淺談城市地下綜合管廊監控系統的設計思路

摘要：針對城市地下綜合管廊環(huán)境與監控系統建設經(jīng)驗不足的現狀，為了滿(mǎn)足管廊環(huán)境風(fēng)險管理的需要，設計了六盤(pán)水市育德路地下綜合管廊監控系統。針對易引起重大安全事故的特征風(fēng)險因素，搭建了由系統工作站和數據傳輸模塊構成的系統硬件系統，并設計了由環(huán)境設備監控、壓縮編碼、打包封裝和無(wú)線(xiàn)模塊構成的軟件系統平臺，構建了集環(huán)境監測、照明控制和設備監控數據為一體的連續在線(xiàn)的環(huán)境風(fēng)險源實(shí)時(shí)監控系統.

關(guān)鍵詞：地下綜合管廊；環(huán)境與設備監控；硬件設計；軟件設計

1 項目概況

六盤(pán)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(cháng)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,各艙結構凈高2.9m 。環(huán)境與設備監控系統主機設備放置在1#分控中心，各區域控制設備放置在1 # ~8#風(fēng)機房?jì)?，各風(fēng)機房?jì)鹊膮^域控制設備負責本風(fēng)機房和鄰近管廊（約400 m 范圍內）的設備供電、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(xiàn)種類(lèi)較多，部分管道具有較大危險性，在使用過(guò)程中易導致觸電、有毒有害或爆zha性氣體泄漏等狀況，進(jìn)一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置歡迎與設備監控系統對預防事故發(fā)生具有重大意義。

2 地下綜合管廊監控系統組成及特點(diǎn)

2.1 系統組成

育德路地下綜合管廊環(huán)境與設備監控系統由環(huán)境監測、照明控制、設備控制和擴展接口 4 個(gè)子系統構成，其中環(huán)境監測子系統包含甲烷監控、硫化氫監控、氧氣監控、溫度監控、濕度監控和水位監控單元構成；設備控制子系統由通風(fēng)設備監控、排水泵單元和電氣設備監控單元構成(見(jiàn)圖1)。 系統功能依靠設備監控系統工作站、工業(yè)以太網(wǎng)通信模塊、現場(chǎng)控制單元（PLC)、智能傳感器、現場(chǎng)設備儀表和現場(chǎng)設備反饋開(kāi)關(guān)裝置等設備模塊來(lái)實(shí)現。

2.2系統特點(diǎn)

育德路地下綜合管廊環(huán)境與設備監控系統能夠實(shí)現對管廊內環(huán)境參數和設備運行狀況的實(shí)時(shí)監控，其系統有以下特點(diǎn)：

(1)通過(guò)數據采集系統及實(shí)施數據庫對各個(gè)系統數據進(jìn)行采集和保存，以采集整理后的數據信息為基礎，實(shí)時(shí)監測管廊運營(yíng)現場(chǎng)狀況，實(shí)現通風(fēng)、人機、工作面等安全運行模型；同時(shí)整合各類(lèi)數據為各級管理、技術(shù)、監控人員、單位提供分析、決策的支持，主要包括綜合監測、運營(yíng)調度、安全管理、數據分析等功能。

(2)實(shí)現綜合管廊監控系統統一的權限管理。 開(kāi)發(fā)統一的權限管理模塊，包含角色劃分 、權限分配等功能。通過(guò)設備監控系統工作站系統，不同的人員就有不同的配置和權限，根據他們的權限進(jìn)入系統的功能界面也不一樣.

(3) 進(jìn)行監控數據采集、歸類(lèi)和長(cháng)期存儲，對管廊運行過(guò)程中涉及到的環(huán)境參數、設備故障等數據進(jìn)行采集、歸類(lèi)和長(cháng)期存儲，實(shí)現實(shí)時(shí)預警及報警、基礎參數數據的錄入、系統數據在線(xiàn)監視集成等功能。

(4) 環(huán)境設備的控制。根據誰(shuí)被監控系統工作站的設置和傳感器實(shí)時(shí)采集數據對環(huán)境設備如通風(fēng)機、排水泵等進(jìn)行智能控制。

2.3 監控系統作用

育德路地下綜合管廊環(huán)境與設備監控系統通過(guò)貴系統運行過(guò)程中的環(huán)境、設備和運行管理進(jìn)行監控，實(shí)現系統運行中的危險預警和安全管理，其主要作用體現在：

(1)通過(guò)現場(chǎng)監控站（PLC)和智能傳感器對管廊溫度、濕度、水位等環(huán)境要素實(shí)時(shí)監控，實(shí)現危險源管理、辨識、評估和控制，從而消除環(huán)境的不安全因素。

(2)通過(guò)現場(chǎng)監控站（PLC)和智能傳感器對照明設備、排水設備、通風(fēng)設備、風(fēng)機房高低壓配電設備、防入侵設備等進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)感知、報警聯(lián)動(dòng)、遠程控制和指揮調度，使之始終處于安全狀態(tài)。

