CN216477476U - 一种用于隧道机电系统监控的隧道边缘控制设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于隧道机电系统监控的隧道边缘控制设备，包括机箱1，机箱1内设有基于CPU的核心控制单元以及与核心控制单元连接的供电单元、接线端子；接线端子具有多种不同类型的接线接口，接线端子分别连接多种现场设备，核心控制单元用于现场设备信息采集、数据存储、智能分析、智能诊断、智能控制使用，核心控制单元根据预设的参数以及控制命令进行本地边缘计算，以将计算出的控制结果直接对隧道侧设备进行相应的控制；供电单元用于柜内设备供电使用。本实用新型现场设备状态发生变化时才将变化数据上传给监控软件，实现有效降低网络带宽的负荷。

Description

一种用于隧道机电系统监控的隧道边缘控制设备

技术领域

本实用新型涉及隧道机电系统监控技术领域，尤其涉及一种用于隧道机电系统监控的隧道边缘控制设备。

背景技术

随着高速公路建设的快速发展 ，隧道也越来越多。 隧道作为高速公路的重要组成，其安全使用和维护是日常运营管理的主要工作之一。隧道机电系统包括隧道监控、隧道供配电、隧道照明、隧道通风和隧道消防几大部分 。隧道供配电、隧道照明、隧道通风、隧道消防以及隧道监控的其他设备(如车道指示器、交通信号灯、火灾报警控制器等)主要接入区域控制器PLC。区域控制器PLC将采集到的隧道机电系统设备状态反馈给监控软件，由监控软件完成整体的控制方案计算，将计算出的控制方案下发给区域控制器PLC来实现隧道的智能控制。

随着高速公路的发展，接入的设备逐年增加，区域控制器PLC与监控软件的交互数据日益增大，对网络系统的带宽要求越来越大。隧道机电系统的控制主要由监控软件完成，同时由于隧道环境恶劣 ，雷区、电网质量不稳定 ，相连设备种类多等因素 ，容易造成区域控制器PLC通讯出现故障 ，监控软件无法控制现场设备，严重影响隧道的运营安全和管理维护。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种用于隧道机电系统监控的隧道边缘控制设备。

本实用新型采用的技术方案是：

一种用于隧道机电系统监控的隧道边缘控制设备，包括机箱，机箱内设有基于CPU的核心控制单元以及与核心控制单元连接的供电单元、接线端子；接线端子具有多种不同类型的接线接口，接线端子分别连接多种现场设备，核心控制单元用于现场设备信息采集、数据存储、智能分析、智能诊断、智能控制使用，核心控制单元根据预设的参数以及控制命令进行本地边缘计算，以将计算出的控制结果直接对隧道侧设备进行相应的控制；供电单元用于柜内设备供电使用。

进一步地，配电系统的输入端连接供电单元，配电系统将供电单元的电源转化各个元器件工作所需的电源，以实现柜内配电控制使用。

进一步地，配电系统上配置有防雷系统，防雷系统用于柜内配电系统的防雷保护作用。

进一步地，其还包括中继隔离器，DI 接入信号以及 DO 驱动设备采用小型中继隔离器与核心控制单元连接，进而由中继隔离器进行控制隔离保护。

进一步地，核心控制单元包括数字模块和模拟模块，数字模块连接并控制隧道侧工作设备，模拟模块连接隧道侧环境检测设备和仪表设备，以通过模拟模块采集隧道侧环境检测设备数据和仪表设备数据；

进一步地，隧道侧工作设备包括风机、照明、LS、TS、消防水井和水池、防火卷帘门；隧道侧环境检测设备采集的数据包括COVI、LOLI、风速风向；隧道侧仪表设备包括智能电表、变压器温控仪。

具体地，核心控制单元实现对风机、照明、LS、TS设备的控制功能；核心控制单元实现采集隧道消防水井和水池的水位信息、监测水泵状态的功能、预留水泵控制接入接口；核心控制单元实现采集隧道防火卷帘门的状态信息，并控制其开、关的功能；核心控制单元实现采集隧道变电所内变压器温控仪的状态信息的功能；核心控制单元实现采集总断路器的电量参数的功能。

