高速公路机电系统养护标准培训教材.docx
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高速公路机电系统养护标准培训教材
前言
在日常工作中，我们针对我们的工作，主要要了解的是相关的工作流程、系统结构图以及网络结构，通过从整体的框架中寻找故障点。
所以对我们而言，主要了解的就是框架这个理论基础，然后通过在实际维护工作中的应用，掌握各种故障的处理方法，故障原因是多种多样的，培训材料中只是列举了部分故障想象以及相应的处理方法。
收费系统硬件资料
收费系统是高速公路的重要组成部分。
收费系统的整体结构功能，主要包括以下方面：
收费车道以及外围设备、收费站CCTV系统、计重系统、对讲和紧急报警系统、监控室设备、UPS系统。
最后系统性的阐述计算机与网络系统的维护。
第一节、收费系统的功能概述
一、收费系统概述
江苏省高速公路大部分采用半自动全封闭式的路网收费系统。
该系统集人工收费、计算机网络收费管理和电视图像监控于一体。
其主要特点是：
采用非接触式IC卡作通行卡、人工判别车型、计算机管理、电视监控相结合的半自动收费方式,并与江苏省高速公路联网收费拆帐中心接驳。
二、收费系统结构及组成
（一）收费系统构成
从我们维护的角度来看，收费系统大致可分为收费硬件系统和收费软件系统这两个部分。
1、收费系统硬件部分：
大致可分为车道和监控室两个部分。
（1）车道部分：
1车道控制机构成：
车道控制机是车道设备的核心控制单元，它由一台工业级控制计算机以及若干标准接口组成，通过控制箱与外部收费设备相连，来完成收费过程及对外部设备的控制，数据实时采集；并同时执行收费管理中心的控制指令；定时传送数据（库）文件给收费站控制室服务器。
a、车道控制机核心部分为工业控制计算机：
其主要作用是采集收费信息，处理及传送收费数据，控制外围辅助设备（栏杆机、雨棚灯、通行灯等）；
b、输入/输出接口及驱动电路（I/O板）
c、多串口卡
d、视频采集卡；
2其他辅助设备：
（见下表）
辅助设备配置表：
设备名称
与车道控制机的接口
位置
集线器（交换机）
RJ-45以太网接口
收费站或收费亭内
专用键盘
键盘接口
收费亭内
车辆检测器
数字I/O板
车道或收费亭内
自动栏杆
数字I/O板
车道内
IC卡读写器
数字I/O板或RS232接口
收费亭内
费额显示器
数字I/O板或RS232接口
出口车道收费亭的外侧面
票据打印机
RS232接口或并行接口
出口车道收费亭内
通行信号灯
数字I/O板
车道内
雨棚信号灯
数字I/O板
车道上方的大棚上
雾灯
不连接
车道的岛头部分
视频数据混合器
RS232接口
出口收费亭的设备机箱内
车道摄像机
与VDM相连
出口车道内
亭内摄像机
不连接
出口车道的收费亭内
手动栏杆
不连接
车道的岛头
称重系统
RS232接口
出口车道上
（2）监控室部分：
主要是由站级服务器、管理计算机、监控计算机、多媒体图像采集计算机、CCTV监控系统、录像系统、对讲系统及UPS不间断电源系统等组成。
1服务器：
采集车道的收费和发卡数据,并对其作相应的处理;
2管理计算机：
与服务器相接驳，为收费站相关工作人员提供相应的管理功能（交接班、人员管理等），以及统计相关的收费数据（收费日报表、收费年报表、车流量报表等）；
3监控计算机:
与服务器相接驳，对车道的收费情况进行实时监控，如：
收费情况、车道设备的运行情况等；
4多媒体图像采集计算机：
通过这台计算机可看到收费车道和广场摄像头的实时图像，并能根据情况进行图像抓拍；
5电视墙：
显示实时的车道收费监控图像，用于监控收费员的收费情况；
6录像机或硬盘录像：
对车道收费图像进行录像并保存一定时间，提供监控和以后查询；
7对讲机：
