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浅谈城市地下综合管廊运维管理平台的设计
2021-5-10 阅读(793)
摘要： 城市地下综合管廊承担着城市信息传递、能源输送、排涝减灾、废物排弃的功能，是生存和发展的基础设施，是确保社会经济和城市建设健康、协调和可持续发展的重要保障。本就目前综合管廊的管理和运维存在的问题，拟为某项目建设“维护和管理地下综合管廊数据的智慧化管理平台”。此平台可提供、强大的数据录入、编辑、管理、分析、维护的功能，方便管理人员及时掌握现状，可为管理者提供全生命周期的运维手段。
关键词： 综合管廊; 智慧化管理; 计算机技术
0 、引言
综合管廊工程是美化城市环境、节约土地资源、促进城市快速发展、提高城市经济发展的设施。相对于传统的地下管线建设及管理工作，管廊运维存在多种管线入廊、设备种类繁多、地下环境及内部空间复杂、控制系统繁多等特点，这些都给管廊建设及后期维护管理工作带来运维成本高、管理工作分散、安全管理难度大等问题。目前大多数管廊运管中心平台建设，基本都能完成多系统的接入，其中包括环境、消防、视频、对讲、巡查等，但是各个系统独立，未能实现应用联动，导致运管中心所需操作人员多、所需学习操作系统多，培训成本高的同时系统应用调用繁琐复杂。
因此，运维管理平台的建设需要利用先进成熟的计算机技术、地理信息系统技术、定位技术、通讯技术，结合物联网、大数据等技术，对综合管廊的进行的智慧化管理，实现对综合管廊的实时监控、动态管理，为综合管廊运维工作提供完整、准确的信息支撑。
1、系统总体设计方案
管廊内风机、水泵、环境监测传感器、设备监控传感器等设备接入配控间的PLC 中，使用工业环网交换机组成数据环网，其中工业环网交换机与管廊内配控间PLC 相连，通过环网接入到主控室核心交换机，与上位机进行通讯，用于采集配控间PLC设备中的数据，进行储存和转发给管廊监控运维管理软件平台。其中，火灾自动报警子系统、安防监控系统、防爆手机直接通过各自的专用网络接入管廊监控运维管理软件平台，所有系统由平台进行监测、控制、分析和管理。系统总体框架如图1所示。
图1 方案系统架构图
2、管廊监控运维管理软件平台
系统的设计与开发都要从整体和系统的角度考虑其角色和作用，地利用三维引擎技术、BIM 技术、物联网技术、数据库技术等，实现项目基本信息与空间数据的结合，建成信息共享、集成的、综合的管廊管理信息化作业管理平台。系统的设计框架基于三层体系结构,感知传输层、数据层、应用层。这种体系结构无论从平台的角度还是从开发的方面，均是一个结构灵活、便于调整的应用体系。而对整个系统的业务逻辑和数据访问、共享等通过组件层进行封装，各个应用可以基于组件迅速搭建。系统框架见图2。
图2 软件系统架构图
3、管廊控制中心硬件系统
综合管廊管理系统以数据库系统和SCADA 系统为基础进行建设，SCADA 系统是管理系统的前端，数据库系统作为后台为分析管理提供数据支撑。管理系统将各地分散的数据集中汇总，实现了数据采集、存储、展示、报警预警、智能联动等综合监控和运营维护功能。系统功能架构见图3。
图3 功能架构图
4、安科瑞产品在综合管廊智能化监控管理系统的应用
4.1火灾报警系统
火灾报警系统在整个管廊智能化系统监控中也具有重要性建设应用意义，要想保障整个系统应用的监控管理能力提升，就应该在系统应用中，及时将系统应用内的火灾警报监督控制管理工作化。火灾自动报警系统包括:火灾自动报警系统、防火门监控系统、电气火灾监控系统。
电气火灾监控系统（管廊地下部分）产品选型
Acrel-6000电气火灾监控系统由Acrel-6000系列监控设备、ARCM200BL、ARCM200L系列监控探测器和配套附件组成。系统各设备之间均采用RS485总线进行连接，施工布线简单方便。
Acrel-6000/B1电气火灾监控设备简介
电气火灾监控系统组网
注：地下管廊使用的动力箱/柜符合管廊相关标准，防护等级达IP65
防火门监控系统（管廊地下部分）产品选型
