淺談城市地下綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計思路

劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：針對城市地下綜合管廊環(huán)境與監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)驗不足的現(xiàn)狀，為了滿足管廊環(huán)境風險管理的需要，設(shè)計了六盤水市育德路地下綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)。針對易引起重大事故的特征風險因素，搭建了由系統(tǒng)工作站和數(shù)據(jù)傳輸模塊構(gòu)成的系統(tǒng)硬件系統(tǒng)，并設(shè)計了由環(huán)境設(shè)備監(jiān)控、壓縮編碼、打包封裝和無線模塊構(gòu)成的軟件系統(tǒng)平臺，構(gòu)建了集環(huán)境監(jiān)測、照明控制和設(shè)備監(jiān)控數(shù)據(jù)為體的連續(xù)在線的環(huán)境風險源實時監(jiān)控系統(tǒng).

關(guān)鍵詞：地下綜合管廊；環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控；硬件設(shè)計；軟件設(shè)計

1 項目概況

六盤水市育德路地下綜合管廊工程南起育德路（k2+660) ,北到天湖路（k5+600),全長約3000 m。育德路綜合管廊分為三艙：電力艙寬度2m ,熱力水信艙寬度6.4m ,天然氣艙寬度1.4m,各艙結(jié)構(gòu)凈高2.9m 。環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)主機設(shè)備放置在1#分控，各區(qū)域控制設(shè)備放置在1 # ~8#風機房內(nèi)，各風機房內(nèi)的區(qū)域控制設(shè)備負責本風機房和鄰近管廊（約400 m 范圍內(nèi)）的設(shè)備供電、通訊、控制等功能。由于育德路地下綜合管廊因其所收容的管線種類較多，部分管道具有較大危險性，在使用過程中易導致觸電、有毒有害或爆炸性氣體泄漏等狀況，進步威脅管廊正常的運行使用。因此,在育德路地下綜合管廊中設(shè)置歡迎與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)對預(yù)防事故發(fā)生具有重大意義。

2 地下綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)組成及特點

2.1 系統(tǒng)組成

育德路地下綜合管廊環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)由環(huán)境監(jiān)測、照明控制、設(shè)備控制和擴展接口 4 個子系統(tǒng)構(gòu)成，其中環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)包含甲烷監(jiān)控、硫化氫監(jiān)控、氧氣監(jiān)控、溫度監(jiān)控、濕度監(jiān)控和水位監(jiān)控單元構(gòu)成；設(shè)備控制子系統(tǒng)由通風設(shè)備監(jiān)控、排水泵單元和電氣設(shè)備監(jiān)控單元構(gòu)成(見圖1)。 系統(tǒng)功能依靠設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)工作站、工業(yè)以太網(wǎng)通信模塊、現(xiàn)場控制單元（PLC)、智能傳感器、現(xiàn)場設(shè)備儀表和現(xiàn)場設(shè)備反饋開關(guān)裝置等設(shè)備模塊來實現(xiàn)。

2.2系統(tǒng)特點

育德路地下綜合管廊環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對管廊內(nèi)環(huán)境參數(shù)和設(shè)備運行狀況的實時監(jiān)控，其系統(tǒng)有以下特點：

(1)通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及實施數(shù)據(jù)庫對各個系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行采集和保存，以采集整理后的數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ)，實時監(jiān)測管廊運營現(xiàn)場狀況，實現(xiàn)通風、人機、工作面等運行模型；同時整合各類數(shù)據(jù)為各級管理、技術(shù)、監(jiān)控人員、單位提供分析、決策的支持，主要包括綜合監(jiān)測、運營調(diào)度、管理、數(shù)據(jù)分析等功能。

(2)實現(xiàn)綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)的權(quán)限管理。 開發(fā)統(tǒng)的權(quán)限管理模塊，包含角色劃分 、權(quán)限分配等功能。通過設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)工作站系統(tǒng)，不同的人員就有不同的配置和權(quán)限，根據(jù)他們的權(quán)限進入系統(tǒng)的功能界面也不樣.

(3) 進行監(jiān)控數(shù)據(jù)采集、歸類和長期存儲，對管廊運行過程中涉及到的環(huán)境參數(shù)、設(shè)備故障等數(shù)據(jù)進行采集、歸類和長期存儲，實現(xiàn)實時預(yù)警及報警、基礎(chǔ)參數(shù)數(shù)據(jù)的錄入、系統(tǒng)數(shù)據(jù)在線監(jiān)視集成等功能。

(4) 環(huán)境設(shè)備的控制。根據(jù)誰被監(jiān)控系統(tǒng)工作站的設(shè)置和傳感器實時采集數(shù)據(jù)對環(huán)境設(shè)備如通風機、排水泵等進行智能控制。

2.3 監(jiān)控系統(tǒng)作用

育德路地下綜合管廊環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)通過貴系統(tǒng)運行過程中的環(huán)境、設(shè)備和運行管理進行監(jiān)控，實現(xiàn)系統(tǒng)運行中的危險預(yù)警和管理，其主要作用體現(xiàn)在：

(1)通過現(xiàn)場監(jiān)控站（PLC)和智能傳感器對管廊溫度、濕度、水位等環(huán)境要素實時監(jiān)控，實現(xiàn)危險源管理、辨識、評估和控制，從而環(huán)境的不因素。

(2)通過現(xiàn)場監(jiān)控站（PLC)和智能傳感器對照明設(shè)備、排水設(shè)備、通風設(shè)備、風機房高低壓配電設(shè)備、防入侵設(shè)備等進行實時在線感知、報警聯(lián)動、遠程控制和指揮調(diào)度，使之始終處于狀態(tài)。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

