淺談城市地下綜合管廊運維管理平臺的設(shè)計

 

摘要： 城市地下綜合管廊承擔著城市信息傳遞、能源輸送、排澇減災(zāi)、廢物排棄的功能，是生存和發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施，是確保社會經(jīng)濟和城市建設(shè)健康、協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展的重要保障。本就目前綜合管廊的管理和運維存在的問題，擬為某項目建設(shè)“維護和管理地下綜合管廊數(shù)據(jù)的智慧化管理平臺”。此平臺可提供、強大的數(shù)據(jù)錄入、編輯、管理、分析、維護的功能，方便管理人員及時掌握現(xiàn)狀，可為管理者提供全生命周期的運維手段。

關(guān)鍵詞： 綜合管廊; 智慧化管理; 計算機技術(shù)

 

0 、引言

綜合管廊工程是美化城市環(huán)境、節(jié)約土地資源、促進城市快速發(fā)展、提高城市經(jīng)濟發(fā)展的設(shè)施。相對于傳統(tǒng)的地下管線建設(shè)及管理工作，管廊運維存在多種管線入廊、設(shè)備種類繁多、地下環(huán)境及內(nèi)部空間復(fù)雜、控制系統(tǒng)繁多等特點，這些都給管廊建設(shè)及后期維護管理工作帶來運維成本高、管理工作分散、安全管理難度大等問題。目前大多數(shù)管廊運管中心平臺建設(shè)，基本都能完成多系統(tǒng)的接入，其中包括環(huán)境、消防、視頻、對講、巡查等，但是各個系統(tǒng)獨立，未能實現(xiàn)應(yīng)用聯(lián)動，導(dǎo)致運管中心所需操作人員多、所需學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)多，培訓(xùn)成本高的同時系統(tǒng)應(yīng)用調(diào)用繁瑣復(fù)雜。

因此，運維管理平臺的建設(shè)需要利用先進成熟的計算機技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)、定位技術(shù)、通訊技術(shù)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，對綜合管廊的進行的智慧化管理，實現(xiàn)對綜合管廊的實時監(jiān)控、動態(tài)管理，為綜合管廊運維工作提供完整、準確的信息支撐。

 

1、系統(tǒng)總體設(shè)計方案

管廊內(nèi)風機、水泵、環(huán)境監(jiān)測傳感器、設(shè)備監(jiān)控傳感器等設(shè)備接入配控間的PLC 中，使用工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機組成數(shù)據(jù)環(huán)網(wǎng)，其中工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機與管廊內(nèi)配控間PLC 相連，通過環(huán)網(wǎng)接入到主控室核心交換機，與上位機進行通訊，用于采集配控間PLC設(shè)備中的數(shù)據(jù)，進行儲存和轉(zhuǎn)發(fā)給管廊監(jiān)控運維管理軟件平臺。其中，火災(zāi)自動報警子系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)、防爆手機直接通過各自的專用網(wǎng)絡(luò)接入管廊監(jiān)控運維管理軟件平臺，所有系統(tǒng)由平臺進行監(jiān)測、控制、分析和管理。系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

 

圖1 方案系統(tǒng)架構(gòu)圖 

 

2、管廊監(jiān)控運維管理軟件平臺

系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)都要從整體和系統(tǒng)的角度考慮其角色和作用，地利用三維引擎技術(shù)、BIM 技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等，實現(xiàn)項目基本信息與空間數(shù)據(jù)的結(jié)合，建成信息共享、集成的、綜合的管廊管理信息化作業(yè)管理平臺。系統(tǒng)的設(shè)計框架基于三層體系結(jié)構(gòu),感知傳輸層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層。這種體系結(jié)構(gòu)無論從平臺的角度還是從開發(fā)的方面，均是一個結(jié)構(gòu)靈活、便于調(diào)整的應(yīng)用體系。而對整個系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)訪問、共享等通過組件層進行封裝，各個應(yīng)用可以基于組件迅速搭建。系統(tǒng)框架見圖2。

 

 

圖2 軟件系統(tǒng)架構(gòu)圖

 

3、管廊控制中心硬件系統(tǒng)

綜合管廊管理系統(tǒng)以數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和SCADA 系統(tǒng)為基礎(chǔ)進行建設(shè)，SCADA 系統(tǒng)是管理系統(tǒng)的前端，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為后臺為分析管理提供數(shù)據(jù)支撐。管理系統(tǒng)將各地分散的數(shù)據(jù)集中匯總，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、存儲、展示、報警預(yù)警、智能聯(lián)動等綜合監(jiān)控和運營維護功能。系統(tǒng)功能架構(gòu)見圖3。

 

圖3 功能架構(gòu)圖

 

