浅谈城市地下综合管廊监控系统的设计思路

时间：2022-05-17

摘要：针对城市地下综合管廊环境与监控系统建设经验不足的现状，为了满足管廊环境风险管理的需要，设计了六盘水市育德路地下综合管廊监控系统。针对易引起重大安全事故的特征风险因素，搭建了由系统工作站和数据传输模块构成的系统硬件系统，并设计了由环境设备监控、压缩编码、打包封装和无线模块构成的软件系统平台，构建了集环境监测、照明控制和设备监控数据为一体的连续在线的环境风险源实时监控系统.

关键词：地下综合管廊；环境与设备监控；硬件设计；软件设计

1 项目概况

六盘水市育德路地下综合管廊工程南起育德路（k2+660) ,北到天湖路（k5+600),全长约3000 m。育德路综合管廊分为三舱：电力舱宽度2m ,热力水信舱宽度6.4m ,天然气舱宽度1.4m,各舱结构净高2.9m 。环境与设备监控系统主机设备放置在1#分控中心，各区域控制设备放置在1 # ~8#风机房内，各风机房内的区域控制设备负责本风机房和邻近管廊（约400 m 范围内）的设备供电、通讯、控制等功能。由于育德路地下综合管廊因其所收容的管线种类较多，部分管道具有较大危险性，在使用过程中易导致触电、有毒有害或爆炸性气体泄漏等状况，进一步威胁管廊正常的运行使用。因此,在育德路地下综合管廊中设置欢迎与设备监控系统对预防事故发生具有重大意义。

2 地下综合管廊监控系统组成及特点

2.1 系统组成

育德路地下综合管廊环境与设备监控系统由环境监测、照明控制、设备控制和扩展接口 4 个子系统构成，其中环境监测子系统包含甲烷监控、硫化氢监控、氧气监控、温度监控、湿度监控和水位监控单元构成；设备控制子系统由通风设备监控、排水泵单元和电气设备监控单元构成(见图1)。系统功能依靠设备监控系统工作站、工业以太网通信模块、现场控制单元（PLC)、智能传感器、现场设备仪表和现场设备反馈开关装置等设备模块来实现。

2.2系统特点

育德路地下综合管廊环境与设备监控系统能够实现对管廊内环境参数和设备运行状况的实时监控，其系统有以下特点：

(1)通过数据采集系统及实施数据库对各个系统数据进行采集和保存，以采集整理后的数据信息为基础，实时监测管廊运营现场状况，实现通风、人机、工作面等安全运行模型；同时整合各类数据为各级管理、技术、监控人员、单位提供分析、决策的支持，主要包括综合监测、运营调度、安全管理、数据分析等功能。

(2)实现综合管廊监控系统统一的权限管理。开发统一的权限管理模块，包含角色划分、权限分配等功能。通过设备监控系统工作站系统，不同的人员就有不同的配置和权限，根据他们的权限进入系统的功能界面也不一样.

(3) 进行监控数据采集、归类和长期存储，对管廊运行过程中涉及到的环境参数、设备故障等数据进行采集、归类和长期存储，实现实时预警及报警、基础参数数据的录入、系统数据在线监视集成等功能。

(4) 环境设备的控制。根据谁被监控系统工作站的设置和传感器实时采集数据对环境设备如通风机、排水泵等进行智能控制。

2.3 监控系统作用

育德路地下综合管廊环境与设备监控系统通过贵系统运行过程中的环境、设备和运行管理进行监控，实现系统运行中的危险预警和安全管理，其主要作用体现在：

(1)通过现场监控站（PLC)和智能传感器对管廊温度、湿度、水位等环境要素实时监控，实现危险源管理、辨识、评估和控制，从而消除环境的不安全因素。

(2)通过现场监控站（PLC)和智能传感器对照明设备、排水设备、通风设备、风机房高低压配电设备、防入侵设备等进行实时在线感知、报警联动、远程控制和指挥调度，使之始终处于安全状态。

