【應(yīng)用案例】地下綜合管廊機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

0引言

城市地下綜合管廊又稱共同溝，是指在城市地下用于集中敷設(shè)電力、通信、廣播電視、給水、排水、熱力、燃?xì)獾仁姓芫€的公共隧道。城市地下綜合管廊避免了由于敷設(shè)和維修地下管線頻繁挖掘道路而對(duì)交通和居民出行造成影響和干擾，利于保持路容完整和美觀，便于各種管線的敷設(shè)、增減、維修和日常管理。在發(fā)達(dá)國(guó)家城市發(fā)展現(xiàn)代化、科學(xué)化的標(biāo)準(zhǔn)之一。

圖1城市地下綜合管廊示意圖

1監(jiān)控系統(tǒng)功能

根據(jù)要求，城市地下綜合管廊（圖1)要設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)，對(duì)管廊各專業(yè)管線（電力電纜、給排水管、燃?xì)夤艿溃┻\(yùn)行安全、管廊環(huán)境（有害氣體、淹積水、溫濕度、風(fēng)機(jī)水泵、照明）安全及人員安全（出入口管理、人員定位、遠(yuǎn)程廣播、應(yīng)急通信）進(jìn)行監(jiān)控和管理的系統(tǒng)。使地下管廊內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和管廊的環(huán)境狀態(tài)一目了然，實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)化監(jiān)控、智能化管理”。圖2顯示了城市地下綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)功能。

圖2城市地下綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)功能

1.1管廊環(huán)境安全監(jiān)控

1)管廊有毒有害氣體監(jiān)測(cè)：實(shí)現(xiàn)管廊內(nèi)一氧化碳、硫化氫.、甲烷及空氣含氧量的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的LED屏實(shí)時(shí)顯示相應(yīng)區(qū)域的有害氣體含量^超標(biāo)時(shí)實(shí)現(xiàn)與風(fēng)機(jī)的聯(lián)動(dòng)控制，保證進(jìn)入管廊人員的安全。

2)管廊淹積水監(jiān)測(cè)：實(shí)現(xiàn)管廊內(nèi)積水井水位監(jiān)測(cè)，水泵聯(lián)動(dòng)控制。

3)超限報(bào)警：環(huán)境參數(shù)超標(biāo)自動(dòng)報(bào)警，在監(jiān)控管理平臺(tái)的圖形展慧畀商上閃爍顯藜，并可以通過(guò)語(yǔ)音、短信方式自動(dòng)通知值班人員。

4)管廊內(nèi)供電設(shè)施監(jiān)控：監(jiān)測(cè)管廊供電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)分合狀態(tài)，電能參數(shù)等。

1.2管廊防入侵及人員安全監(jiān)控

1)遠(yuǎn)程電子井蓋開(kāi)啟：管廊出入口安裝電控電子井蓋/電控鎖，可通過(guò)監(jiān)控中心、電話語(yǔ)音、短信開(kāi)啟井蓋/電控鎖。

2)非法入侵報(bào)警：管廊井蓋/出入口非法開(kāi)啟告警，監(jiān)控中心對(duì)井蓋/出入口的異常狀況發(fā)出視聽(tīng)告警，集中監(jiān)控平臺(tái)的圖形界面上閃爍顯示，并通過(guò)語(yǔ)音、短信方式自動(dòng)通知值班人員。

3)人員定位：對(duì)出入地下管廊的人員進(jìn)行授權(quán)管理，只有經(jīng)授權(quán)的人員在授權(quán)時(shí)間內(nèi)可進(jìn)入綜合管廊，并采用定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)入管廊內(nèi)的人員進(jìn).行位置定位及人員軌跡跟蹤，實(shí)時(shí)拿握管廊內(nèi)人員的實(shí)際位置，既方便運(yùn)維單位對(duì)進(jìn)入管廊人員的管理，又能有效保障進(jìn)入人員的人身安全。

4)應(yīng)急通信：管廊在地下，手機(jī)無(wú)法通信，在管廊內(nèi)建設(shè)通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)管廊內(nèi)與監(jiān)控中心之間的應(yīng)急通信。

