防灾监控（精选四篇）
防灾监控 篇1
目前,发达国家根据各自国家特点制定了相应的隧道防灾救援标准。高速铁路隧道内火灾发生几率很低,但危害极大,且防灾设施的建设和维护所需资金较大。因此,各国所制定的高速铁路隧道防灾救援标准各不相同,甚至差异很大。结合石太高速铁路(简称石太高铁)太行山、南梁隧道防灾监控系统,探讨解决长大隧道防灾监控系统设计及工程实施的关键技术问题,为以后高速铁路隧道防灾监控系统建设提供借鉴。
1 隧道防灾监控系统方案
1.1 石太高铁防灾监控系统概况
石太高铁石家庄北—太原站,正线全长189.93 km,为双线高速铁路,设计时速250 km。线路横穿太行山山脉,隧道32座,长度74.596 km,太行山、南梁隧道是石太高铁的2座特长隧道。石太高铁隧道防灾设备主要包括太行山隧道和南梁隧道内的72台射流风机(预留32台)、23台轴流风机(预留1台)、组合风阀32组(预留2组)及2处救援站内的8套消防泵,约1 100个监控点(预留约350个)。
同时,太行山隧道5号横通道处设置固定式高压细水雾灭火系统设备,在通风、电力、通信、信号设备的隧道洞室内设置干粉火灾自动灭火装置。以上消防设施均纳入隧道防灾监控系统集中监视。
石太高铁隧道防灾监控系统采用多级控制方案。在各防灾设备附近设置现场手操箱,用于隧道内设备维护检修的就地级控制,手操箱控制具有最高优先级,优先级判断通过动力控制箱二次电路实现。
隧道内救援平台处设置紧急启/停装置,实现对隧道内防灾设备的紧急控制,增强防灾设备应急启动的及时性和可靠性。
另外,为了实现对全线隧道内防灾设备的统一监控及管理,在阳泉北站控制中心设置集中监视/控制平台,同时预留数据接口,将设备状态信息上传至高铁调度所。
1.2 太行山、南梁隧道概况
太行山、南梁长大隧道防灾监控系统的设计贯彻“以防为主,防消结合,方便自救,安全疏散”的原则,在满足隧道内正常通风控制前提下,实现灾害工况对隧道防灾设备紧急启动和远程监控功能。
太行山隧道(DK69+255—DK97+094)长27.839 km,设计为双洞单线隧道,线间距35 m;南梁隧道(DIK57+545—DK69+071)左线隧道全长11 526 m,右线隧道全长5 741 m,由2条单线隧道(线间距35 m)逐渐过渡为1条双线隧道(线间距4.6 m)。太行山、南梁隧道位于井陉北站(DIK48+600)和阳泉北站(DIK100+400)之间,中间只隔长184 m的孤山大桥,桥隧相连,因此,2座隧道必须统一研究防灾监控系统方案。
1.3 防灾监控系统构成
隧道防灾监控系统采用工业级PLC设备,通过现场总线技术,搭建独立的监控网络。在邻近的阳泉北站控制中心设置冗余的系统监控工作站,用于系统参数配置和日常维护,值班人员可通过人机界面监控全线隧道内的防灾设备,采集各种运行参数。防灾监控系统在太行山隧道1号救援平台处设置冗余PLC控制器,负责监控太行山、南梁隧道内的防灾设备。在阳泉北站控制中心设置冗余网络交换机,通过100 M光纤接口与太行山隧道救援平台处的PLC控制器互联。
防灾监控系统构成如图1所示。隧道防灾监控系统网络由工业以太网及现场总线网络两部分组成。工业以太网交换机采用冗余配置,保证数据上传的可靠性。PLC设备采用西门子S7-400H控制器冗余配置,现场总线采用Profi Bus-DP总线双环型网络结构配置,保证现场总线传输通畅,并提高数据传输的可靠性。现场通过单模光缆将PLC设备和各现场模块箱相联,增加网络中继设备保证通信距离。
