滇中新區(qū)智慧管廊環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

凌琪

（中冶京誠工程技術(shù)有限公司）

1 引言

滇中新區(qū)是2015年9月批準(zhǔn)成立的第15個國家級新區(qū)。地下綜合管廊是保障新區(qū)城市建設(shè)和人民生活安全、經(jīng)濟(jì)、高效、便捷的城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程。根據(jù)國家有關(guān)政策和新區(qū)經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略定位，建設(shè)安全、高效的智慧管廊勢在必行。

2 項目概況

本設(shè)計包括哨關(guān)路、嵩昆路綜合管廊環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)。哨關(guān)路智慧管廊工程包括控制中心和管廊現(xiàn)場兩部分，全長10.19km；控制中心位于哨關(guān)路與嵩昆路交叉口東北角。嵩昆路綜合管廊長度為7.444km。兩條管廊均為雙艙結(jié)構(gòu)（電力艙、管道艙）。根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笏馁Y料和設(shè)計需求，工程所涉及的管廊內(nèi)潮濕且伴有凝露和腐蝕性氣體，監(jiān)控設(shè)備應(yīng)能適應(yīng)管廊內(nèi)環(huán)境要求，且應(yīng)能承受爆管事故影響。

3 問題提出

管廊屬于地下設(shè)施，需要人員定期巡檢和管線入廊施工，為了解決環(huán)境安全問題，管廊環(huán)境檢測系統(tǒng)主要對管廊各艙室內(nèi)的氧氣濃度、溫濕度、水位等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)管廊內(nèi)環(huán)境檢測系統(tǒng)的參數(shù)，對管廊環(huán)境進(jìn)行實時控制，確保管廊內(nèi)的環(huán)境舒適、安全。

通過對現(xiàn)有管廊監(jiān)控系統(tǒng)配置和控制方式的梳理，目前智慧管廊環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)所要解決的問題主要是：

1）尋求穩(wěn)定可靠的方法實現(xiàn)管廊的環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控，保障人員財產(chǎn)安全。

2）所選設(shè)備能應(yīng)對管廊的特殊環(huán)境。

3）所選設(shè)備的擴(kuò)展性需滿足后續(xù)管廊建設(shè)集中監(jiān)控需求。

4 系統(tǒng)功能設(shè)計

滇中新區(qū)綜合管廊的環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計著力于貼合項目作為綜合管廊信息化示范項目需求，提高綜合管廊工程項目的智能化水平。根據(jù)前面問題尋求最優(yōu)的環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)方案如下：

考慮長期運(yùn)營的安全可靠，本設(shè)計采用基于工業(yè)PLC的控制柜技術(shù)方案。PLC利用診斷系統(tǒng)對PLC本身和外部連接設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析判斷。當(dāng)現(xiàn)場環(huán)境異常時，系統(tǒng)快速采集、處理故障數(shù)據(jù)，同時完成在線計算、存儲、統(tǒng)計、報警、分析報表和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳等功能。

管廊環(huán)境檢測系統(tǒng)主要對管廊各艙室內(nèi)的氧氣濃度、溫/濕度、水位等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)管廊內(nèi)環(huán)境檢測系統(tǒng)的參數(shù)，對管廊環(huán)境進(jìn)行實時控制，確保管廊內(nèi)的環(huán)境舒適、安全。管廊內(nèi)設(shè)備監(jiān)控主要包括排水控制、通風(fēng)控制、照明控制和電力監(jiān)控。

1）排水控制

綜合管廊潛水泵設(shè)就地手動操作及液位自動控制方式，并將集水坑的液位信號以及潛水泵狀態(tài)信號反饋至監(jiān)控系統(tǒng)。液位傳感器發(fā)生水位超限報警時，系統(tǒng)自動報警，聯(lián)動視頻監(jiān)控系統(tǒng)，打開相關(guān)區(qū)間的照明，自動將該位置的視頻圖像畫面切換至大屏上，供人工確認(rèn)。