进一步地，核心控制单元通过工业以太网，并利用“逢变则报”的机制，将现场设备采集到的数据上传给监控中心。监控中心配置有监控软件，监控软件下发的数据至核心控制单元，核心控制单元进行相应的参数的设置和控制命令的处理。

进一步地，核心控制单元根据预设的参数以及监控中心下发的控制命令进行边缘计算，实现本地快速计算并将计算出的控制结果直接对隧道侧设备进行相应的控制。

进一步地，当在与监控中心通讯中断的情况下，核心控制单元控制隧道本地的边缘控制设备能够根据现场传感器信号和预设的参数，进行边缘计算，实现现场设备的自动控制。

进一步地，核心控制单元采用双电源双CPU架构，双电源分别连接至两个CPU单元，两个电源互为备份电源。

进一步地，机箱采用不锈钢材料成型，机箱具有一带锁的前门，机箱内壁两侧设有多组侧面支撑板，若干安装板可拆卸装配在侧面支撑板，每个安装板配置不同器件模块或设备。

进一步地，机箱的内壁上端安装有照明灯，以便于维修使用。

进一步地，机箱放置于隧道预留洞室内并 留有进线孔；机箱的所有进出线孔均密封并做防水处理，以满足防潮的需要；机箱底部配置过线孔以及对应的过线圈，过线孔和开孔处应磨光，没有毛刺锐角等伤人部分。

本实用新型采用以上技术方案，隧道边缘侧设备采集现场所有设备的数据，通过“逢变则报”的机制，即现场设备状态发生变化时才将变化数据上传给监控软件，实现有效降低网络带宽的负荷。隧道边缘侧设备现场对采集到的数据进行存储、诊断、分析，计算出隧道控制策略，并将控制策略通过控制模块控制现场设备。本实用新型代替原区域控制器PLC，其能够在隧道边缘侧设备进行智能计算，实现端侧信息采集、数据存储、智能分析、智能诊断、智能控制的功能，将监控软件的计算负荷下移到隧道侧设备，隧道边缘控制设备与监控软件的数据交互为计算的结果数据，大大减轻通讯带宽负荷，同时本身具有智能分析、诊断、控制功能，实现不依赖于监控软件就能进行现场设备的智能控制。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明；

图1为本实用新型一种用于隧道机电系统监控的隧道边缘控制设备的原理结果示意图；

图2为本实用新型机箱的侧视结构示意图；

图3为本实用新型机箱的底板布局示意图；

图4为TS设备接线示意图；

图5为LS设备接线示意图；

图6为防火卷帘门接线示意图；

图7为消防水井接线示意图；

图8为CO/VI接线示意图。

图9为LO/LI设备接线示意图；

图10为WS接线示意图；

图11为照明灯接线示意图；

图12为风机接线示意图；

图13为电表、温控仪接线示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1至13任一所示，本实用新型公开了一种用于隧道机电系统监控的隧道边缘控制设备，包括机箱，机箱内设有基于CPU的核心控制单元以及与核心控制单元连接的供电单元、接线端子；接线端子具有多种不同类型的接线接口，接线端子分别连接多种现场设备，核心控制单元用于现场设备信息采集、数据存储、智能分析、智能诊断、智能控制使用，核心控制单元根据预设的参数以及控制命令进行本地边缘计算，以将计算出的控制结果直接对隧道侧设备进行相应的控制；供电单元用于柜内设备供电使用。

进一步地，配电系统的输入端连接供电单元，配电系统将供电单元的电源转化各个元器件工作所需的电源，以实现柜内配电控制使用。

进一步地，配电系统上配置有防雷系统，防雷系统用于柜内配电系统的防雷保护作用。

进一步地，其还包括中继隔离器，DI 接入信号以及 DO 驱动设备采用小型中继隔离器与核心控制单元连接，进而由中继隔离器进行控制隔离保护。

进一步地，核心控制单元包括数字模块和模拟模块，数字模块连接并控制隧道侧工作设备，模拟模块连接隧道侧环境检测设备和仪表设备，以通过模拟模块采集隧道侧环境检测设备数据和仪表设备数据；

进一步地，隧道侧工作设备包括风机、照明、LS、TS、消防水井和水池、防火卷帘门；隧道侧环境检测设备采集的数据包括COVI、LOLI、风速风向；隧道侧仪表设备包括智能电表、变压器温控仪。