太行山、南梁隧道进/出口、救援平台、单线变双线过渡段的防灾设备附近集中设置控制系统现场设备,主要包括现场模块箱、远程I/O模块、电源模块、中继设备等。隧道内救援平台处设置紧急控制盘,盘面通过指示灯显示设备运行状态。紧急情况下可确保救援人员尽快启动防灾设备或帮助现场人员自救。紧急控制盘仅提供模式控制,确保实施简单直接的应急启动功能。PLC控制器通过现场总线与现场I/O模块相联,通过I/O模块实现对现场被控设备的监控。由阳泉北站控制中心沿太行山、南梁隧道左右线通信电缆槽内各敷设一条12芯单模光缆,实现与PLC控制器的网络互联及PLC控制器和现场I/O模块的联接。
1.4 防灾监控系统功能
(1)远程监控各类防灾设备的运行状态,统计主要设备状态记录及累计运行时间,提出维修保养策略。
(2)根据防灾通风工艺,协调各类风机及相应风阀联动,确保风机设备运行安全可靠。
(3)根据不同灾害模式,预置各设备运行参数,对所有监控设备实现单独控制、联锁控制和各种模式控制。
(4)具有档案管理、统计报表、分级显示等系统功能。
2 隧道防灾监控系统方案分析
2.1 防灾监控系统网络设备
考虑到铁路隧道环境条件较差,现场设备要与周围环境(温湿度、灰尘、电磁干扰等)相适应,选用的网络设备应达到工业级要求,以适应隧道内恶劣的工作环境。因此,隧道防灾监控系统中大多采用工业级PLC控制设备作为隧道防灾监控的核心控制器。
PLC控制器具备以下功能特点:(1)稳定可靠,并具有预先处理数据和集中传输数据的能力,具有较高的故障保护能力;(2)可以独立承担控制分区的基本控制任务,即使监控中心因故障停止运行,相邻区域的PLC控制器也能交换交通量信息;(3)当某区域的监控信息出现变化时,可按预定方案和程序采取相应算法,控制相关区域防灾设备做出相应动作。
2.2 防灾监控系统网络构架
隧道防灾监控系统网络构架一般分为信息层、控制层和设备层。
第一层为信息层,多为隧道群之间或隧道与控制中心之间的网络传输。要求系统网络具有较高的通信速率以保证大量实时数据的有效传输,因此,信息层大多采用开放的工业以太网Ethernet。
工业以太网是标准以太网和通用工业协议结合的产物,随着网络技术的不断发展,工业控制以太网日趋成熟,通过快速交换、全双工通信等技术实现优先级机制,保证网络带宽的利用率和网络传输的实时性,改进了应用层协议,使之适用于工业控制领域现场设备之间的实时通信。同时由于工业以太网的开放性和数字化使得工业控制网络与上层数据信息网络无缝集成,实现系统管控一体化。目前,主流的PLC生产厂商均支持工业以太网,如Ethernet/IP,Modbus-TCP/IP,Profi Net。
第二层为控制层,主要采用现场总线组成隧道区域控制器网络。由于采用了标准总线组网,既能满足实时通信的要求,又具有开放协议的标准接口,能在总线上方便挂接各种外场设备,有利于监控系统的扩展。目前,现场总线有40多种,且高速、高可靠,主要有Controller Link,Lon Works,Inetrtbus,Profibus,Can和Modbus。适合PLC与计算机、PLC自身、PLC与其他设备间的大量数据高速通信。为使系统稳定可靠,控制层的网络结构多采用环网的形式,包括作为传输介质的同缆或光纤。
第三层为设备层,用于远程I/O设备与现场被控设备、远程I/O设备与现场仪表、传感器之间的通信,主要包括Device Net,Modbus及Profibus/DP等。
2.3 控制工艺研究
