摘 要 深圳惠盐高速公路有限公司盐田坳隧道全长1.42km，其中计算机监控系统由主调度机、模拟屏、变电所终端机、模拟屏终端机、隧道内终端机及各种现场传感器等组成，可对隧道内风机、照明灯具、交通信号灯、可变情报板等系统实现自动、手动控制，并与火灾报警、紧急电话、工业电视等系统实现联动功能。盐田坳隧道地处深圳梧桐山下，雷击频繁；隧道内环境恶劣，各种电磁干扰严重。由于隧道内主要设备均由计算机系统控制，因此，计算机系统的可靠性及抗电气、雷电干扰的性能显得非常重要。本文结合有关控制理论及盐田坳隧道实际阐述了公路隧道计算机监控系统的组成、工作原理、系统功能及为提高系统可靠性在软件、硬件方面对抗电气及雷电干扰所采取的技术措施，并分析探讨了系统设计中的部分关键技术问题。
关键词 瞬态电压抑制器 TVS光电隔离器件 75LBC184硬件抗干扰措施软件抗干扰措施
1. 概述
深圳盐田坳隧道是惠盐高速公路上一个重要枢纽工程，全长1.42km，中心控制室内配置主调度机2套（一用一备）、控制台、控制台端机1套、模拟屏、模拟屏端机1套、低压室终端柜2台、隧道内壁挂式终端5台；系统配置I/O点数1500点。通信采用RS-485接口，通信速率9600bps。单隧道内配置风机16台、照明灯控制回路10个、信号灯20组即63套。另配有：能见度、有害气体CO传感器，风向、风速传感器，车辆及车速传感器。系统设置计算机手动操作、时间段自动控制、反馈自动控制和多媒体功能。系统可根据时间段、车流量、能见度（VI）、一氧化碳（CO）含量和风速、风向对隧道内的照明设备、风机进行自动监测和控制，改变隧道内的环境状况，使其符合规定要求。根据时间段设置自动调整信号灯设备的运行。当隧道内发生事故时，隧道口及隧道内的信号灯，可根据事故发生的位置，给出不同的信号，指挥车辆顺利通行。
该系统还和防灾报警系统、紧急电话系统、可变情报板控制系统、非常电话系统、工业电视系统连为一体，互为联动，形成一个灵活完善的隧道计算机监控系统。
该计算机监控系统，中心控制室的主调度机采用台湾研华工业控制机，执行终端采用SIEMENS公司生产的S7系列PLC，模块化结构，使用方便灵活。由于环境因素恶劣，系统的抗干扰、防雷电性能成了计算机监控系统能否稳定可靠运行的关键性问题。
2. 系统设计
系统方框图见图1。
图1 盐田坳隧道计算机监控系统方框图
2.1 中心控制室及盐田端低压室管理设备
在盐田端中心控制室配置台湾研华PII733/128M/40G/32M/52X工控机2套作为主调度机（一用一备），用于系统功能设置和对系统设备进行监控。
2）在盐田端变电所配置PII733/128M/40G/32M/52X工控机1套作为主调度机，用于对惠州、盐田端低压室设备及所控风机、照明设备的监测和对惠州端I、II路电源母线断路器、母联断路器进行控制和检测。
3）在盐田端中心控制室控制台内配置终端机2套，配置GKM-72K终端2套。配置开关量输出220 点、开关量输入240点。用于采集控制台上的人工操作信息，同时显示控制设备的运行状态。
4）在盐田端中心控制室配置模拟屏终端机2套，配置GKM-72L终端2套。配置指示灯驱动输出220点，中心控制室另配89C系列单片机终端1台，配置64位数码管接口。用于显示盐田坳上行隧道被监控设备的运行状态及系统数据、车辆（VD）数量、速度数据、隧道内能见度(VL)数据、隧道内一氧化碳（CO）数据以及风速（AM）检测仪表的运行数据。
5）系统配置和紧急电话系统、防灾报警系统、情报板、工业电视系统等的硬件接口与软件联动功能。
2.2 现场终端机配置
系统为便于维护，全部终端设备从PLC CPU到输入、输出、模拟量输入模块、电源模块等共选取了五种模块。
1）隧道内配置DMCS-100/11AF型终端机5台，用于信号灯监控和VI、CO、AM的数据采集和车辆检测。每套配置开关量输出16点、开关量输入16点、模拟量输入4点。
2）隧道惠州、盐田两端低压室配置DMCS-100E终端机2台。每套配置开关量输出64点、开关量输入80点、模拟量输入16点。