2）通風(fēng)控制

風(fēng)機(jī)設(shè)就地手動操作、防火分區(qū)出入口處手動操作及監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程操作方式，并將風(fēng)機(jī)狀態(tài)信號反饋至監(jiān)控系統(tǒng)。正常情況下，管廊內(nèi)溫度超過40℃時，電動開啟風(fēng)機(jī)低速排風(fēng)，低于30℃時，聯(lián)動風(fēng)機(jī)關(guān)閉，以保證管廊內(nèi)的適宜溫度；巡檢時，應(yīng)開啟所需巡檢區(qū)段的通風(fēng)系統(tǒng)30min后，待氧含量高于21%時，工作人員方可進(jìn)入；火災(zāi)發(fā)生時，電動關(guān)閉火災(zāi)及其相鄰?fù)L(fēng)區(qū)段的風(fēng)機(jī)及風(fēng)機(jī)入口閥門；火災(zāi)發(fā)生后，電動開啟風(fēng)機(jī)及風(fēng)機(jī)入口閥門，高速運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行事故通風(fēng)，以排除管廊內(nèi)煙氣、廢氣。

3）照明控制

綜合管廊照明按防火分區(qū)進(jìn)行分段控制，設(shè)防火分區(qū)出入口處手動操作及監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程操作方式，并將各艙室的照明狀態(tài)信號反饋至監(jiān)控系統(tǒng)。操作人員可借助多種照明控制模式，實現(xiàn)對不同時間、不同工況、不同區(qū)域的照度進(jìn)行精確設(shè)置和合理管理，從而達(dá)到節(jié)能目的。

4）電力監(jiān)控

系統(tǒng)對變電站供電、配電的電壓、電流和功率進(jìn)行采集和監(jiān)視，保證電能的安全和質(zhì)量。電力監(jiān)測設(shè)計采用電力多功能儀表通過儀表自帶RS485接口把電能質(zhì)量信息通過Modbus協(xié)議接入ACU控制柜控制單元。

5）網(wǎng)絡(luò)和控制系統(tǒng)的診斷

利用工業(yè)PLC的自診斷功能和工業(yè)管理型交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)管理診斷功能，來監(jiān)控PLC系統(tǒng)CPU運(yùn)行狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，到診斷畫面上可以非常清晰地看到故障的控制設(shè)備和通訊設(shè)備。

系統(tǒng)上位機(jī)采用SCADA監(jiān)控平臺，設(shè)備具有系統(tǒng)資源的共享性和兼容性，操作監(jiān)視集中化歸于監(jiān)控中心。在監(jiān)控中心實現(xiàn)多個HMI的互為備用，每個HMI操作站具有完善的報警系統(tǒng)、趨勢記錄、報表記錄、操作記錄，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、可視化的管廊內(nèi)部環(huán)境、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實時監(jiān)控。

5 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)工程防火分區(qū)和通風(fēng)分區(qū)重合，以及需要監(jiān)控的設(shè)備安裝位置的實際情況，在管廊每個排風(fēng)井夾層的機(jī)柜室內(nèi)設(shè)置ACU控制柜。哨關(guān)路綜合管廊工程共分為59個防火分區(qū)，共設(shè)置了29臺ACU控制柜。嵩昆路綜合管廊工程共分為40個防火分區(qū)，共設(shè)置了20臺ACU控制柜。每條路有各自的獨立控制系統(tǒng)光纖環(huán)網(wǎng)。同一條道路地下管廊的各個ACU控制柜與控制中心控制柜的道路匯聚交換機(jī)以環(huán)形結(jié)構(gòu)100Mbps單模室外光纖以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)通訊；光纖采用阻燃單模八芯鎧裝光纜。