控制逻辑是隧道防灾监控系统的设计思路,隧道防灾监控系统应研究隧道通风系统的工艺要求,针对不同灾害工况设计相应的控制模式。
以石太高铁为例,隧道防灾救援系统的设计原则是阻止发生火灾事故的列车进入隧道;旅客列车发生火灾后,不得在隧道内停车,确有必要,在隧道内设置的“紧急救援站”进行停车疏散;当列车在隧道内发生火灾事故,凡能继续运行时,均应遵循“先将列车拉出洞外,再进行列车解体及火灾事故处理”的原则。
根据以上设计原则,石太高铁太行山、南梁隧道采用纵向自然通风方式,充分利用列车活塞效应引起的活塞风;事故风机、风阀呈关闭状态;利用纵向自然通风满足对温湿度、污染物浓度的控制要求。设备检修前根据洞内空气质量情况,有选择地开启风机、风阀进行通风换气,使洞内空气品质良好的原则。
石太高铁隧道通风工艺包括30种火灾工况分别见表1,表2。针对不同火灾工况,要有相应的控制模式,由各类隧道防灾设备(射流风机、轴流风机、电动组合风阀)的简单联锁动作组成复杂的控制模式,实现不同工况下的联动功能。因此,设计前应仔细研究分析不同工况下的控制模式是否完善、控制逻辑是否合理、各类被控设备之间的联锁关系是否明确及控制模式是否能够满足实际需要等。
2.4 系统扩展功能
针对不同工程特点,隧道防灾监控系统还可包括火灾探测及报警、隧道内环境监控、行车控制或接入列车位置信息等扩展功能。
2.4.1 隧道火灾探测及报警
设置隧道火灾探测及报警,采用自动及手动方式的隧道火灾监测,发出报警信号,迅速通知隧道防灾监控中心,及时采取消防救援措施。
针对铁路隧道的特点,主要的报警方式有手动报警和火灾自动探测两种。区别于公路隧道,铁路隧道内手动报警按钮设置原则:不必按每50 m设置一处,可考虑在主要设备洞室、紧急疏散通道或平台处设置手动报警按钮;火灾自动探测可选择线型火灾探测系统,如感温(电缆)光纤探测系统或光纤光栅探测系统,用于探测的电缆或光缆沿隧道内顶部敷设或考虑与通信光缆沿隧道侧壁同缆敷设(单独利用通信光缆中的两芯)。另外,可考虑在隧道变电所或重要系统机房内设置点式感烟或感温火灾自动探测器。
设置隧道火灾探测及报警可实现隧道防灾监控系统自动控制环控设备,通过预先设置的火灾联动模式,探测到火灾后,经值班人员确认可自动执行相应的消防联动。
2.4.2 隧道内环境监控
隧道内空气流通不畅容易造成有毒气体浓度超标,烟气和粉尘不易扩散,危害进入隧道内的维修巡检人员,同时也影响行车安全,因此应结合隧道通风系统设置隧道环境监控,保持隧道内良好的空气流通。
可以在隧道内设置环境检测传感器,如一氧化碳(CO)/透过率(能见度)检测器和风速风向检测器。通过隧道防灾监控中心工作站根据检测到的CO浓度、隧道内的能见度情况及风速风向调节环控风机运转,不但节能,而且保持风机良好的状态,从而保证隧道内空气流通。
2.4.3 行车控制或接入列车位置信息
系统的自动控制还可根据列车在隧道中的准确位置判断采取何种灾害模式,因此,可从信号系统中接入列车实时位置信息或考虑在隧道内设置列车位置检测设备(如红外线对射装置等)。
隧道防灾监控系统还可包括应急照明监控、电力系统监控、视频监控、应急通信、应急广播等扩展功能,可根据工程实际情况考虑设置。
3 结束语
防灾监控 篇2
全面监测各种自然灾害,如强风、大雪、地震、突发性灾害(塌方落石)、异物侵入等,对铁路安全行车十分重要.为此,对高速铁路防灾安全监控系统中的大风监测与预警的`功能进行分析,介绍大风预警原理与方法,以提高我国的大风监测与预警能力.