用于监控室监控员与车道收费员的沟通；
8视频矩阵:
对车道及广场的视频图像进行相应的处理，使监控室能够在不同的视频图像之间切换，并能控制广场摄像机；
9视频分配器:
对车道及广场的视频图像进行放大并分配（通常为一分四）；
1016画面分割器：
将16路画面压缩到1个画面显示，供录像机或硬盘录像进行录像保存。
11UPS电源：
监控室放置三台大功率在线式不间断电源，一台用于监控室及通讯机房所有设备，另二台用于收费车道，一般情况下按奇偶供电；
收费系统结构框图：
2、收费系统软件部分：
网络大都采用WindowsNT4.0组网；站级数据库管理采用MicrosoftSQLServer7.0或MicrosoftSQLServer2000；车道计算机数据库管理采用MicrosoftSQLServer7.0或是Access；站级服务器采用Windows2000AdvancedSereve操作系统，站级管理计算机与车道计算机采用Windows2000Professional操作系统，应用程序采用Dephil、VC++、VB等（不同路段采用的编程语言不尽相同）程序编写；
（二）收费系统网络结构
现今我公司维护路段的收费系统网络结构均采用总线型和星型相结合的复合结构，如下图所示：
注：
本图以两个收费站，每个收费站两个车道为例。
如上图，每台收费车道工控机通过网线连到车道的交换机上（该交换机在车道的某一收费亭内）。
同时，监控室内的各台计算机，包括：
服务器、管理计算机、监控计算机等也通过网线连到其站内的交换机上，而这两个交换机之间则通过光纤连接在一起（站内和车道上各有一个光纤收发器）。
收费数据就是通过以上通路，由车道传输到监控室。
收费数据传输到监控室后，又分为两路，一路传输到北网中心进行路段间的拆分帐并作相应的数据保存，一路则传输到各条路的数据分析中心进行数据保存。
（二）收费作业流程：
入口车道发卡作业流程：
出口车道收费作业流程
三、收费系统的维护
按照公路机电系统维护技术指南的要求，收费系统的设备要做好定期的维护工作。
具体可参照指南的第五章。
第二节、收费站CCTV电视监视系统故障诊断与处理
1、系统简介
图像监控系统功能是对收费员收费过程及收费广场的车辆情况进行全面监视、录像，以杜绝漏收和贪污现象。
亭外摄像机实施对收费车辆的监视，亭内摄像机实施对收费员收费过程的监视。
摄像机采集的图像经过VDM实施对收费车辆情况及收费员班次、工号等信息的视频处理，经同轴电缆或光端机传入监控室。
收费站闭路电视监视系统主要由收费亭内摄像机、车道摄像机、广场摄像机、视频切换矩阵、视频分配放大器、VDM（数据图像叠加器）、计算机、图像记录设备（录像机或硬盘录像）和图像显示设备（监视器）组成。
收费车道摄像机摄取的图像可分为两路，一路与车道控制机的视频采集卡相连，将摄像机图像显示在车道控制机的显示器上，当车辆检测器的环形线圈检测到车辆时，即捕捉一帧图像存入车道控制机（以防车辆冲卡），收费操作完成时，再捕捉一帧图像和收费数据一起存入车道控制机，并将图像与收费数据上传收费站，图像由多媒体计算机处理，编辑；另一路车道控制机图像直接上传到收费站视频矩阵切换控制器。
收费广场摄像和收费亭摄像主要是图像监视功能，由外场图像采集设备，图像传输设备以及收费站控制室和收费中心控制室图像监视，控制和录像设备构成。
见CCTV系统结构图
收费站监控系统图像由收费广场图像、车道图像和亭内摄像机图像三大部分组成。
（1）、收费广场摄像机
每个匝道站设置2台广场摄像机，安装在收费广场出、入口车道两侧立柱上，对收费广场的收费流程和交通状况进行监视。