本項目監(jiān)控中心定位管廊監(jiān)控運(yùn)維分監(jiān)控中心，為主監(jiān)控中心和智慧城市監(jiān)控中心預(yù)留數(shù)據(jù)接口，通過防火墻進(jìn)行外部數(shù)據(jù)隔離和內(nèi)部數(shù)據(jù)加密。每條道路管廊控制環(huán)網(wǎng)接入對應(yīng)匯聚交換機(jī)，再連接到核心交換機(jī)，數(shù)據(jù)信息就能通過工業(yè)防火墻后集中到監(jiān)控中心進(jìn)行管理。工作站和服務(wù)器通過雙絞電纜與交換機(jī)連接。交換機(jī)間數(shù)據(jù)的隔離利用可以有效保障底層控制系統(tǒng)的安全。

6 系統(tǒng)主要硬件選型

1）現(xiàn)場ACU控制柜

ACU控制柜內(nèi)工業(yè)PLC模塊和交換機(jī)，包括CPU運(yùn)算處理RAM存儲模塊，通訊接口模塊，IO接口擴(kuò)展模塊，具有防水、防塵、防靜電設(shè)計，并加防腐涂層，單臺控制柜具有CPU運(yùn)算功能，具有自診斷功能。

控制模塊選用進(jìn)口一線品牌工業(yè)級產(chǎn)品,帶防腐蝕涂層,防鹽霧和氣體腐蝕,在冷凝/結(jié)霜工況下正常工作,以應(yīng)對高濕環(huán)境。ACU中控制單元要求具有高速網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，確保系統(tǒng)具有高效數(shù)據(jù)交換和I/O處理能力。綜上考慮，采用西門子SIPLUS系列產(chǎn)品對設(shè)計進(jìn)行實現(xiàn)。CPU采用1500系列，擴(kuò)展模塊采用ET200SP系列。PLC模塊均符合寬溫-40～60℃,滿 足 EN 60721:3C4、EN 60721:3B2標(biāo)準(zhǔn)。PLC模塊插槽備用10%，I/O點備用 20%。

①PLC模塊配置：以哨關(guān)路管廊控制柜為例，每臺ACU控制柜內(nèi)主要PLC模塊配置如表1。

表1 PLC模塊配置

為了系統(tǒng)的供電安全穩(wěn)定，現(xiàn)場儀表和PLC控制柜電源由不間斷電源裝置（即UPS）提供。

2）環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控中心設(shè)備

在機(jī)柜室設(shè)主PLC和通訊機(jī)柜,內(nèi)裝主PLC,實現(xiàn)各個ACU之間的聯(lián)動；內(nèi)裝核心交換機(jī)，實現(xiàn)和ACU、安防系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、火災(zāi)報警等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊，以及和管線公司、智慧城市平臺的數(shù)據(jù)共享；內(nèi)裝防火墻，使智慧平臺免受網(wǎng)絡(luò)攻擊，保障系統(tǒng)安全；內(nèi)裝隔離網(wǎng)閘，保障工控安全。

在控制室設(shè)工程師站1套 ,裝編程軟件、畫面組態(tài)軟件、智慧平臺編程組合軟件。另設(shè)操作員站3套 ,裝監(jiān)控軟件客戶端。

7 結(jié)語

滇中新區(qū)智慧管廊環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計中ACU控制單元和控制柜柜體均采用高防護(hù)等級產(chǎn)品，產(chǎn)品實用、成熟、可靠、有使用實績，備件能夠保證供應(yīng)；工業(yè)PLC模塊在結(jié)構(gòu)上采用靈活性、可擴(kuò)展性優(yōu)良，確保系統(tǒng)具有高效數(shù)據(jù)交換能力和安全穩(wěn)定性。設(shè)備選型滿足了管廊的特殊環(huán)境和后續(xù)管廊建設(shè)集中監(jiān)控的擴(kuò)展性需求，實現(xiàn)管廊的環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控的穩(wěn)定可靠，項目實際應(yīng)用效果良好。