5)公共廣播：在管廊內(nèi)設(shè)置公共廣播，緊急情況下，指揮管廊內(nèi)人員安全疏散。

1.3專業(yè)管線狀態(tài)監(jiān)測(cè)

1)電力電纜運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)：對(duì)入廊的電力電纜進(jìn)行電纜運(yùn)行電流監(jiān)測(cè)、高壓電纜護(hù)層接地環(huán)流監(jiān)測(cè)和高壓電纜接頭溫度監(jiān)測(cè)，超限或異常狀況自動(dòng)告警。歷史曲線、載流量柱狀圖展示，保證電纜的安全運(yùn)行，為運(yùn)行單位提供電纜健康狀態(tài)分析。

2)給排水管網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)：對(duì)入廊的給水管進(jìn)行漏水、流量監(jiān)測(cè)，異常時(shí)關(guān)斷管路緊急切斷閥門。

3)燃?xì)夤芫W(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)：對(duì)入廊的燃?xì)夤艿肋M(jìn)行漏氣監(jiān)測(cè)，異常時(shí)關(guān)斷管路緊急切斷閥門，保障燃?xì)夤芫W(wǎng)的安全運(yùn)行。

1.4視頻圖像監(jiān)控

1)出入口視頻圖像監(jiān)控：在管廊井蓋/出入口安裝攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)與井蓋/出入口監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，攝像機(jī)在井蓋/出入口開(kāi)啟時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)LED燈并傳送視頻信號(hào)。

2)重要設(shè)備視頻圖像監(jiān)控：在管廊內(nèi)主要設(shè)備處安裝攝像機(jī)，實(shí)時(shí)監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀況。

3)視頻圖像偵測(cè)：視頻監(jiān)控系統(tǒng)除了具備數(shù)字化攝像監(jiān)控系統(tǒng)自身的視頻采集、存儲(chǔ)、報(bào)警、聯(lián)動(dòng)等基本功能外，還具備圖像分析處理能力

2地下管廊監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

昆明市某地下綜合管廊，位于昆明滇池國(guó)際會(huì)展中心區(qū)域，長(zhǎng)度7.6km，設(shè)電力倉(cāng)和管道倉(cāng)2個(gè)，其斷面結(jié)構(gòu)如圖3所示

圖3昆明某地下綜合管廊斷面圖

該管廊內(nèi)設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng)，其實(shí)現(xiàn)方案如下:

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)采用“分散控制，集中管理”的原則，系統(tǒng)由中心）、區(qū)域監(jiān)控層（分控站）及監(jiān)控終端層構(gòu)成（圖4）

中心可對(duì)整個(gè)城市的多條綜合管廊進(jìn)行監(jiān)控和管理，監(jiān)控各專業(yè)管線運(yùn)行狀況、管廊環(huán)境狀況，出入口管理、應(yīng)急通信、視頻監(jiān)控及消防系統(tǒng)接入，以及各系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)控制、應(yīng)急處置。

區(qū)域監(jiān)控層（即分控站）：將監(jiān)控終端的數(shù)據(jù)信息上傳到中心控制層對(duì)監(jiān)控終端下達(dá)控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)本管廊內(nèi)風(fēng)機(jī)、水泵、出入口等控制終端的遠(yuǎn)程控制。

監(jiān)控終端層：包括各類采集器、現(xiàn)場(chǎng)控制器及通信設(shè)備，實(shí)現(xiàn)各類信息的采集及對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵、燈光、出入口等設(shè)備的控制。

圖4綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2監(jiān)控分區(qū)

地下綜合管廊每200m設(shè)一個(gè)防火分區(qū)，防火分區(qū)之間用防火門分隔。監(jiān)控系統(tǒng)也按防火分區(qū)設(shè)監(jiān)控分區(qū)，每個(gè)監(jiān)控分區(qū)對(duì)防火分區(qū)內(nèi)的管廊有害氣體、淹積水、溫濕度進(jìn)行采集，對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵、照明等進(jìn)行監(jiān)控。