广场图像通过视频线传入监控室的视频分配器（广场摄像机离监控室太远，可通过光端机传输图像），由视频分配器再分出多路视频信号，分别到监视器、硬盘录像计算机、视频切换矩阵，每个广场摄像机都有两根视频信号控制线与监控室的码分配器相接，摇控键盘通过主机和视频切换矩阵可针对广场单独一路进行控制。
（2）、车道摄像机
设置在各收费站的出口车道，以能照到车牌为准，完成对各种特殊车辆的图像采集。
车道视频信号经过收费亭内的数据图像叠加器（VDM），再分出二路视频信号，一路输入车道工控机，另一路输入至监控室内的视频分配器，再由视频分配器分出多路视频信号，分别输入于监视器、硬盘录像计算机、视频切换矩阵。
（3）、亭内摄像机
设置在各收费站的出口车道收费亭内（连徐高速入口收费亭内已安装亭内摄像机），以能看清收费员收费过程为准，可对收费员进行监督。
亭内视频信号经过数据图像叠加器（VDM），分出一路视频信号后直接至监控室内视频分配器，再由视频分配器分出多路视频信号，分别到监视器、硬盘录像计算机、视频切换矩阵。
2、常见故障分析处理
●某一路图像不显示
建议故障排除方法如下；
1．如果是车道或亭内图像则检查VDM是否正常（否则不必此操作）；
2．检查摄像头电源是否正常；
3．检查摄像头工作是否正常，用5.5寸监视器直接接摄像机查看图像情况；
4．检查车道或广场图像到监控室内视频分配器前的图像是否正常；
5．检查视频分配器是否工作正常；
6．检查视频分配器到监视墙以及硬盘录像的连接是否正常；
●某一路图像在硬盘录像或矩阵上面显示但是在电视墙上面没有
建议故障排除方法如下；
1．检查视频分配器对应的输出口是否正常；
2．检查视频分配器到电视墙线路以及接头是否正常；
3．检查发生故障相对应的监视器的工作是否正常，可与其它运行正常的监视器调换来观察该监视器的工作是否正常；
●所有亭外及广场的图像均模糊或跳动
建议故障排除方法如下；
1．检查所有图像的信号发生设备是否有问题，可以用小电视检查；
2．检查所有图像的接地是否良好；
3．检查图像到监控室线路是否有干扰；
4．检查监控室视频分配器的接地是否良好，并检查与收费车道间接地有没有电势差；
5．检查监控室视频分配器是否工作正常；
●主监视器图像没有或模糊
建议故障排除方法如下；
1．检查矩阵主机与主监视器间信号回路通路，并确认接头可靠，线路通畅；
2．检查主监视器相对应的录像机的输入信号是否正常；
3．检查主监视器的工作是否正常；
4．检查相对应的矩阵切换器的输出回路是否通路，是否有视频输出；
●多媒体计算机不能切换图像
建议故障排除方法如下；
1．检查多媒体计算机通讯口设置是否正确；
2．检查矩阵切换器通讯口设置是否正确；
3．检查多媒体计算机与距阵切换器之间的控制信号回路是否通路，并确认接头可靠，线路通畅；
4．检查矩阵切换器的工作是否正常；
5．检查多媒体计算机的视频采集卡工作是否正常；
多媒体计算机抓拍的图像为黑屏
建议故障排除方法如下；
1．重新启动多媒体计算机；
2．网络连接是否正常；
3．车道抓拍是否正常；
4．服务器内的抓拍图像是否正常；
5．重新安装多媒体计算机软件；
●控制键盘不能切换任何图像
建议故障排除方法如下：
1．检查键盘的工作是否正常；
2．首先检查操作键盘与矩阵切换器之间信号回路是否通路，并确认接头可靠，线路通畅，操作键盘设置正确；
3．若上述一切正常时，先复位操作键盘，还不能恢复正常的话，则要更换键盘。
4．如更换控制键盘后任不能正常切换图象，则可认为矩阵切换器控制端口故障引起。
●控制键盘不能控制所有摄像机的运动
建议故障排除方法如下：
1．检查控制键盘是否正常；
2．检查信号通路之间是否有故障，并确认接头可靠，线路通畅；
3．检查监控室的控制码转换器是否工作正常；
4．检查摄像球机电源是否正常，输入输出电压是否达到规定值；
●某一个摄像机不能控制
建议故障排除方法如下：
1．检查控制键盘以及控制主机是否正常；
