/GPRS调制解调器；
监控工作站包括电力设备监控工作站、照明监控工作站、通风监控工作站、水泵监控工作站或屏蔽门监控工作站，任务工作站包括抄表及负荷管理工作站或维护报表工作站；
监控工作站、任务工作站、通信服务器、数据库服务器、网络交换机、电子值班系统、Web服务器和大屏幕调度系统与不间断电源UPS连接、打印机与维护报表工作站连接，Web服务器与上级系统连接，上级系统为上级信息管理系统MIS或复式终端连接。
3.根据权利要求1所述的一种新型隧道监控系统，其特征在于：所述的通信系统包括隧道通信主网和隧道现场网络，隧道现场网络通过E1接口或以太网接口与隧道通信主网连接，E1为欧洲30路脉冲编码调制；
隧道通信主网包括基于E1通道的E1主网或基于以太网的以太网主网；
E1主网包括主E1协议转换器和多个从E1协议转换器，主E1协议转换器通过E1接口与主站通信设备连接，主E1协议转换器还与从E1协议转换器连接组成串行自愈光纤环网，从E1协议转换器通过E1接口与隧道监控子系统连接，主E1协议转换器为机架式协议转换器；
以太网主网包括交换机和多个以太网协议转换器，交换机通过以太网接口与主站通信设备连接，交换机还与从以太网协议转换器连接组成串行自愈光纤环网，从以太网协议转换器通过以太网接口与隧道监控子系统连接；
隧道现场网络包括串行自愈光纤环网或光纤环型自愈工业以太网；
串行自愈光纤环网包括主光端机和多个从光端机，主光端机通过通信网络节点与隧道通信主网连接，主光端机还与隧道监控装置连接，主光端机负责整个环网的管理，从光端机与隧道监控装置连接，多个从光端机与主光端机连接组成串行自愈光纤环网；
光纤环型自愈工业以太网包括主以太网交换机和从以太网交换机，主以太网交换机通过通信网络节点与隧道通信主网连接，主以太网交换机还与隧道监控装置连接，主以太网交换机负责整个环网的管理，从以太网交换机与隧道监控装置连接，多个从以太网交换机与主以太网交换机连接组成光纤环型自愈工业以太网。
4.根据权利要求1所述的一种新型隧道监控系统，其特征在于：所述的现场监控层包括包括多个隧道监控子系统，隧道监控子系统包括电力设备监控系统、照明监控系统、通风监控系统、水泵监控系统或屏蔽门监控系统，隧道监控子系统通过通信系统与监控工作站连接。
5.根据权利要求1所述的一种新型隧道监控系统，其特征在于：所述的电力设备监控系统包括电源接口、一级负荷接口、监控装置和双电源切换装置，监控装置包括远程测控器RTU、智能仪表和通信设备，RTU A和智能仪表A与通信设备连接，RTU B和智能仪表B与通信设备连接，通信设备通过通信系统与电力设备监控工作站连接，RTU A和智能仪表A通过双电源切换装置与电源接口A连接，RTU B和智能仪表B通过双电源切换装置与电源接口B连接，电源接口A通过双电源切换装置与一级负荷接口A连接，电源接口B通过双电源切换装置与一级负荷接口B连接。
6.根据权利要求1所述的一种新型隧道监控系统，其特征在于：所述的照明监控系统包括箱式变电站接口、普通照明回路、应急照明回路、监控装置、应急电源EPS、EPS控制器或通信设备，监控装置为远程测控器RTU，监控装置与通信设备连接，通信设备通过智能接口与EPS控制器连接，通信设备通过通信系统与照明监控工作站连接，EPS控制器与EPS连接，EPS与应急照明回路连接，普通照明回路与箱式变电站接口连接，监控装置控制箱式变电站接口与普通照明回路的开断，监控装置控制EPS与应急照明回路的开断。
7.根据权利要求1所述的一种新型隧道监控系统，其特征在于：所述的通风监控系统包括多个风机电气柜、多个环境检测仪、监控装置和通信设备，监控装置与风机电气柜和环境检测仪连接，监控装置与通信设备连接，通信设备通过通信系统与通风监控工作站连接，监控装置为可编程逻辑控制器PLC。
8.根据权利要求1所述的一种新型隧道监控系统，其特征在于：所述的水泵监控系统包括监控装置、液位传感器、多个水泵电气柜和通信设备，水泵电气柜和液位传感器与监控装置连接，监控装置与通信设备连接，通信设备通过通信系统与水泵监控工作站连接，监控装置为可编程逻辑控制器PLC。
9.根据权利要求1所述的一种新型隧道监控系统，其特征在于：所述的屏蔽门监控系统包括屏蔽门电控箱、监控装置和通信设备，屏蔽门电控箱与监控装置连接，监控装置与通信设备连接，通信设备通过通信系统与屏蔽门监控工作站连接，监控装置为可编程逻辑控制器PLC。
10.根据权利要求1所述的一种新型隧道监控系统，其特征在于：它还包括一个联动系统，联动系统包括联动控制器和上级系统联动接口，上级系统包括火灾报警系统FAS、屏蔽门监控系统、闭路电视检测系统CCTV或列车进出监控系统等，联动控制器安装在监控工作站里，联动控制器通过上级系统联动接口与上级系统连接。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A tunnel monitoring system Effective date of registration: 20220922 Granted publication date: 20170118 Pledgee: Chengdu SME financing Company Limited by Guarantee Pledgor: CHENGDU SYSWARE ELECTRONIC INFORMATION CO.,LTD. Registration number: Y2022980016015 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20230414 Granted publication date: 20170118 Pledgee: Chengdu SME financing Company Limited by Guarantee Pledgor: CHENGDU SYSWARE ELECTRONIC INFORMATION CO.,LTD. Registration number: Y2022980016015 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A Tunnel Monitoring System Effective date of registration: 20230718 Granted publication date: 20170118 Pledgee: Chengdu SME financing Company Limited by Guarantee Pledgor: CHENGDU SYSWARE ELECTRONIC INFORMATION CO.,LTD. Registration number: Y2023980048799 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Granted publication date: 20170118 Pledgee: Chengdu SME financing Company Limited by Guarantee Pledgor: CHENGDU SYSWARE ELECTRONIC INFORMATION CO.,LTD. Registration number: Y2023980048799 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A tunnel monitoring system Granted publication date: 20170118 Pledgee: Chengdu SME financing Company Limited by Guarantee Pledgor: CHENGDU SYSWARE ELECTRONIC INFORMATION CO.,LTD. Registration number: Y2024980017660 |