作 者：张辉 Zhang Hui 作者单位：铁道第三勘察设计院集团有限公司,300251,天津刊 名：铁道通信信号英文刊名：RAILWAY SIGNALLING & COMMUNICATION年，卷(期)：45(3)分类号：U2关键词：高速铁路 防灾安全监控 风预警
防灾监控 篇3
【关键字】衡柳复线；铁路防灾安全监控系统；施工工艺
1、概述
目前，防灾安全监控系统已成为铁路信息化的组成部分，是铁路运营系统的保障系统。防灾安全监控系统针对列车运行环境中的各种影响因素，运用信息化手段实施在线监控，对可能发生的危及行车安全的灾害事件实时监测并按预设的门限分级进行预测或发出超限报警，据此调度员依照既定的行车管理办法下达分级限速指令，从而达到既保障行车安全又兼顾运输效率的目的。
2、衡柳复线防灾安全监控系统功能
衡柳复线防灾安全监控系统是由风监测子系统、雨量监测子系统、异物侵限监控子系统的集成系统，由风、雨以及异物侵限现场监测设备，监控数据处理设备，工务段工务调度终端，调度所设备，传输网络等组成。
风、雨监测设备由风速风向计、雨量计及相应的采集传输单元组成，异物侵限监测设备由异物侵限监测双电网传感器和轨旁控制器以基站异物监测模块组成。监控系统在沿线较长较高的铁路桥上设置了风监测点，全部采用双套冗余配置，每个监测点配置两台非机械式风速风向仪，带气温、气压监测功能。在高路肩、高路堤及部分隧道口处设置了雨量监测点。
同时系统在数据处理中心、局调中心，均提供标准通信接口，满足各种第三方系统、远程工作站的安全接入。衡柳复线防灾安全监控系统结构如图1。
3、衡柳复线防灾安全监控系统施工工艺原理
3.1施工工艺原理
防灾系统对施工细节要求非常严格；施工准备要充分，现场调查要细致，要100﹪的执行安装调试流程和规范。施工工艺根据防灾设备的特殊要求，制定设备安装专项方案，研制开发多种专用工器具，提高施工效率，保证工程质量；通过施工组织，使室内监控单元设备、监控数据处理设备、調度、工务终端设备；室外风速仪、雨量计、双电网传感器各部分施工安装程序化，保证防灾系统整体高水平施工。衡柳复线防灾安全监控系统工艺流程如图2。
（1）室内设备施工工艺
室内设备施工工艺依据基站监控单元、数据处理中心、工务、调度终端各类机柜的特殊安装要求，在传统室内设备安调工艺的基础上研究进行开发。
针对衡柳复线防灾系统故障率尽可能低、维修量尽可能少、能耗尽可能低等特殊要求，在工艺流程的各个环节作出了严格的量化标准参数要求。标准高、要求严、可操作性强，指导和规范了施工安装操作，保证工程质量符合设计要求，实现优质、安全的目标，为今后相关工程施工提供指导性的借鉴。
（2）室外设备施工工艺
为了保证风速仪、雨量计、双电网传感器采集现场数据及时准确，系统对其安装要求提出了极高的精度要求；对风速仪、雨量计的安装高度、安装方向以及双电网传感器的防护范围、悬臂梁间的上下间距离偏差等都有明确的量化误差标准。室外设备施工工艺结合实际施工情况，在实践中总结快速高效的施工方法，不但保证工程进度顺利推进，还为各项性能参数优化提供了前提。
3.2施工关键技术
防灾系统是风监测子系统、雨量监测子系统、异物侵限监控子系统的集成系统，系统按设定的报警门限值和信息处理规程，对风、雨、异物侵限监测信息进行分析处理，根据灾害强度，生成各类报警、预警信息以及相应的行车管制预案并传送至工务终端和调度所防灾监控终端。
（1）风监测子系统通过实时监测被监控区段的风流相关信息（如风速、风向、大气压力以及温度等），将收集到的数据经系统内嵌软件运算和判断，按预设的门限分级进行预测，当判断产生报警时，立即向相关的行车指挥控制各系统发出预设分级的行车速度限制命令，同时启动相关部门的应急机制。