2．检查光端机以及通路是否畅通；
3．检查摄像机是否正常；
第三节、收费车道外围设备原理及故障诊断与处理
收费系统外接设备比较多，并且接口类型也比较多，因此，系统工作时故障类型比较复杂，我们要根据实际情况进行判断。
3.1车道工控机
工控机是车道进行收费同时对车道外设进行控制的主控设备，并且对外设进行一定规律的控制，由于外接设备比较多并且工作环境比较恶劣，所以出现故障的原因也比较多。
下面是一些常见故障。
●车道工控机无法启动：
建议故障排除方法如下：
1．检查电源是否有问题，看开机后主板工作是否正常；
2．开机听主板的声音是否有异常，如果听到滴滴滴的声音说明可能内存条有问题，（这个方法根据实际情况，不同的品牌机不一样）检查硬件是否有问题。
3．检查显示器是否有问题：
●车道计算机抓拍图像时出现蓝屏：
抓拍图像时出现蓝屏，是由于图像的信号未传到车道计算机上。
建议故障排除方法如下：
1．检查视频线的接头是否正常，检查步骤如下：
1）检查从摄像机的输出的视频线有无松动；
2）检查从摄像机到VDM的输入的视频线有无松动；
3）检查从VDM的输出到车道计算机的输入的视频线有无松动；
2．检查VDM工作是否正常，检查步骤如下：
1）VDM的输入电源是否为交流220V；
2）VDM的工作指示灯是否亮；
3）若上述均为“是”，将本车道VDM更换到其他正常车道上，看是否能正常工作；
4）若工作不正常，即可认为VDM故障，进行更换；
3．检查车道计算机内视频采集卡运行是否正常，软件驱动以及硬件运行情况；
4．更换视频采集卡
5．检查亭外摄像机工作是否正常，
●车道计算机显示器黑屏
建议故障排除方法如下：
1．检查车道计算机运行是否正常；
2．查显示器电源线、信号线是否牢固可靠；
3．上述为“是”时，把一台好的显示器与当前显示器更换，判断是否是显示器的问题；
●车道计算机显示器显示画面偏亮、偏暗、扭曲、闪烁、偏移、抖动等故障：
故障主要由于显示器本身故障引起的，也不排除干扰的可能性；
建议故障排除方法如下：
1．调节显示器底部各旋钮开关；
2．检查显示器电源线、信号线是否紧固可靠；
3．检查是否在信号线或电源线上有其他信号的干扰；
4．显示器老化，更换显示器；
●小键盘输入不灵活、或无法输入
建议故障排除方法如下：
1．检查小键盘信号线是否紧固可靠；
2．检查车道计算机是否工作正常；
3．若上述情况一切正常，更换小键盘即可；
●车道计算机网络故障
车道计算机显示器上出现网络故障时，说明车道计算机网卡不能正常工作，所以，要从网卡开始查起。
建议故障排除方法如下：
1．检查网卡工作是否正常，分以下几个方面：
1）网卡的指示灯是否亮，若亮，看是否可以连通；
2）拆开车道计算机，检查网卡是否有松动；
3）若有条件，将其他正常工作的网卡与其更换，看是否还能工作正常；
4）若更换后，网络恢复正常，则证明网卡故障。
；
2．检查接线：
1）检查网卡一边的网线是否与网卡连接正常；
2）检查HUB一边的网线是否与网卡连接正常；
3）检查水晶头是否按标准接续；
3．若正常，检查交换机工作是否正常：
1）若所有车道计算机显示器上均出现网络故障，检查交换机的电源是否正常；
2）检查交换机的光口是否正常；
3）更换交换机后，是否工作正常；
4）检查监控室交换机是否工作正常；
5）若工作还是不正常，检查服务器的工作是否正常；
6）若交换机坏，在更换时必须注意光纤接口，不能使其折断；
●车道工控机死机
建议故障排除方法如下：
1．重新启动计算机，看系统是否可以正常运行；
2．检查工控机硬件以及响应的驱动是否正常运行；
3．检查操作系统是否正常；
4．检查收费软件是否运行正常（包括各端口引起的设备启动延迟造成的假死状态）；
●车道机无法对所有的外设进行控制
