韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：為解決綜合管廊內設備監控、通信、報警等多個(gè)功能系統兼容性差，人廊單位交叉作業(yè)安全風(fēng)險高和運維管理工作復雜等問(wèn)題，設計了一種智能化綜合管廊監控管理系統，并從總體設計、硬件系統設計和軟件平臺設計3個(gè)方面詳細地介紹了該系統的結構和功能。該系統實(shí)現了綜合管廊的環(huán)境與設備監控、安全防范通信和定位、運維管理等功能、具有集成化、管理精細化的優(yōu)點(diǎn)，滿(mǎn)足了綜合管廊運維管理工作的安全性、便利性以及智能化要求，從而助力綜合管廊運維管理工作更加高效。

關(guān)鍵詞：綜合管廊；智能監控系統；硬件系統；軟件平臺

 

    目前，我國雖已有3項國家標準闡述了綜合管廊監控系統的基本組成內容、需要實(shí)現的具體功能和性能指標，但就其智能化管理尚沒(méi)有具體規定。筆者設計的綜合管廊智能監控系統在滿(mǎn)足上述國家標準的基礎上，綜合運用BIM、GIS、大數據等先進(jìn)技術(shù)，通過(guò)對管廊內環(huán)境與設備狀態(tài)的主動(dòng)感知、異常問(wèn)題的動(dòng)處理和運營(yíng)情況的智能分析，實(shí)現了對綜合管廊的智能化管理。

 

1.1系統組成

     綜合管廊智能監控系統總體架構由中央層、控制層、設備層3級組成。其中：中央層設置在監控中心，硬件由各類(lèi)型數據機柜和監控終端組成，包括監控系統機柜，安防系統機柜、通信系統機柜、數據管理機柜、UPS機柜、各類(lèi)型工作站和監控大屏等；軟件由各類(lèi)型業(yè)務(wù)軟件組成，包括統一管理平臺軟件、數據庫軟件、工控系統軟件、通信系統軟件、BIM軟件、手持終端APP等。2)控制層為設置在管廊現場(chǎng)內每個(gè)防火分區設備間的區域控制單元(ACU),機柜內主要設備包括交換機、PLC、UPS、NVR、中間繼電器，斷路器等.)設備層為安裝在管廊廊體內的各類(lèi)型傳感器和前端設備，包括氣體傳感器（〇2、H2S、CH4、溫??度）、液位傳感器、煙霧傳感器、紅外探測器、攝像機、無(wú)線(xiàn)AP、設備控制箱（風(fēng)機、水泵、照明等）門(mén)禁、巡更點(diǎn)等。系統架構如圖1所示。

圖一系統架構

1.2系統總體功能

    管廊監控系統從功能上可劃分為環(huán)境與設備狀態(tài)監控、安防視頻監控、人侵與門(mén)禁監控、火災自動(dòng)報警、無(wú)線(xiàn)與固定語(yǔ)音通信、電子巡更、人員定位、機器人自動(dòng)巡檢等部分。該系統通過(guò)統一管理平臺對所有功能模塊進(jìn)行集成，具有監視監測及控制、報警管理、數據采集存儲等功能，并能夠通過(guò)大數據技術(shù)對監測數據進(jìn)行趨勢分析；同時(shí)具有應急方案預設、廊管線(xiàn)數據管理、系統維護和診斷，以及基于GIS和BIM技術(shù)的運維管理功能，能夠實(shí)現對數據來(lái)源的實(shí)時(shí)定位和3D瀏覽。系統功能如圖2所示。

 

 圖2 系統功能示意圖

 

2.1監控中心硬件系統

     系統中央層設置在監控中心，為管廊提供設備監控、檢修和運維辦公等配套服務(wù)。中央層硬件系統需滿(mǎn)足統一管理平臺軟件及各子系統后臺軟件的運行環(huán)境要求。

     1）前端設備

     一般由安防工作站、監控工作站、管理工作站和顯示大屏組等組成。

    2）后端設備

   一般由各類(lèi)機柜組成，包括：

  ①監控系統機柜：主要由統一管理平臺服務(wù)器環(huán)境與設備監控服務(wù)器、環(huán)境與設備監控服務(wù)器、核心交換機、匯聚交換機和硬件防火墻等組成；

  ②安防系統機柜：主要由安防服務(wù)器、務(wù)器、匯聚交換機、網(wǎng)絡(luò )硬盤(pán)錄像機(NVR)等組成；

  ③通信系統機柜：主要有通信服務(wù)器、無(wú)線(xiàn)控制器、數字程控交換機組成；

  ④數據管理機柜：主要由數據庫服務(wù)器、列、KVM切換器、機架式一體化鍵盤(pán)顯示器等組成；

  ⑤UPS柜機：主要滿(mǎn)足中心硬件設備用電的UPS主機和60min應急時(shí)間儲備的蓄電池組成。

2.2區域控制單元（ACU)