育德路地下綜合管廊包含三個管艙，分別為電力艙、天然氣艙、熱力艙 .在育德路 1 # ?8#風機房設(shè)有環(huán)境監(jiān)控現(xiàn)場控制單元（P L C )、風機控制箱和照明配電箱，風機房內(nèi)對CH 4、H2S參數(shù)進行監(jiān)測。綜合管廊內(nèi)對各艙O2、溫度、濕度參數(shù)進行監(jiān)測，燃氣艙增加對CH 4參數(shù)的監(jiān)測。系統(tǒng)具備可擴展性，可對管廊內(nèi)各管線專業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行采集，必要時可對管線配套執(zhí)行機構(gòu)進行控制。系統(tǒng)功能關(guān)系（見圖2)。

環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)工作站位于1#分控。環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)工作站和現(xiàn)場控制單元（PLC )通過以工業(yè)交換機以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交互來實現(xiàn)對風機房的環(huán)境及設(shè)備進行實時監(jiān)控，此外，環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)工作站用于顯示風機房內(nèi)現(xiàn)場控制單元(PLC)實時數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)報表打印及傳輸?shù)缴霞壴O(shè)備監(jiān)控工作總站和服務(wù)器。在育德路地下綜合管廊的每個風機房配有環(huán)控系統(tǒng)現(xiàn)場控 ，現(xiàn)場控制單元由網(wǎng)絡(luò)交換機和現(xiàn)場PLC工作站。.現(xiàn)場PLC工作站設(shè)置在 1 #?8#風機房內(nèi)，每個風機房的現(xiàn)場控制單元接400m左右范圍內(nèi)的環(huán)境監(jiān)測儀表，并能夠管理控制該區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備。 PLC工作站能采集CH4、H 2S、O2、溫度、濕度、水位等傳感 器的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，并能夠通過風機控制箱、水泵控制箱、照明配電箱對相應(yīng)的設(shè)備進行控制，其功能關(guān)系（見圖3）。

現(xiàn)場控制單元（PLC)是用于自動控制、參數(shù)采集和網(wǎng)絡(luò)連接的PLC系統(tǒng)，包括CPU模塊、電源模塊、DI、DO、AI、AO模塊和網(wǎng)絡(luò)通信適配器等。控制站實現(xiàn)的主要功能包括：（1)檢測水泵和風機的狀態(tài)及設(shè)備狀況；（2)根據(jù)防火區(qū)內(nèi)的氧氣及溫濕度實時檢實現(xiàn)對各風機的 控制，并檢測風機的工作狀態(tài)；（3)根據(jù)集水坑的液位實現(xiàn)對水泵的控制；（4 )實時監(jiān)測各防火分區(qū)內(nèi)的氧氣、溫濕度、甲烷、硫化氫、液位等參數(shù)；（5)現(xiàn)場可控設(shè)備除了可由操作人員通過就地箱控制外，也可交給PLC進行自動控制，操作端作為現(xiàn)場人機接口，操作人員通過對操作面板上的操作，由PLC可完成各相關(guān)設(shè)備的控制及相關(guān)參數(shù)修改設(shè)定。

遠程I/O站主要監(jiān)控相鄰三段防火分區(qū)內(nèi)的設(shè)備及儀表。主要設(shè)備是用于參數(shù)集采和網(wǎng)絡(luò)連接的接統(tǒng)，包括電源模塊、DI、DO、AI、AO模塊和網(wǎng)絡(luò)通信適配器等。遠程I/O主要檢測水泵和風機等的工作狀態(tài)及設(shè)備狀況，實時監(jiān)測各防火分區(qū)內(nèi)的氧氣、溫濕度、硫化氫、甲烷、液位等參數(shù)。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

育德路地下綜合管廊環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計采用Linux2.6.1.2內(nèi)核，軟件平臺由環(huán)境設(shè)備監(jiān)控、壓縮編碼、打包封裝、無線傳輸?shù)葮?gòu)成。本系統(tǒng)在Windows平臺下開發(fā)了客戶端應(yīng)用程序，遠程用戶可以通過應(yīng)用程序登錄系統(tǒng)服務(wù)平臺訪問系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

該軟件具有可擴展性，可以通過增加現(xiàn)地控制單元（PLC)和總線型I/O模塊單元數(shù)量來將系統(tǒng)容量擴展到企業(yè)級，并且擴展系統(tǒng)容量并不會影響到現(xiàn)有在運行的服務(wù)和功能。軟件平臺采用了集中化的架構(gòu)，所有相關(guān)配置數(shù)據(jù)都將被存儲在設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)工作站，其他的所有服務(wù)和應(yīng)用，如外部英特網(wǎng)接入和客戶端都將從數(shù)據(jù)服務(wù)器上讀取相應(yīng)的配置數(shù)據(jù)。

5 安科瑞智慧城市地下綜合管廊產(chǎn)品選型方案

5.1 管廊電力監(jiān)控系統(tǒng)（10/0.4kV地面變電所）

5.2 管廊設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（0.4kV動力箱/動力柜）

六 結(jié)束語

本文設(shè)計的六盤水市育德路地下綜合管廊環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了對管廊運行中的環(huán)境參數(shù)、設(shè)備運行狀態(tài)和遠程控制的智能化綜合管理；同時對系統(tǒng)進行了硬件和軟件設(shè)計，為城市地下綜合管廊環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計提供了參考。

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[4] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2019.11版

作者簡介：劉細鳳，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為綜合管廊監(jiān)控及運維方向