无法控制主要原因可能是由于工控机I/O板卡损坏或者与I/O板接口损坏，也可能是外接继电器板卡电源故障或损坏（无继电器板则没有此部操作）。
建议故障排除方法如下：
1．首先检查I/O板卡的接线是否连接正常：
2．在工控机的设备管理器中检查I/O板卡是否工作正常，不正常则更换：
3．检查外接继电器板是否工作正常（有的收费系统没有继电器板，则不要进行本操作），可以在工控机上通过调试程序进行控制，看继电器板卡上面的指示灯是否工作正常。
●车道工控机启动到摄像画面后停止运行，CPU使用率100%
建议故障排除方法如下：
1、重新启动计算机，检查运行情况；
2、将硬盘拆下安装在其他车道机上启动看是否正常，如果仍然有同样问题，说明是软件故障，该车道机软件重新安装；
3、如果将硬盘拆下安装在其他车道机上启动正常，则可能视频采集卡故障或主板故障；
4、分别更换视频采集卡或主板即可判断；
●车道工控机显示IP地址冲突
建议故障排除方法如下：
进入系统，更改IP地址和计算机名，重启车道机即可；
●车道工控机无法上下班
3.2VDM字符叠加器
江苏高速公路使用一般为双路视频输入、输出视频字符叠加器（VDM）。
它具有232通讯口。
利用计算机控制可将班次、工号、上下班信息叠加到亭内摄像机视频信号中；将车情、费额、重量等信息叠加到亭外摄像机视频信号中，以便监控值班员对收费员及出口的收费车情实施监控。
常见故障处理方法：
●监控室视频图像无字符叠加或无图像
建议故障排除方法如下：
1．检查视频字符叠加器的电源是否工作正常：
2．检查视频字符叠加器到车道工控机连线是否正常：
3．检查视频字符叠加器输出图像是否正常：
用小监视器看字符叠加器是否输出正常，如果正常说明字符叠加器没有问题，检查视频线到监控室的传输是否正常，不正常说明字符叠加器故障要求更换：
●图像出现抖动现象
建议故障排除方法如下：
1.检查字符叠加器的电源是否有问题，有问题要更换电源：
2.检查车道设备接地是否有问题，用接地电阻测试仪测试接地电阻是否正常值：
3.检查字符叠加器的接地是否正常：
4.用万用表检查接地扁钢是否有电压：
5.检查视频电缆附近是否有强电通过而造成对图像干扰
●字符叠加器叠加字符位置不对
建议故障排除方法如下：
调节字符叠加器里面的字符位置控制电位器及拨码位置，可以对字符叠加的位置以及叠加方法进行控制。
●监控室亭内监视器上不能正常显示相关车道、车辆、工号等字符信息
监控室亭内监视器上不能正常显示相关车道、车辆、工号等字符信息一般产生的原因是VDM问题，检查内容主要是针对VDM。
建议故障排除方法如下：
1．检查VDM数据信号线与车道机是否连接正常；
2．若“否”，重新连接信号线或更换信号线；
3．若“是”，则更换VDM。
3.3雨棚灯
雨棚灯应用于各类高速公路收费站。
一般安装在车道上方的雨棚上，发出车道指示信号，表示车道使用情况，对司机起着指示作用，正常车道通行时显示绿灯、关闭时显示红灯！
当应用于高速公路收费系统时，受车道控制器控制。
雨棚灯的控制方式主要有两种，一是强电直接进行控制，二是用开关量控制。
具体处理情况依据不同的型号进行处理。
雨棚信号灯按方向分为正向灯和反向灯两种。
正向灯安装于车辆驶入的一方，有红的“╳”和绿的“↓”两种图案。
受车道控制器控制，车道开通时，显示绿“↓”图案。
车道关闭时，显示红“╳”图案。
反向灯安装于车辆驶出出的一方，只有红“╳”一种图案。
常见故障处理方法：
●雨棚灯无法正常指示当前车道状态或者指示错误等！
建议故障排除方法如下：
1.检查指示灯有无电源：
2.检查指示灯内部控制板卡有无故障：
3.检查I/O控制卡是否正常：
4.检查指示灯至控制板卡线路有无故障：
5.检查控制板卡的配置文件有错误：
●所有的雨棚灯全部不亮