（2）雨量监测子系统实时监测被监控区段的雨量情况，当现场可能危及行车安全时，系统立即向相关的行车指挥控制各系统发出预设分级的行车速度限制命令，同时启动相关部门的应急机制。
（3）异物侵限监控子系统实时监测被监控区段的异物的侵限状态，当一根电网导线损毁情况下，异物监测子系统继续工作，不触发列控系统停车。当两根电网导线均遭损毁时，系统将立即触发列控单元发出停车指令；同时，将此信息通过中心数据处理设备上传至防灾调度终端、工务终端，并给出明显的声光提示；只有在调度员与现场维护人员同时确认损毁的电网已修复，并且现场按压下恢复按钮、调度员在终端上发出恢复指令后系统才恢复正常工作逻辑。
4、结束语
防灾监控 篇4
物联网 (Internet of Things, IOT) 的概念最早于1999年由美国麻省理工学院Auto-ID中心首次提出[1]。根据国际电信联盟 (ITU) 2005年在突尼斯举行的信息社会世界峰会 (WSIS) 上发布的物联网报告中的定义, 物联网泛指任何时刻、任何地点、任何物体之间的互联和信息互通的系统, 涉及的技术主要包括无线、传感器技术、有线网络技术和智能终端技术[2]。物联网技术通过各种信息传感设备, 实时采集需要监控、互动物体、连接或者过程等信息, 利用各种接入技术将获取的信息传送到智能终端、信息网络或者智能计算机通过对海量的信息和数据分析、筛选和处理, 最终完成控制和决策。物联网技术体系架构大致分为感知层、网络层、应用层3个层次。根据网络的实际用途, 物联网主要应用模式可分成对象的智能识别、状态监控和对象跟踪、对象的智能控制三类。
2 基于物联网构建的铁路防灾安全监控系统体系结构
我国铁路安全监控都是基于单独的系统或者设备来建设的。对于单个系统或者设备的监控系统, 在和其他信息系统进行信息交互和数据共享时, 存在着互联互通困难、信息融合性差、兼容性差等问题。产生这种现状的原因是我国铁路安全监控系统在设计时只是将原有的监控和检测系统进行了简单的合并, 并没有从顶层上进行全局的设计, 物联网技术的发展为解决此类问题提供了很好的解决途径和方法。
针对我国铁路防灾安全监控系统的实际需求, 通过对既有的监控系统的改造和利用, 构建的基于物联网铁路防灾安全监控系统。通过分析铁路防灾安全监控系统的需求, 得出监控对象主要有雨、风、雪、地震监测、异物侵限现场监测。根据组成物联网基本架构的要素, 铁路防灾安全监控系统主要由三部分组成, 分别是监控中心、通信传输、监控现场。针对铁路防灾监控对象的特点, 设计系统的网络体系结构和现场监控终端。
如图1所示气象现场传感器实时监测风、雨等气象数据, 传至监控单元, 由监控单元做初步处理及缓存, 将处理结果通过通信通道发送至监控数据处理设备, 由监控数据处理设备中的应用服务器根据预设的判断原则生成报警信息, 并将报警信息传送到各监控终端, 同时将数据及报警信息储存至数据库。
3 基于物联网构建的铁路防灾安全监控系统的设计
对突发事故、灾害、非法入侵、异物侵限等危及行车运行安全的行为进行监测、防护和报警是防灾安全监控系统的功能。防灾安全监控系统是架构于通信传输系统之上的安全信息采集和传输系统, 能提供处理后的停运信息、限速信息、灾害预警信息等, 能为列车运行管理提供数据和依据。
3.1 总体方案
基于物联网技术构建的铁路防灾安全监控系统, 符合物联网技术体系架构。