每個(gè)監(jiān)控分區(qū)設(shè)監(jiān)控主機(jī)1臺(tái)，采用可編程控制器（PLC)。分區(qū)內(nèi)的氣體探測(cè)器通過(guò)PLC的AI接入，紅外探測(cè)器通過(guò)PLC的DI口接入。管廊內(nèi)的風(fēng)機(jī)、水泵、照明、井蓋及門鎖因相互之間距離較遠(yuǎn)，為減少布線，采用遠(yuǎn)程I/O模塊通過(guò)Modbus控制總線與監(jiān)控主機(jī)相聯(lián)實(shí)現(xiàn)控制。每個(gè)監(jiān)控分區(qū)設(shè)1臺(tái)工業(yè)交換機(jī)，將分區(qū)監(jiān)控主機(jī)PLC、視頻信號(hào)、LED屏、應(yīng)急聯(lián)系等信息匯集向管廊的本地監(jiān)控站或管廊區(qū)域監(jiān)控中心上傳。圖5為監(jiān)控分區(qū)設(shè)備聯(lián)接圖。

2.3通信

地下綜合管廊長(zhǎng)度一般在幾百米到幾千米之間，劃分為多個(gè)監(jiān)控分區(qū)。通信傳輸網(wǎng)絡(luò)采用業(yè)光纖環(huán)網(wǎng)構(gòu)建整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信傳輸網(wǎng)絡(luò)，以監(jiān)控中心為節(jié)點(diǎn)敷設(shè)6芯單模鎧裝信號(hào)光纜作為通信主干，每個(gè)監(jiān)控分區(qū)設(shè)置1臺(tái)工業(yè)級(jí)光纖環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，作為該監(jiān)控分區(qū)所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸節(jié)點(diǎn)，光纖環(huán)網(wǎng)交換機(jī)等級(jí)達(dá)到IP66,保障系統(tǒng)通信帶寬的同時(shí)保障網(wǎng)絡(luò)的可靠性。每個(gè)監(jiān)控分區(qū)設(shè)置的光纖環(huán)網(wǎng)交換機(jī)負(fù)責(zé)該防區(qū)的所有網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的數(shù)據(jù)接入（監(jiān)測(cè)、控制、視頻、語(yǔ)音、消防）及傳輸，并支持網(wǎng)絡(luò)管理。

圖5監(jiān)控分區(qū)設(shè)備聯(lián)接圖

2.4監(jiān)控管理平臺(tái)

在監(jiān)控中心示意圖，圖7是監(jiān)控管理平臺(tái)功能圖，圖8是監(jiān)控管理平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖。

圖6監(jiān)控中心示意圖

圖7監(jiān)控管理平臺(tái)功能

圖8監(jiān)控管理平臺(tái)結(jié)構(gòu)

監(jiān)控管理平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)如下功能：

1)集中設(shè)備管理：通過(guò)登錄監(jiān)控中心管理平臺(tái)可對(duì)綜合管廊內(nèi)所有監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理監(jiān)控。

2)智能分析：系統(tǒng)管理平臺(tái)內(nèi)置智能分析數(shù)據(jù)庫(kù)動(dòng)對(duì)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，并與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，為用戶提供參考數(shù)據(jù)。

3)GIS地圖顯示：可將管轄范圍內(nèi)的設(shè)備準(zhǔn)確地在GIS地圖上顯示，方便設(shè)備故障定位及時(shí)搶修，設(shè)備地理位置信息可采用GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行定位，如圖9所示。

4)WEB參數(shù)配置：管理人員可在監(jiān)控中心通過(guò)工程師站對(duì)綜合管廊內(nèi)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)調(diào)整配置。

5)WEB服務(wù)管理：服務(wù)器具備完善的WEB服務(wù)器管理功能，方便管理系統(tǒng)設(shè)備和各種資源。

6)網(wǎng)絡(luò)安全特性：采用CHAP協(xié)議認(rèn)證、DES加密進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)保護(hù)，保證網(wǎng)絡(luò)通信安全可靠。

7)分級(jí)用戶管理：可根據(jù)地下綜合管廊內(nèi)設(shè)備的管理歸屬，實(shí)現(xiàn)分組管理；根據(jù)不同需要，設(shè)定各級(jí)用戶，使用不同權(quán)限訪問(wèn)不同資源，實(shí)現(xiàn)分級(jí)管理。