建议故障排除方法如下：
1.参照图纸，检查雨棚灯的供电方式以及UPS提供的电源是否有故障：
2.检查总电源开关是否跳开；
3.参照施工图纸，检查雨棚灯的连接方式，检查是否由于某一个雨棚灯短路造成：
●雨棚灯显示红灯无法变成绿色通行灯
建议故障排除方法如下：
1.检查雨棚灯使用情况，看是否内部电路故障：
2.检查工控机到雨棚灯控制线（或绿通行灯电源线）情况，看是否断路：
3.检查工控机控制板是否正常：
3.4通行灯
车道通行灯应用于各类路桥收费站。
安装在收费车道旁，用于指示车道通行状态，红灯禁止通行，绿灯准许通行。
应用于高速公路收费系统时，由车道控制器通过I/O板控制通行灯显示状态，当红灯继电器闭合，绿灯继电器开，显示红灯，车辆不能通过；当红灯继电器打开，绿灯继电器闭合，显示绿灯，车辆通过。
常见故障及处理方法：
●通行灯不亮
建议故障排除方法如下：
1.检查车道对继电器板供电电源：
2.检查通行灯内的开关电源是否正常：
3.检查工控机的I/O控制板是是否正常：
4.检查继电器板是否正常：
●通行灯通电后，车道空气开关跳闸
建议故障排除方法如下：
1.检查通行灯内部的开关电源是否正常：
2.检查车道到通行灯连接线路是否正常：
3.检查车道接线端子是否正常：
3.5栏杆机
栏杆机又称为挡车器，主要对车辆通过收费岛时对车辆进行控制分离拦阻，通过收费员收费操作然后控制栏杆机的抬起和落下来限制车辆的通行，保证良好的收费次序。
其主要由控制器、检测器、环形线圈构成。
工作原理
电动栏杆微处理器通过通信接口，接收来自车道控制机的控制命令，并根据限位开关所反馈的栏杆的位置状态信号，经驱动程序，伺服机构控制栏杆的起落运动。
见下图
自动栏杆机结构原理框图
●自动栏杆机不落杆
建议故障排除方法如下：
1．复位栏杆控制器和车辆检测器；
2．次数频繁时，提高车辆检测器灵敏度等级，同时复位栏杆控制器和车辆检测器；
3．察看栏杆控制器显示屏，若上面无显示小车通过，检查栏杆控制器IN1是否有数据输入；
4．若“无”，则检查I/O板是否有数据输出，若有，则是I/O板与栏杆机的接线有问题，请施工队来检测更换线路；
5．若“有”，则更换栏杆控制器即可；
6．若栏杆控制器显示屏上显示有小车通过，则可能是I/O控制卡的问题；
7．再检测栏杆控制器的K1触点是否工作正常；
8．若上述方法仍不起作用，则是线路的问题，请施工队来检测更换线路。
●自动栏杆机不能抬起
建议故障排除方法如下：
1．检查电源是否正常、各信号线是否连接可靠；
2．检查栏杆机机械传动部件是否运转自如、不正常则更换栏杆机；
3．检查栏杆机抬杆信号是否有输入，有这说明是栏杆机故障，需要更换栏杆机模块：
否则是软件故障，要对软件进行重新调试。
4．检查显示屏上栏杆是否动作，若无，则是软件的问题，检查修改程序；
5．若有，检查栏杆控制器IN1是否有数据输入，若有则更换栏杆控制器即可；
6．若IN1是无数据输入，则检查I/O板卡是否有数据输出，若也有，则是I/O板与栏杆机的接线有问题，检测更换线路，若无，则要检查I/O板的工作是否正常；
●自动栏杆机提前落杆
提前落杆一般是由于灵敏度过大而引起的，但也要考虑到实际因素；
建议故障排除方法如下：
1．检查栏杆控制器的灵敏度，适当降低灵敏度；
2．检查环线的密封性、固定度；
3．若上述是好的，则问题基本上是相邻车道过大型号车，产生了一个自激频率，使栏杆提前落下，硬件本身没有问题。
3.6车道打印机
打印机用以完成对收费票据的打印，与COM1口相接。
常见故障处理方法：
●打票机卡纸、划纸、打字速度慢
打票机卡纸、划纸、打字速度慢的原因都是由于
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