4、安科瑞產(chǎn)品在綜合管廊智能化監(jiān)控管理系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1火災(zāi)報警系統(tǒng) 

火災(zāi)報警系統(tǒng)在整個管廊智能化系統(tǒng)監(jiān)控中也具有重要性建設(shè)應(yīng)用意義，要想保障整個系統(tǒng)應(yīng)用的監(jiān)控管理能力提升，就應(yīng)該在系統(tǒng)應(yīng)用中，及時將系統(tǒng)應(yīng)用內(nèi)的火災(zāi)警報監(jiān)督控制管理工作化?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)包括:火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。 

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)（管廊地下部分）產(chǎn)品選型

 

Acrel-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由Acrel-6000系列監(jiān)控設(shè)備、ARCM200BL、ARCM200L系列監(jiān)控探測器和配套附件組成。系統(tǒng)各設(shè)備之間均采用RS485總線進行連接，施工布線簡單方便。

Acrel-6000/B1電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備簡介

 

 

 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)

注：地下管廊使用的動力箱/柜符合管廊相關(guān)標準，防護等級達IP65 

 

防火門監(jiān)控系統(tǒng)（管廊地下部分）產(chǎn)品選型

  AFRD100/B防火門監(jiān)控器能夠通過二總線與多個防火門監(jiān)控模塊相連，構(gòu)成集散式防火門監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控器能實時接收處理各路監(jiān)控設(shè)備發(fā)送的斷路、短路、故障信號，同時在液晶屏幕上顯示，當斷路、短路及通訊故障發(fā)生時，監(jiān)控器能發(fā)出聲光故障信號，在屏幕上顯示故障位置及故障類型，并具有數(shù)據(jù)存儲、查詢和報警信號控制輸出等功能，還具備對監(jiān)控模塊的遠程復(fù)位功能。

防火門監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)

 

 

4.2 環(huán)境及設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng) 

在綜合管廊智能化建設(shè)管理中，為了將整體的智能化管廊建設(shè)工作開展性能提升，需要在管廊建設(shè)中，對其對應(yīng)區(qū)域內(nèi)的設(shè)備運行以及對應(yīng)的環(huán)境監(jiān)測工作開展進行分析，并且在分析中，按照具體的管廊建設(shè)處理中的設(shè)備控制進行科學(xué)的系統(tǒng)監(jiān)控規(guī)劃。該部分環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的實施中，系統(tǒng)對應(yīng)的環(huán)境及設(shè)備監(jiān)控共分為以下幾點：一是環(huán)境監(jiān)測設(shè)備；二是排水設(shè)備；三是通風設(shè)備；四是照明設(shè)備，只有將對應(yīng)的環(huán)境監(jiān)測設(shè)備和監(jiān)控系統(tǒng)運行系統(tǒng)建設(shè)好，才能保障在系統(tǒng)的監(jiān)控運行中，將整個系統(tǒng)應(yīng)用的監(jiān)督控制管理能力發(fā)揮出來。

針對排水設(shè)備、通風設(shè)備等監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)，可以配套使用安科瑞消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)及傳感器。選型如下：

消防電源監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)的監(jiān)控功能：

1. 監(jiān)控器通過接收多臺傳感器的電壓、電流信息和開關(guān)狀態(tài)信息，以此實現(xiàn)對消防設(shè)備電源工作狀態(tài)的實時監(jiān)視；

2. 當被監(jiān)測回路報警時，可控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護電路或其他設(shè)備，當故障消除后，控制輸出繼電器釋放；

3. 系統(tǒng)故障報警：程序不能正常運行時，監(jiān)控設(shè)備發(fā)出聲光報警信號，同時面板上的“系統(tǒng)”故障指示燈亮；

4. 當發(fā)生過壓、欠壓、錯相、過流故障報警或通訊、電源故障時，系統(tǒng)將故障報警部位、故障信息、故障報警時間等信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，當故障報警解除、排除故障時，同樣予以記錄。

消防電源監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)

 

 

4.3 管廊風機、水泵等穩(wěn)定運行-電動機保護器 

管廊運行時，廊內(nèi)風機、水泵、環(huán)境監(jiān)測傳感器、設(shè)備監(jiān)控傳感器等設(shè)備接入配控間的PLC 中，使用工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機組成數(shù)據(jù)環(huán)網(wǎng)，其中工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機與管廊內(nèi)配控間PLC 相連，通過環(huán)網(wǎng)接入到主控室核心交換機，與上位機進行通訊，用于采集配控間PLC設(shè)備中的數(shù)據(jù)，進行儲存和轉(zhuǎn)發(fā)給管廊監(jiān)控運維管理軟件平臺。