3 系統硬件設計

育德路地下綜合管廊包含三個(gè)管艙，分別為電力艙、天然氣艙、熱力艙 .在育德路 1 # ?8#風(fēng)機房設有環(huán)境監控現場(chǎng)控制單元（P L C )、風(fēng)機控制箱和照明配電箱，風(fēng)機房?jì)葘H 4、H2S參數進(jìn)行監測。綜合管廊內對各艙O2、溫度、濕度參數進(jìn)行監測，燃氣艙增加對CH 4參數的監測。系統具備可擴展性，可對管廊內各管線(xiàn)專(zhuān)業(yè)監控系統的數據進(jìn)行采集，必要時(shí)可對管線(xiàn)配套執行機構進(jìn)行控制。系統功能關(guān)系（見(jiàn)圖2)。

環(huán)境與設備監控系統工作站位于1#分控中心。環(huán)境監控系統工作站和現場(chǎng)控制單元（PLC )通過(guò)以工業(yè)交換機以太網(wǎng)進(jìn)行數據交互來(lái)實(shí)現對風(fēng)機房的環(huán)境及設備進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，此外，環(huán)境監控系統工作站用于顯示風(fēng)機房?jì)痊F場(chǎng)控制單元(PLC)實(shí)時(shí)數據，并將數據報表打印及傳輸到上級設備監控工作總站和服務(wù)器。在育德路地下綜合管廊的每個(gè)風(fēng)機房配有環(huán)控系統現場(chǎng)控 ，現場(chǎng)控制單元由網(wǎng)絡(luò )交換機和現場(chǎng)PLC工作站。.現場(chǎng)PLC工作站設置在 1 #?8#風(fēng)機房?jì)?，每個(gè)風(fēng)機房的現場(chǎng)控制單元接400m左右范圍內的環(huán)境監測儀表，并能夠管理控制該區域內的電氣設備。 PLC工作站能采集CH4、H 2S、O2、溫度、濕度、水位等傳感 器的實(shí)時(shí)監測數據，并能夠通過(guò)風(fēng)機控制箱、水泵控制箱、照明配電箱對相應的設備進(jìn)行控制，其功能關(guān)系（見(jiàn)圖3）。

現場(chǎng)控制單元（PLC)是用于自動(dòng)控制、參數采集和網(wǎng)絡(luò )連接的PLC系統，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?？刂普緦?shí)現的主要功能包括：（1)檢測水泵和風(fēng)機的狀態(tài)及設備狀況；（2)根據防火區內的氧氣及溫濕度實(shí)時(shí)檢實(shí)現對各風(fēng)機的 控制，并檢測風(fēng)機的工作狀態(tài)；（3)根據集水坑的液位實(shí)現對水泵的控制；（4 )實(shí)時(shí)監測各防火分區內的氧氣、溫濕度、甲烷、硫化氫、液位等參數；（5)現場(chǎng)可控設備除了可由操作人員通過(guò)就地箱控制外，也可交給PLC進(jìn)行自動(dòng)控制，操作端作為現場(chǎng)人機接口，操作人員通過(guò)對操作面板上的操作，由PLC可完成各相關(guān)設備的控制及相關(guān)參數修改設定。

遠程I/O站主要監控相鄰三段防火分區內的設備及儀表。主要設備是用于參數集采和網(wǎng)絡(luò )連接的接統，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(fēng)機等的工作狀態(tài)及設備狀況，實(shí)時(shí)監測各防火分區內的氧氣、溫濕度、硫化氫、甲烷、液位等參數。

4 系統軟件設計

育德路地下綜合管廊環(huán)境與設備監控系統軟件設計采用Linux2.6.1.2內核，軟件平臺由環(huán)境設備監控、壓縮編碼、打包封裝、無(wú)線(xiàn)傳輸等構成。本系統在Windows平臺下開(kāi)發(fā)了客戶(hù)端應用程序，遠程用戶(hù)可以通過(guò)應用程序登錄系統中心服務(wù)平臺訪(fǎng)問(wèn)系統數據。

該軟件具有可擴展性，可以通過(guò)增加現地控制單元（PLC)和總線(xiàn)型I/O模塊單元數量來(lái)將系統容量擴展到企業(yè)級，并且擴展系統容量并不會(huì )影響到現有在運行的服務(wù)和功能。軟件平臺采用了中央集中化的架構，所有相關(guān)配置數據都將被存儲在設備監控系統工作站，其他的所有服務(wù)和應用，如市政外部英特網(wǎng)接入和客戶(hù)端都將從中心數據服務(wù)器上讀取相應的配置數據。

5 安科瑞智慧城市地下綜合管廊產(chǎn)品選型方案

5.1 管廊電力監控系統（10/0.4kV地面變電所）

5.2 管廊設備監控系統（0.4kV動(dòng)力箱/動(dòng)力柜）

六 結束語(yǔ)

本文設計的六盤(pán)水市育德路地下綜合管廊環(huán)境與設備監控系統實(shí)現了對管廊運行中的環(huán)境參數、設備運行狀態(tài)和遠程控制的智能化綜合管理；同時(shí)對系統進(jìn)行了硬件和軟件設計，為城市地下綜合管廊環(huán)境和設備監控系統設計提供了參考。

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