    ACU是為滿(mǎn)足綜合管廊內眾多檢測數據集中管控、傳輸的需求而設置的區域控制模塊，它集信號采集、本地控制、數據交換、遠程聯(lián)網(wǎng)等功能于一體。ACU內設有PLC控制器，通過(guò)數字量/模擬量輸入、現場(chǎng)總線(xiàn)的方式采集氣體濃度、溫度、人侵防范、液位等監測信息，根據設定的條件控制通風(fēng)機、排水泵、照明、電控井蓋、門(mén)禁、光報警器等設備的運行。ACU的網(wǎng)絡(luò )通道由安防交換機和監控交換機組成，分別接人攝像機、無(wú)線(xiàn)AP、門(mén)禁和PLC控制器等設備，再分別通過(guò)環(huán)網(wǎng)光纖上傳至監控中心。ACU機柜以及管轄范圍內的監控設備，通過(guò)各類(lèi)斷路器、開(kāi)關(guān)接到機柜內的UPS輸出端,UPS外接配電柜。

2.3前端設備與傳感器

    系統前端設備層主要由環(huán)境與設備監控系統、安防系統、通信系統等現場(chǎng)儀表與設備箱組成，包括：

    1）環(huán)境與設備監控系統:包括氧氣濃度檢測儀、溫濕度檢測儀、硫化氫檢測儀、甲烷檢測儀、液位計、風(fēng)機控制箱、水泵控制箱、照明控制箱和電控井蓋控制箱等。

   2）安防系統：包括攝像機、門(mén)禁控制器、紅外探測器、電子巡更點(diǎn)等。

   3）通信系統：包括光纖電話(huà)主機、副機、無(wú)線(xiàn)AP和VOIP手持終端等。

 

3.1軟件平臺架構

    綜合管廊健康系統統一管理平臺軟件，應用SOA架構開(kāi)發(fā)，充分整合各業(yè)務(wù)系統與其他系統之間的業(yè)務(wù)接口，在傳統3層架構基礎上運用Webservice的SOAP和REST進(jìn)行系統數據通道建構，實(shí)現了多層服務(wù)模式。軟件通過(guò)GIS地圖和BIM建模技術(shù)，實(shí)現監控數據與位置信息的實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)，以及管廊內的3D同時(shí)，系統應用大數據技術(shù)對管廊業(yè)務(wù)的相關(guān)結構化、半結構化和非結構化數據進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和分類(lèi)存儲，再通過(guò)數據挖掘算法，生成管廊運維管理工作所需的各類(lèi)數據圖、表，為管理單位提供運維管理的分析決策依據，從而通過(guò)統一管理平臺整體提升運維管理工作的質(zhì)量和效率。平臺架構圖如圖3所示

 

 圖3軟件平臺架構

3.2數據采購與通信方式

3.2.1數據采集

    1）監測數據：包括溫??度、氧氣、甲烷、硫化氫、液位等傳感器的環(huán)境監測信息；風(fēng)機、水栗、照明、電控井蓋等設備的運行狀態(tài)；固定電話(huà)、無(wú)線(xiàn)AP、V01P手持終端等通信設備的數據信息；門(mén)禁、紅外對射、攝像機等安防設備的監控信息等。

   2）報警數據：包括監控設備的故障報警信息環(huán)境傳感器的超限報警信息和安防設備的監控報警信息等。

3）系統數據：包括業(yè)務(wù)管理模塊的用戶(hù)信息運營(yíng)服務(wù)模塊的客戶(hù)信息和應急指揮模塊的資源信息等。

3.2.2通信方式

1）現場(chǎng)設備：管廊內的各類(lèi)型監控數據，通過(guò)數字量、模擬量、現場(chǎng)總線(xiàn)或網(wǎng)絡(luò )通信的方式匯聚到ACU。一部分數據進(jìn)入到PLC進(jìn)行預處理，在統一通過(guò)ModbusTCP協(xié)議或者OPC協(xié)議，上傳給監控中心的監控系統機柜；另一部分數據使用專(zhuān)用協(xié)議或私有協(xié)議，直接通過(guò)ACU內的匯聚交換機上傳上傳至監控中心的安防系統機柜或通信系統機柜。

2)中心設備：中心的各類(lèi)型數據服務(wù)器、存儲設備、和專(zhuān)用設備均接入核心交換機，通過(guò)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信。系統內部或與其他系統交互數據使用統一接口格式。

