淺談城市地下綜合管廊運維管理平臺的設計

 

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、廢物排棄的功能，是生存和發(fā)展的基礎設施，是確保社會經濟和城市建設健康、協(xié)調和可持續(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“維護和管理地下綜合管廊數據的智慧化管理平臺”。此平臺可提供、強大的數據錄入、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。

關鍵詞： 綜合管廊; 智慧化管理; 計算機技術

 

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、提高城市經濟發(fā)展的設施。相對于傳統(tǒng)的地下管線建設及管理工作，管廊運維存在多種管線入廊、設備種類繁多、地下環(huán)境及內部空間復雜、控制系統(tǒng)繁多等特點，這些都給管廊建設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。目前大多數管廊運管中心平臺建設，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)應用聯(lián)動，導致運管中心所需操作人員多、所需學習操作系統(tǒng)多，培訓成本高的同時系統(tǒng)應用調用繁瑣復雜。

因此，運維管理平臺的建設需要利用先進成熟的計算機技術、地理信息系統(tǒng)技術、定位技術、通訊技術，結合物聯(lián)網、大數據等技術，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)總體設計方案

管廊內風機、水泵、環(huán)境監(jiān)測傳感器、設備監(jiān)控傳感器等設備接入配控間的PLC 中，使用工業(yè)環(huán)網交換機組成數據環(huán)網，其中工業(yè)環(huán)網交換機與管廊內配控間PLC 相連，通過環(huán)網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設備中的數據，進行儲存和轉發(fā)給管廊監(jiān)控運維管理軟件平臺。其中，火災自動報警子系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)、防爆手機直接通過各自的專用網絡接入管廊監(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)架構圖 

 

2、管廊監(jiān)控運維管理軟件平臺

系統(tǒng)的設計與開發(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、BIM 技術、物聯(lián)網技術、數據庫技術等，實現(xiàn)項目基本信息與空間數據的結合，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)的設計框架基于三層體系結構,感知傳輸層、數據層、應用層。這種體系結構無論從平臺的角度還是從開發(fā)的方面，均是一個結構靈活、便于調整的應用體系。而對整個系統(tǒng)的業(yè)務邏輯和數據訪問、共享等通過組件層進行封裝，各個應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)架構圖

 

3、管廊控制中心硬件系統(tǒng)

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

 

圖3 功能架構圖

 

4、安科瑞產品在綜合管廊智能化監(jiān)控管理系統(tǒng)的應用

4.1火災報警系統(tǒng) 

火災報警系統(tǒng)在整個管廊智能化系統(tǒng)監(jiān)控中也具有重要性建設應用意義，要想保障整個系統(tǒng)應用的監(jiān)控管理能力提升，就應該在系統(tǒng)應用中，及時將系統(tǒng)應用內的火災警報監(jiān)督控制管理工作化?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)包括:火災自動報警系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)。 

電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)（管廊地下部分）產品選型

 

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

Acrel-6000/B1電氣火災監(jiān)控設備簡介

 

 

 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)組網

注：地下管廊使用的動力箱/柜符合管廊相關標準，防護等級達IP65 

 

防火門監(jiān)控系統(tǒng)（管廊地下部分）產品選型

  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，并具有數據存儲、查詢和報警信號控制輸出等功能，還具備對監(jiān)控模塊的遠程復位功能。

防火門監(jiān)控系統(tǒng)組網

 

 

4.2 環(huán)境及設備監(jiān)控系統(tǒng) 

在綜合管廊智能化建設管理中，為了將整體的智能化管廊建設工作開展性能提升，需要在管廊建設中，對其對應區(qū)域內的設備運行以及對應的環(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處理中的設備控制進行科學的系統(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)對應的環(huán)境及設備監(jiān)控共分為以下幾點：一是環(huán)境監(jiān)測設備；二是排水設備；三是通風設備；四是照明設備，只有將對應的環(huán)境監(jiān)測設備和監(jiān)控系統(tǒng)運行系統(tǒng)建設好，才能保障在系統(tǒng)的監(jiān)控運行中，將整個系統(tǒng)應用的監(jiān)督控制管理能力發(fā)揮出來。

針對排水設備、通風設備等監(jiān)測設備的運行狀態(tài)，可以配套使用安科瑞消防設備電源監(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、電流信息和開關狀態(tài)信息，以此實現(xiàn)對消防設備電源工作狀態(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據庫中，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

 

 

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，廊內風機、水泵、環(huán)境監(jiān)測傳感器、設備監(jiān)控傳感器等設備接入配控間的PLC 中，使用工業(yè)環(huán)網交換機組成數據環(huán)網，其中工業(yè)環(huán)網交換機與管廊內配控間PLC 相連，通過環(huán)網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設備中的數據，進行儲存和轉發(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，具有抗干擾能力強、工作穩(wěn)定可靠、數字化、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 等控制機組成網絡系統(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 等控制機組成網絡系統(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。可選配不同通訊模塊適應現(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、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、起動次數限制、運行時間報警、故障次數報警。 

u 10 路可編程 DI 輸入，默認采用內置 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、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 盤導出波形記錄與事件記錄數據，可使用 EXCEL 打開導出事件記錄文件。 

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、設置電機保護器相關數據. 

5、結束語

為保障城市地下綜合管廊安全、可靠運行，構建可以提高綜合管廊運營維護水平并能提升應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方案、運維管理平臺的軟件系統(tǒng)架構以及平臺的軟硬件的系統(tǒng)功能，平臺基于BIM 技術，結合計算機、三維可視化、通信等多種先進的技術手段，可開展高效、、合理、實用的綜合管廊信息化管理建設。  

參考文獻 

【1】金江軍. 郭英樓.智慧城市: 大數據、互聯(lián)網時代的城市治理( 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計

【3】安科瑞企業(yè)微電網設計及應用手冊.2020.06版 

【4】吳恩遠,周中. 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)設計與應用圖集  2012.8