具体地，核心控制单元实现对风机、照明、LS、TS设备的控制功能；核心控制单元实现采集隧道消防水井和水池的水位信息、监测水泵状态的功能、预留水泵控制接入接口；核心控制单元实现采集隧道防火卷帘门的状态信息，并控制其开、关的功能；核心控制单元实现采集隧道变电所内变压器温控仪的状态信息的功能；核心控制单元实现采集总断路器的电量参数的功能。

进一步地，核心控制单元通过工业以太网，并利用“逢变则报”的机制，将现场设备采集到的数据上传给监控中心。监控中心配置有监控软件，监控软件下发的数据至核心控制单元，核心控制单元进行相应的参数的设置和控制命令的处理。

具体地，监控软件符合最新的《福建省高速公路监控系统接入规约》。应用软件应是模块化的、具备可扩展的功能。当现场设备的状态不一直上传给监控软件，只有在设备状态发生改变时，才上传给监控软件。当现场设备与监控软件发生通讯中断时，能根据现场传感器信号，智能控制现场设备。

进一步地，核心控制单元根据预设的参数以及监控中心下发的控制命令进行边缘计算，实现本地快速计算并将计算出的控制结果直接对隧道侧设备进行相应的控制。

进一步地，当在与监控中心通讯中断的情况下，核心控制单元控制隧道本地的边缘控制设备能够根据现场传感器信号和预设的参数，进行边缘计算，实现现场设备的自动控制。

进一步地，核心控制单元采用双电源双CPU架构，双电源分别连接至两个CPU单元，两个电源互为备份电源。

进一步地，机箱1采用不锈钢材料成型，机箱1具有一带锁的前门2，机箱1内壁两侧设有多组侧面支撑板3，若干安装板可拆卸装配在侧面支撑板3，每个安装板配置不同器件模块或设备。

进一步地，机箱1的内壁上端安装有照明灯，以便于维修使用。

进一步地，机箱1放置于隧道预留洞室内并 留有进线孔；机箱1的所有进出线孔均密封并做防水处理，以满足防潮的需要；机箱1底部配置过线孔以及对应的过线圈，过线孔和开孔处应磨光，没有毛刺锐角等伤人部分。

具体地，机箱1以壁厚不小于 1.5mm 的不锈钢喷塑制作，为全封闭、全天候、防腐蚀、防风雨型，箱体需采用九折型材。柜体防护等级 IP65；柜体尺寸：隧道边缘控制设备柜（A型）尺寸为：2000mm×800mm×400mm，配底座200mm×800mm×400mm；隧道边缘控制柜（B型）尺寸为：1000mm×700mm×350mm。

机箱1配置通用钥匙，可以锁住，锁具有防水功能。机箱1内部线路板的布设易于维护，机箱1尺寸考虑到器模块数量、交换机（ 光端机）、光终端盒、微型断路器、开关电源、 中间继电器、避雷器、接线端子等的要求，并考虑到光缆弯曲半径。机箱1内除设备所需电源外，配置两个 220VAC 两孔和三孔自适应的插座。机箱1内配置一个照明灯，以便于维修使用。

除核心控制单元电源模块外，配置两个 24VDC 工业级导轨式开关电源供柜内设备等使用。DI 接入信号以及 DO 驱动设备采用小型中间继电器隔离。

机箱1的所有进出线孔均密封，并做防水处理，以满足防潮的需要。机箱1放置于隧道预留洞室内， 留有进线孔。机箱1门可根据实际调整为左或右开门。机柜避免在装配、安装、使用和维护过程中可能造成的人身安全隐患，诸如锋边、毛刺等。机柜底部配置过线孔，并配置过线圈，过线孔和开孔处应磨光，没有毛刺锐角等伤人部分。机柜的设计及材料能有效地防止静电的产生及累积，保护设备安全可靠地运行