8)操作記錄查詢：系統(tǒng)可自動(dòng)存儲(chǔ)各個(gè)操作人員各個(gè)時(shí)間段的操作記錄及操作內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)的分析統(tǒng)計(jì)。

9)日志管理：服務(wù)器具備完善的日志功能，便于查詢和整理。

10)自動(dòng)生成各種歷史表格。管理平臺(tái)可根據(jù)用戶需求自動(dòng)生成各種歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)、歷史曲線等多種數(shù)據(jù)表格，并支持導(dǎo)出功能。

11)3D圖形顯示：電力電纜接頭溫度、電子井蓋支持3D顯示，實(shí)時(shí)查看電纜接頭每個(gè)點(diǎn)位溫度及電子井蓋的開(kāi)啟狀態(tài)，如圖10所示。

12)多種報(bào)警方式：管理平臺(tái)支持語(yǔ)音、聲光、短信等多種報(bào)警提示方式，報(bào)警信息可直接短信發(fā)送至相關(guān)負(fù)責(zé)人員手機(jī)。

圖10井蓋/出入口控制/狀態(tài)

3 AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺(tái)

3.1平臺(tái)概述

AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺(tái)集電力監(jiān)控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)于一體，為建立可靠、安全、*效的綜合管廊管理體系提供數(shù)據(jù)支持，從數(shù)據(jù)采集、通信網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)架構(gòu)、聯(lián)動(dòng)控制和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)等方面的設(shè)計(jì)，解決了綜合管廊在管理過(guò)程中存在內(nèi)部干擾性強(qiáng)、使用單位多及協(xié)調(diào)復(fù)雜的根本問(wèn)題，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境和設(shè)備的使用和恢復(fù)效率。

3.2平臺(tái)組成

安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統(tǒng)是一個(gè)深度集成的自動(dòng)化平臺(tái)，它集成了10KV/O.4KV變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電所環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、智能馬達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)。用戶可通過(guò)瀏覽器、手機(jī)APP獲取數(shù)據(jù)，通過(guò)一個(gè)平臺(tái)即可全局、整體的對(duì)管廊用電和用電安全進(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，同時(shí)滿足管廊用電可靠、安全、穩(wěn)定、*效、有序的要求。

3.3平臺(tái)拓?fù)?/span>

3.4平臺(tái)子系統(tǒng)

3.4.1電力監(jiān)控

電力監(jiān)控主要針對(duì)10/0.4kV地面或地下變電所，對(duì)變電所高壓回路配置微機(jī)保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，對(duì)0.4kV出線配置多功能計(jì)量?jī)x表，用于測(cè)控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實(shí)時(shí)監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)柜、變壓器微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置、發(fā)電機(jī)控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測(cè)、遙調(diào)、事故報(bào)警及記錄等。

3.4.2環(huán)境監(jiān)測(cè)

環(huán)境監(jiān)測(cè)包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃?xì)怏w濃度、門禁、視頻、空調(diào)、消防數(shù)據(jù)的采集、展示和預(yù)警，同時(shí)也可接入管廊艙室內(nèi)的水泵和通風(fēng)排煙風(fēng)機(jī)等設(shè)備集成的第三方系統(tǒng)完成管廊環(huán)境綜合監(jiān)控。

3.4.3電氣安全

AcrelEMS-UT能效管理系統(tǒng)針對(duì)配電系統(tǒng)的電氣安全隱患配置相應(yīng)的電氣火災(zāi)傳感器、溫度傳感器，消防設(shè)備電源傳感器、防火門狀態(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(duì)UPS的蓄電池溫度、內(nèi)阻進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，發(fā)生異常時(shí)通過(guò)聲光、短信、APP及時(shí)預(yù)警。

3.5相關(guān)平臺(tái)部署硬件選型清單

3.5.1電力監(jiān)控及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

3.5.2電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

3.5.3消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)

3.5.4防火門監(jiān)控系統(tǒng)

3.5.5消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)