其中風機、水泵的運行監(jiān)控可加裝安科瑞電動機保護器，以下為產(chǎn)品選型方案：

			以滿足多種控制方式

ALP300 保護器，采用新的單片機技術(shù)，具有抗干擾能力強、工作穩(wěn)定可靠、數(shù)字化、智能化等特點。保護器能對電動機運行過程中出現(xiàn)的起動超時、過壓、欠壓、過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、阻塞、短路、外部故障等多種情況進行保護，現(xiàn)場維護人員可通過數(shù)碼管顯示屏快速查找故障原因。本保護器具有 RS485 遠程通訊接口，DC4～20mA 模擬量輸出，方便與 PLC、PC 等控制機組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)電動機運行的遠程監(jiān)控。

 

ARD2F 系列智能電動機保護器（以下簡稱保護器）能對電動機運行過程中出現(xiàn)的多種故障情況進行保護，并設(shè)有 SOE 故障事件記錄功能，方便現(xiàn)場維護人員查找故障原因。本保護器具有 RS485 遠程通訊接口，DC4～20mA 模擬量 輸出，方便與 PLC、PC 等控制機組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。實現(xiàn)電動機運行的遠程監(jiān)控。

 

 

 

ARD3M 智能電動機保護器（以下簡稱保護器）適用于額定電壓至 660V 的低壓電動機回路，集保護、測量、控制、通訊、運維于一體。其完善的保護功能確保電動機安全運行，帶有邏輯可編程功能，可以滿足多種控制方式?？蛇x配不同通訊模塊適應(yīng)現(xiàn)場通訊需求。 

   

功能特點：

u 輔助電源類型可選，AC220V 電源模塊支持電源范圍 AC85-265V/DC100-300V，AC380V 電源模塊支持電源范圍 AC/DC100-415V。 

u 支持基波和全波電力參數(shù)測量（U、I、P、Q、S、PF、F、EP、EQ），電壓及電流不平衡度，電壓、電流正序、負序、零序分量，三相電壓相角，剩余電流，電壓、電流 2-63 次分次諧波測量，分次諧波含有率及總諧波畸變率。 

u 保護功能包括過載反時限、過載定時限、接地、起動超時、漏電、欠載、斷相、堵轉(zhuǎn)、阻塞、短路、溢出、不平衡(電流、電壓)、過功率、欠功率、過壓、欠壓、相序、溫度、tE時間、外部故障、起動次數(shù)限制、運行時間報警、故障次數(shù)報警。 

u 10 路可編程 DI 輸入，默認采用內(nèi)置 DC24V 電源，也可選擇外部有源濕接點（詳見選型表格）。 

u 6 路可編程 DO 輸出，滿足直接起動，星—三角起動，自耦變壓器起動，等多種起動方式，可通過通訊總線實現(xiàn)主站對電動機的“起/停”。 

u 可選抗晃電功能：支持晃電立即再啟動、失壓重起動。 

u 標配 2 路 MODBUS_RTU 通訊，有 PROFIBUS DPV1、以太網(wǎng)、PROFINET 通訊模塊供選配。 

u 可選配 2 路 DC4-20mA 模擬量輸出接口，與 DCS 系統(tǒng)相接，可實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控。 

u 具有故障記錄、起動記錄、停車記錄、DI 變位記錄和再起動記錄等各類事件記錄，可查看多項電機運維信息，同時可記錄電機運行 1-5 小時運行記錄。 

u 顯示界面支持中/英文液晶顯示。 

u 支持 U 盤導(dǎo)出波形記錄與事件記錄數(shù)據(jù)，可使用 EXCEL 打開導(dǎo)出事件記錄文件。 

u 選配彩色液晶顯示時可加配 WIFI 功能，通過手機或電腦連接該 WIFI 查看、設(shè)置電機保護器相關(guān)數(shù)據(jù). 

5、結(jié)束語

為保障城市地下綜合管廊安全、可靠運行，構(gòu)建可以提高綜合管廊運營維護水平并能提升應(yīng)急處理能力的智慧化管理平臺十分必要。本文主要介紹了管廊監(jiān)控運維管理平臺的總體技術(shù)方案、運維管理平臺的軟件系統(tǒng)架構(gòu)以及平臺的軟硬件的系統(tǒng)功能，平臺基于BIM 技術(shù)，結(jié)合計算機、三維可視化、通信等多種先進的技術(shù)手段，可開展高效、、合理、實用的綜合管廊信息化管理建設(shè)。  

參考文獻 

【1】金江軍. 郭英樓.智慧城市: 大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)時代的城市治理( 第4 版) ［M］ 

【2】任國華. 姜川.淺談某項目綜合管廊運維管理平臺的設(shè)計

【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計及應(yīng)用手冊.2020.06版 

【4】吳恩遠,周中. 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用圖集  2012.8