淺談城市地下綜合管廊監控系統的設計思路

更新時間：2021-12-07瀏覽：1982次

摘要：針對城市地下綜合管廊環境與監控系統建設經驗不足的現狀，為了滿足管廊環境風險管理的需要，設計了六盤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，并設計了由環境設備監控、壓縮編碼、打包封裝和無線模塊構成的軟件系統平臺，構建了集環境監測、照明控制和設備監控數據為一體的連續在線的環境風險源實時監控系統.

關鍵詞：地下綜合管廊；環境與設備監控；硬件設計；軟件設計

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,各艙結構凈高2.9m 。環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#風機房內，各風機房內的區域控制設備負責本風機房和鄰近管廊（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zha性氣體泄漏等狀況，進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生具有重大意義。

2 地下綜合管廊監控系統組成及特點

2.1 系統組成

育德路地下綜合管廊環境與設備監控系統由環境監測、照明控制、設備控制和擴展接口 4 個子系統構成，其中環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設備監控、排水泵單元和電氣設備監控單元構成(見圖1)。系統功能依靠設備監控系統工作站、工業以太網通信模塊、現場控制單元（PLC)、智能傳感器、現場設備儀表和現場設備反饋開關裝置等設備模塊來實現。

2.2系統特點

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

(1)通過數據采集系統及實施數據庫對各個系統數據進行采集和保存，以采集整理后的數據信息為基礎，實時監測管廊運營現場狀況，實現通風、人機、工作面等安全運行模型；同時整合各類數據為各級管理、技術、監控人員、單位提供分析、決策的支持，主要包括綜合監測、運營調度、安全管理、數據分析等功能。

(2)實現綜合管廊監控系統統一的權限管理。開發統一的權限管理模塊，包含角色劃分、權限分配等功能。通過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，根據他們的權限進入系統的功能界面也不一樣.

(3) 進行監控數據采集、歸類和長期存儲，對管廊運行過程中涉及到的環境參數、設備故障等數據進行采集、歸類和長期存儲，實現實時預警及報警、基礎參數數據的錄入、系統數據在線監視集成等功能。

(4) 環境設備的控制。根據誰被監控系統工作站的設置和傳感器實時采集數據對環境設備如通風機、排水泵等進行智能控制。

2.3 監控系統作用

育德路地下綜合管廊環境與設備監控系統通過貴系統運行過程中的環境、設備和運行管理進行監控，實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)通過現場監控站（PLC)和智能傳感器對管廊溫度、濕度、水位等環境要素實時監控，實現危險源管理、辨識、評估和控制，從而消除環境的不安全因素。

(2)通過現場監控站（PLC)和智能傳感器對照明設備、排水設備、通風設備、風機房高低壓配電設備、防入侵設備等進行實時在線感知、報警聯動、遠程控制和指揮調度，使之始終處于安全狀態。

3 系統硬件設計

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#風機房設有環境監控現場控制單元（P L C )、風機控制箱和照明配電箱，風機房內對CH 4、H2S參數進行監測。綜合管廊內對各艙O2、溫度、濕度參數進行監測，燃氣艙增加對CH 4參數的監測。系統具備可擴展性，可對管廊內各管線專業監控系統的數據進行采集，必要時可對管線配套執行機構進行控制。系統功能關系（見圖2)。

環境與設備監控系統工作站位于1#分控中心。環境監控系統工作站和現場控制單元（PLC )通過以工業交換機以太網進行數據交互來實現對風機房的環境及設備進行實時監控，此外，環境監控系統工作站用于顯示風機房內現場控制單元(PLC)實時數據，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器。在育德路地下綜合管廊的每個風機房配有環控系統現場控，現場控制單元由網絡交換機和現場PLC工作站。.現場PLC工作站設置在 1 #?8#風機房內，每個風機房的現場控制單元接400m左右范圍內的環境監測儀表，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、水位等傳感器的實時監測數據，并能夠通過風機控制箱、水泵控制箱、照明配電箱對相應的設備進行控制，其功能關系（見圖3）。

現場控制單元（PLC)是用于自動控制、參數采集和網絡連接的PLC系統，包括CPU模塊、電源模塊、DI、DO、AI、AO模塊和網絡通信適配器等。控制站實現的主要功能包括：（1)檢測水泵和風機的狀態及設備狀況；（2)根據防火區內的氧氣及溫濕度實時檢實現對各風機的控制，并檢測風機的工作狀態；（3)根據集水坑的液位實現對水泵的控制；（4 )實時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)現場可控設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可完成各相關設備的控制及相關參數修改設定。

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絡連接的接統，包括電源模塊、DI、DO、AI、AO模塊和網絡通信適配器等。遠程I/O主要檢測水泵和風機等的工作狀態及設備狀況，實時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，軟件平臺由環境設備監控、壓縮編碼、打包封裝、無線傳輸等構成。本系統在Windows平臺下開發了客戶端應用程序，遠程用戶可以通過應用程序登錄系統中心服務平臺訪問系統數據。

該軟件具有可擴展性，可以通過增加現地控制單元（PLC)和總線型I/O模塊單元數量來將系統容量擴展到企業級，并且擴展系統容量并不會影響到現有在運行的服務和功能。軟件平臺采用了中央集中化的架構，所有相關配置數據都將被存儲在設備監控系統工作站，其他的所有服務和應用，如市政外部英特網接入和客戶端都將從中心數據服務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品選型方案

5.1 管廊電力監控系統（10/0.4kV地面變電所）