机箱1的温度：工作温度范围：-20℃～+55℃。贮存温度范围：-20℃～+55℃。运输温度范围：-20℃～+70℃。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：1、隧道边缘控制设备过“逢变则报”的数据上传机制，大大降低了带宽的负荷。通过实验测试，10台区域控制器PLC与监控软件的通讯带宽需求约为50K/S，10台隧道边缘侧设备与监控软件的通讯带宽需求约为4K/S，带宽负荷只为原先的8%。2、为满足大地域范围的隧道机电设备监控，在隧道与监控中心通讯中断后，隧道边缘控制设备能继续进行现场设备的智能控制，实现现场设备的安全控制。3、增加系统可靠性，将原系统从单电源单CPU升级为双电源双CPU，实现系统的冗余功能。4、核心控制单元数据处理能力提升，原处理能力：CPU基本处理能力（布尔函数）72ns；CPU工作存储器750KB；现处理能力：CPU基本处理能力（布尔函数）60ns；CPU工作存储器3MB。

本实用新型采用以上技术方案，隧道边缘侧设备采集现场所有设备的数据，通过“逢变则报”的机制，即现场设备状态发生变化时才将变化数据上传给监控软件，实现有效降低网络带宽的负荷。隧道边缘侧设备现场对采集到的数据进行存储、诊断、分析，计算出隧道控制策略，并将控制策略通过控制模块控制现场设备。本实用新型代替原区域控制器PLC，其能够在隧道边缘侧设备进行智能计算，实现端侧信息采集、数据存储、智能分析、智能诊断、智能控制的功能，将监控软件的计算负荷下移到隧道侧设备，隧道边缘控制设备与监控软件的数据交互为计算的结果数据，大大减轻通讯带宽负荷，同时本身具有智能分析、诊断、控制功能，实现不依赖于监控软件就能进行现场设备的智能控制。

显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (7)

1.一种用于隧道机电系统监控的隧道边缘控制设备，其特征在于：其包括机箱，机箱内设有基于CPU的核心控制单元以及与核心控制单元连接的供电单元、接线端子；接线端子具有多种不同类型的接线接口，接线端子分别连接多种现场设备，核心控制单元用于现场设备信息采集、数据存储、智能分析、智能诊断、智能控制使用，核心控制单元根据预设的参数以及控制命令进行本地边缘计算，以将计算出的控制结果直接对隧道侧设备进行相应的控制；供电单元用于柜内设备供电使用。

2.根据权利要求1所述的一种用于隧道机电系统监控的隧道边缘控制设备，其特征在于：配电系统的输入端连接供电单元，配电系统将供电单元的电源转化各个元器件工作所需的电源，以实现柜内配电控制使用。

3.根据权利要求2所述的一种用于隧道机电系统监控的隧道边缘控制设备，其特征在于：配电系统上配置有防雷系统，防雷系统用于柜内配电系统的防雷保护作用。

4.根据权利要求1所述的一种用于隧道机电系统监控的隧道边缘控制设备，其特征在于：其还包括中继隔离器，DI 接入信号以及 DO 驱动设备采用小型中继隔离器与核心控制单元连接，进而由中继隔离器进行控制隔离保护。

5.根据权利要求1所述的一种用于隧道机电系统监控的隧道边缘控制设备，其特征在于：核心控制单元包括数字模块和模拟模块，数字模块连接并控制隧道侧工作设备，模拟模块连接隧道侧环境检测设备和仪表设备，以通过模拟模块采集隧道侧环境检测设备数据和仪表设备数据；隧道侧工作设备包括风机、照明、LS、TS、消防水井和水池、防火卷帘门；隧道侧环境检测设备采集的数据包括COVI、LOLI、风速风向；隧道侧仪表设备包括智能电表、变压器温控仪。

6.根据权利要求1所述的一种用于隧道机电系统监控的隧道边缘控制设备，其特征在于：核心控制单元采用双电源双CPU架构，双电源分别连接至两个CPU单元，两个电源互为备份电源。

7.根据权利要求1所述的一种用于隧道机电系统监控的隧道边缘控制设备，其特征在于：机箱采用不锈钢材料成型，机箱具有一带锁的前门，机箱内壁两侧设有多组侧面支撑板，若干安装板可拆卸装配在侧面支撑板，每个安装板配置不同器件模块或设备；机箱的内壁上端安装有照明灯，以便于维修使用；机箱放置于隧道预留洞室内并留有进线孔；机箱的所有进出线孔均密封并做防水处理，以满足防潮的需要；机箱底部配置过线孔以及对应的过线圈，过线孔和开孔处应磨光，没有毛刺锐角伤人部分。

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