首先感知层主要是通过传感器获得海量监测数据。具体的信息获取方式体现在:铁路沿线的风速信息通过风速计获得, 沿线降雨及水文信息通过雨量计、水位计获取, 雪深计获得降雪深度数据, 通过摄像头监测来获取铁路沿线的动物和人员的活动情况, 避免侵入物的撞击事故。
其次, 网络层的构建。铁路防灾安全监控系统的网络构建可以利用铁路专用通信网传输故障信息、预警信息以及域行车有关的列控数据, 对地面传感器采集的信息利用传感器网络传送。
最后, 应用层的搭建, 在应用层采用统一的信息处理平台。铁路防灾安全监控系统在应用层由调度所监控终端设备、区间防灾安全监控单元、综合维修段防灾监控数据处理设备 (主机系统) 、现场各探测设备及通信网络设备构成, 各系统单元间采用标准数字网络技术进行数据通信, 具有良好的兼容性和可扩展性。
铁路防灾安全监控系统采用系统集成技术将风监测子系统、雨量监测子系统、地震监控子系统、雪深监测子系统及地震子系统集成, 实现集中、高效、便利的管理和资源共享。防灾系统由调度所设备、通信传输通道、监控数据处理设备、工务段终端、工务调度终端以及风、雨、雪、地震监测以及异物侵限现场监测设备组成。现场的监测设备通过风速计、雨量计、雪深计、强震仪和异物侵限监测双电网传感器和轨旁控制器以及基站异物监测模块采集风、雨、雪、地震和异物侵限状态信息。
3.2 现场监控单元和监控终端功能
现场监控单元是前端监控设备的数据接入点, 均采用模块化结构设计, 完成数据的采集、预处理、暂存以及实时上报。各监测子项之间相对独立, 监控单元与风向风速监测、地震监测、雨量监测、雪深监测、突发事故异物侵限监测子系统连接是利用各自子板进行的。监控单元预留其他灾害监测子系统扩展接口, 新增监测子项的接入不影响现有系统的结构。
在现场采集数据监控终端主要有, 异物侵限监测单元终端、大风监测单元终端、地震监测点终端、雪深监测单元终端、雨量监测单元终端, 分别安装在各监控点获取监测项目状态数据, 通过传输系统传给现场监控单元。监控单元具有同时接收不同种类多个监测设备的功能, 将利用传感器采集的异物侵限监测数据、风速风向数据、地震监测数据、雪深数据、雨量数据通过传输网络传送至监控数据处理设备。
大风监测单元, 现场主要由风速风向传感器、避雷器、信号隔离采集模块、现场设备箱等组成, 风速风向仪通过专用电缆连接到就近基站的监控单元。雨量监测单元, 现场主要由雨量传感器、防雷模块、信号隔离采集模块、现场设备箱等组成。雪深监测单元, 现场主要由雪深计、防雷模块、信号隔离采集模块、现场设备箱等组成。沿线设置地震监测点, 每处地震监测点均设置有2套强震仪。
3.3 与相关系统的接口实现
铁路防灾监控平台具有多种规范的对外接口, 提供多种主流的工业监控系统规范接口, 实现和调度所、列控系统等系统的信息互通。防灾安全监控系统通过调度所设置的通信服务器实现与列控系统的接口、时钟系统接口。现场的异物侵限现场监测设备、地震监控系统通过与列控系统之间采用继电器接口电路, 实现监控与列控系统的联动控制。防灾地震监控子系统在牵引变电所采用继电接口电路与牵引供电系统接口, 在发生一定阈值的地震监测报警时, 实现对牵引供电系统的联动控制。预留与相邻线路防灾系统交换信息的接口, 实现防灾系统间的互联互通。
4 结束语
防灾安全系统作为铁路信息系统的重要组成部分, 为铁路安全提供着可靠灾害预警信息和操作建议。铁路防灾安全监控系统的建设, 增强了铁路抗御灾害能力, 保障了铁路运输的安全, 提高了运输的效率。利用物联网技术构建铁路防灾安全监控系统为铁路防灾安全监控系统的实现应用提供了一种解决方案。
参考文献
[1]钟章队, 倪明.基于物联网的铁路安全信息保障系统[J].中国铁路, 2011 (11) :42-45.