3.3系統數據庫設計

3.3.1元數據

用于描述數據的數據，主要包括操作日志信息對照表、設備狀態(tài)信息對照表、監測點(diǎn)類(lèi)型對照表等，如表1所示。

 3.3.2歷史數據和數據地

     主要用于記錄系統運行過(guò)程中的各種數據信息，包括氣體濃度、設備狀態(tài)等監測點(diǎn)的歷史數據、統計數據和操作日志等，如表3所示。

表3歷史數據和統計數據清單

3.4系統功能設計

3.4.1統一管理平臺軟件

     綜合管廊智能監控系統的監控報警、運營(yíng)維護、應急決策、能耗監控等各類(lèi)功能，均通過(guò)部署在監控中心的統一管理平臺軟件實(shí)現。平臺由BIM管控、GIS地圖、實(shí)時(shí)管控、運維管理、應急指揮、IOT采集、數據分析、系統維護8個(gè)功能模塊組成，部分統一管理平臺軟件界面。

3.4.2VOIP手持終端軟件

     運維巡檢人員在管廊內作業(yè)時(shí)，通過(guò)手持終端設備與監控中心進(jìn)行聯(lián)系，實(shí)現巡檢人員的實(shí)時(shí)定位、語(yǔ)音通信、工單報送、巡更打卡等功能，部分手持終端軟件界面如圖5所示。

 

 

圖5手持終端軟件

 

4.1平臺概述

     AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺集電力監控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監測于一體，為建立可靠、安全、高效的綜合管廊管理體系提供數據支持，從數據采集、通信網(wǎng)絡(luò )、系統架構、聯(lián)動(dòng)控制和綜合數據服務(wù)等方面的設計，解決了綜合管廊在管理過(guò)程中存在內部干擾性強、使用單位多及協(xié)調復雜的根本問(wèn)題，大大提高了系統運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎設施、環(huán)境和設備的使用和恢復效率。

4.2平臺組成

    安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統是一個(gè)深度集成的自動(dòng)化平臺，它集成了10KV/O.4KV變電站電力監控系統、變電所環(huán)境監控系統、智能馬達監控系統、電氣火災監控系統、消防設備電源系統、防火門(mén)監控系統、智能照明系統、消防應急照明和疏散指示系統。用戶(hù)可通過(guò)瀏覽器、手機APP獲取數據，通過(guò)一個(gè)平臺即可全局、整體的對管廊用電和用電安全進(jìn)行進(jìn)行集中監控、統一管理、統一調度，同時(shí)滿(mǎn)足管廊用電可靠、安全、穩定、高效、有序的要求。

4.3平臺拓撲

4.4平臺子系統

4.4.1電力監控

      電力監控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進(jìn)行保護和監控，對0.4kV出線(xiàn)配置多功能計量?jì)x表，用于測控出線(xiàn)回路電氣參數和用能情況，可實(shí)時(shí)監控高低壓供配電系統開(kāi)關(guān)柜、變壓器微機保護測控裝置、發(fā)電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄等。

 

4.4.2環(huán)境監測

       環(huán)境監測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃氣體濃度、門(mén)禁、視頻、空調、消防數據的采集、展示和預警，同時(shí)也可接入管廊艙室內的水泵和通風(fēng)排煙風(fēng)機等設備集成的第三方系統完成管廊環(huán)境綜合監控。

4.4.3電氣安全

      AcrelEMS-UT能效管理系統針對配電系統的電氣安全隱患配置相應的電氣火災傳感器、溫度傳感器，消防設備電源傳感器、防火門(mén)狀態(tài)傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內阻進(jìn)行實(shí)時(shí)監視，發(fā)生異常時(shí)通過(guò)聲光、短信、APP及時(shí)預警。

4.5相關(guān)平臺部署硬件選型清單

4.5.1電力監控及配電室環(huán)境監控系統

 

 

 

    從系統結構、組成、功能詳細的介了綜合管廊智能監控系統的實(shí)現方法。該系統深度結合運營(yíng)單位的使用需求，并應用B1M、GIS和大數據技術(shù)，用戶(hù)通過(guò)統一管理平臺即可實(shí)現對綜合管廊運行狀況的統一檢測、統一管理，使業(yè)務(wù)處理更加方便高效，從而實(shí)現了綜合管廊的智能化管理。該項目研究成果已在武漢市武九線(xiàn)綜合管廊項目、沈陽(yáng)市中德園綜合管廊項目中實(shí)施應用，并取得了良好的使用效果和社會(huì )效益。

 

【1】劉玉昊，王昕煜，李芝宏，趙東波，趙少博.一種城市綜合管廊智能監控系統的設計與實(shí)現

【2】上海市政工程設計研究總院（集團)有限公司，等.城市綜合管廊工程技術(shù)規范:GB50838-2015[S].

【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05

 

作者簡(jiǎn)介：韓歡慶，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事智慧管廊監控研究發(fā)展。