3）配置与本系统直接相关的VI、CO、AM、车辆检测传感器共6台，其中：VI+CO 1台、AM2台和车辆检测传感器3台。
4）配置三色信号灯17套和三色带转向信号灯3套。
2.3 系统软件设计
1）系统主要控制流程图（见图2、图3。）
图2 照明控制流程图
2）系统软件抗干扰措施
图3 风机控制流程图
系统设计考虑系统运行在南方，并且系统设备部分在隧道内，有汽车、高压钠灯、高压电缆等的各种干扰，通信距离全长在2.1km以上，因此，系统在设计时，采取了以下措施：
主控制机启动了看门狗电路，程序如下：
MOV DX, 443H；设置端口寄存器
MOV AL, 8；启动看门狗功能，并设定定时间为2s
OUT DX, AL；写8到端口443输出看门狗响应信号，清除定时器，开始新一轮的计时
MOV DX, 441H；看门狗设定
MOV AL, 0；
OUT DX, AL
MOV DX, 443H
IN AL, DX
系统电源由在线式UPS供电，并采用VV22-3*6mm2电缆单回路供电方式，在电源回路上不同位置连接3个电源避雷器，工作电压最大ac270v，雷电通流100kA，反应时间<25ns。
通信电缆采用计算机专用JVPV2—2×2×1mm2 电缆，并在主控室连接4回路专用通信避雷器1个、在隧道两端口各连接一个避雷器。在通信线上2号终端和4号终端处各增加带隔离通信中继器1个。
终端设备I/O输入、A/D, 口都增加了数字滤波功能。用100MHz示波器对主调度机发送信号（在各终端观看）和主机接收信号的信号幅度、信号波形进行查看，信号幅度在3.2~3.8V之间，信号边沿清晰、整齐，在通信间隙对信号线进行察看，有(1~2.8V的50Hz的交流干扰脉冲，但通信一切正常，通信误码率小于10-6，系统进入试运行和考验阶段。
3. 系统试运行
系统在进入试运行第8天时，遭受第二次雷击，造成系统通信中断，经过从硬件和软件两方面的检查，发现是隧道中间的3号终端的通信口损坏。分析原因，系统在其它时间均运行正常，通信线上又安装有避雷器，隧道外边的终端又安然无恙，隧道中间终端损坏究竟是什么原因？经过认真分析，深入调查了解情况，得知在打雷时，雷电火花可进入隧道几十米或上百米，因此，雷电在进入隧道后，感应在通信电缆上，虽然有避雷器泄放，可电流之大和通信电缆的内阻造成隧道中间3号终端的通信口上感应大于TTL的电压，致使通信口芯片损坏。失去通信联系。
4. 故障处理
根据以上原因分析，我们认为系统通信存在两方面的问题：一是在隧道中间也应增加通信避雷器，二是在各终端之间应有完整的隔离措施，这样才能保证系统的可靠性。我们在继续使用通信避雷器的情况下采用美国摩托罗拉公司快速的瞬态电压抑制器（TVS）器件、采用防雷击的MAX75LBC184 RS-485, 接口转换芯片和控制电路制成如图4所示的抑制闪电（Lighting）和ESD的通信隔离、信号放大电路接口，该接口经资料查证和实验，技术参数可达：
（1）可提供每线600W的雷击浪涌保护功率，可有效的防止雷击和共地干扰
（2）工作方式：异步半双工
（3）最大连接设备数量64点
（4）隔离度：隔离电压3500VRMS, 500VDC连续
（5）传输速率1.2~38.4KBPS
（6）传输距离0~5km(9600bps)
（7）输入电压：DC9V-12V
（8）使用环境：-25~70℃，相对湿度5%~95%
图4 通信隔离、信号放大接口电路原理图
5. 结论
通过以上通信口的处理和主调度机、终端软件的进一步的优化，从通信口的波形看，信号; 幅度为1.8V，无信号时50Hz 交流信号干扰小于0.1V，通信状况稳定可靠。现经过近一年的试运行，中间经过数次强雷雨天气考验，系统运行安然无恙，未发生一次雷击故障；系统抗干扰性能较好，运行稳定可靠，达到了设计要求。在隧道电气设备安装、工业电视系统、消防系统、紧急电话系统、情报板显示系统的6个子系统的验收工作中被评为第一名，被专家们称为是真正的能够减人增效、降低能耗、性能价格比超群的适用的计算机监控系统。
夏清川 姚劲东 荆召森