3 系统硬件设计

育德路地下综合管廊包含三个管舱，分别为电力舱、天然气舱、热力舱 .在育德路 1 # 〜8#风机房设有环境监控现场控制单元（P L C )、风机控制箱和照明配电箱，风机房内对CH 4、H2S参数进行监测。综合管廊内对各舱O2、温度、湿度参数进行监测，燃气舱增加对CH 4参数的监测。系统具备可扩展性，可对管廊内各管线专业监控系统的数据进行采集，必要时可对管线配套执行机构进行控制。系统功能关系（见图2)。

环境与设备监控系统工作站位于1#分控中心。环境监控系统工作站和现场控制单元（PLC )通过以工业交换机以太网进行数据交互来实现对风机房的环境及设备进行实时监控，此外，环境监控系统工作站用于显示风机房内现场控制单元(PLC)实时数据，并将数据报表打印及传输到上级设备监控工作总站和服务器。在育德路地下综合管廊的每个风机房配有环控系统现场控，现场控制单元由网络交换机和现场PLC工作站。.现场PLC工作站设置在 1 #〜8#风机房内，每个风机房的现场控制单元接400m左右范围内的环境监测仪表，并能够管理控制该区域内的电气设备。 PLC工作站能采集CH4、H 2S、O2、温度、湿度、水位等传感器的实时监测数据，并能够通过风机控制箱、水泵控制箱、照明配电箱对相应的设备进行控制，其功能关系（见图3）。

现场控制单元（PLC)是用于自动控制、参数采集和网络连接的PLC系统，包括CPU模块、电源模块、DI、DO、AI、AO模块和网络通信适配器等。控制站实现的主要功能包括：（1)检测水泵和风机的状态及设备状况；（2)根据防火区内的氧气及温湿度实时检实现对各风机的控制，并检测风机的工作状态；（3)根据集水坑的液位实现对水泵的控制；（4 )实时监测各防火分区内的氧气、温湿度、甲烷、硫化氢、液位等参数；（5)现场可控设备除了可由操作人员通过就地箱控制外，也可交给PLC进行自动控制，操作端作为现场人机接口，操作人员通过对操作面板上的操作，由PLC可完成各相关设备的控制及相关参数修改设定。

远程I/O站主要监控相邻三段防火分区内的设备及仪表。主要设备是用于参数集采和网络连接的接统，包括电源模块、DI、DO、AI、AO模块和网络通信适配器等。远程I/O主要检测水泵和风机等的工作状态及设备状况，实时监测各防火分区内的氧气、温湿度、硫化氢、甲烷、液位等参数。

4 系统软件设计

育德路地下综合管廊环境与设备监控系统软件设计采用Linux2.6.1.2内核，软件平台由环境设备监控、压缩编码、打包封装、无线传输等构成。本系统在Windows平台下开发了客户端应用程序，远程用户可以通过应用程序登录系统中心服务平台访问系统数据。

该软件具有可扩展性，可以通过增加现地控制单元（PLC)和总线型I/O模块单元数量来将系统容量扩展到企业级，并且扩展系统容量并不会影响到现有在运行的服务和功能。软件平台采用了*集中化的架构，所有相关配置数据都将被存储在设备监控系统工作站，其他的所有服务和应用，如**外部英特网接入和客户端都将从中心数据服务器上读取相应的配置数据。

5 安科瑞智慧城市地下综合管廊产品选型方案

5.1 管廊电力监控系统（10/0.4kV地面变电所）

5.2 管廊设备监控系统（0.4kV动力箱/动力柜）

六结束语

本文设计的六盘水市育德路地下综合管廊环境与设备监控系统实现了对管廊运行中的环境参数、设备运行状态和远程控制的智能化综合管理；同时对系统进行了硬件和软件设计，为城市地下综合管廊环境和设备监控系统设计提供了参考。

参考文献：

[1] 蔡贤卿，朱玉明，王鹏.城市地下综合管廊智能监控平台研究[J] •城市住宅，2017,24(3):27 -31.

[2] 田飞.实例分析城市地下综合管廊弱电系统的组成及设计[J] •冶金丛刊，2016(8):208.

[3] 杨坦，刘雪莉，卫黎阳，王兰静，汪洋六盘水市育德路地下综合管廊监控系统设计

[4] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2019.11版

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