AFRD100/B防火门监控器能够通过二总线与多个防火门监控模块相连，构成集散式防火门监控系统。监控器能实时接收处理各路监控设备发送的断路、短路、故障信号，同时在液晶屏幕上显示，当断路、短路及通讯故障发生时，监控器能发出声光故障信号，在屏幕上显示故障位置及故障类型，并具有数据存储、查询和报警信号控制输出等功能，还具备对监控模块的远程复位功能。
防火门监控系统组网
4.2 环境及设备监控系统
在综合管廊智能化建设管理中，为了将整体的智能化管廊建设工作开展性能提升，需要在管廊建设中，对其对应区域内的设备运行以及对应的环境监测工作开展进行分析，并且在分析中，按照具体的管廊建设处理中的设备控制进行科学的系统监控规划。该部分环境监控系统的实施中，系统对应的环境及设备监控共分为以下几点：一是环境监测设备；二是排水设备；三是通风设备；四是照明设备，只有将对应的环境监测设备和监控系统运行系统建设好，才能保障在系统的监控运行中，将整个系统应用的监督控制管理能力发挥出来。
针对排水设备、通风设备等监测设备的运行状态，可以配套使用安科瑞消防设备电源监控系统及传感器。选型如下：
消防电源监控系统主要实现的监控功能：
1. 监控器通过接收多台传感器的电压、电流信息和开关状态信息，以此实现对消防设备电源工作状态的实时监视；
2. 当被监测回路报警时，可控制输出继电器闭合，用于控制被保护电路或其他设备，当故障消除后，控制输出继电器释放；
3. 系统故障报警：程序不能正常运行时，监控设备发出声光报警信号，同时面板上的“系统”故障指示灯亮；
4. 当发生过压、欠压、错相、过流故障报警或通讯、电源故障时，系统将故障报警部位、故障信息、故障报警时间等信息存储在数据库中，当故障报警解除、排除故障时，同样予以记录。
消防电源监控系统组网
4.3 管廊风机、水泵等稳定运行-电动机保护器
管廊运行时，廊内风机、水泵、环境监测传感器、设备监控传感器等设备接入配控间的PLC 中，使用工业环网交换机组成数据环网，其中工业环网交换机与管廊内配控间PLC 相连，通过环网接入到主控室核心交换机，与上位机进行通讯，用于采集配控间PLC设备中的数据，进行储存和转发给管廊监控运维管理软件平台。
其中风机、水泵的运行监控可加装安科瑞电动机保护器，以下为产品选型方案：
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以满足多种控制方式 |
ALP300 保护器，采用新的单片机技术，具有抗干扰能力强、工作稳定可靠、数字化、智能化等特点。保护器能对电动机运行过程中出现的起动超时、过压、欠压、过载、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、阻塞、短路、外部故障等多种情况进行保护，现场维护人员可通过数码管显示屏快速查找故障原因。本保护器具有 RS485 远程通讯接口，DC4～20mA 模拟量输出，方便与 PLC、PC 等控制机组成网络系统，实现电动机运行的远程监控。
ARD2F 系列智能电动机保护器（以下简称保护器）能对电动机运行过程中出现的多种故障情况进行保护，并设有 SOE 故障事件记录功能，方便现场维护人员查找故障原因。本保护器具有 RS485 远程通讯接口，DC4～20mA 模拟量 输出，方便与 PLC、PC 等控制机组成网络系统。实现电动机运行的远程监控。
ARD3M 智能电动机保护器（以下简称保护器）适用于额定电压至 660V 的低压电动机回路，集保护、测量、控制、通讯、运维于一体。其完善的保护功能确保电动机安全运行，带有逻辑可编程功能，可以满足多种控制方式。可选配不同通讯模块适应现场通讯需求。
功能特点：
u 辅助电源类型可选，AC220V 电源模块支持电源范围 AC85-265V/DC100-300V，AC380V 电源模块支持电源范围 AC/DC100-415V。
u 支持基波和全波电力参数测量（U、I、P、Q、S、PF、F、EP、EQ），电压及电流不平衡度，电压、电流正序、负序、零序分量，三相电压相角，剩余电流，电压、电流 2-63 次分次谐波测量，分次谐波含有率及总谐波畸变率。
u 保护功能包括过载反时限、过载定时限、接地、起动超时、漏电、欠载、断相、堵转、阻塞、短路、溢出、不平衡(电流、电压)、过功率、欠功率、过压、欠压、相序、温度、tE时间、外部故障、起动次数限制、运行时间报警、故障次数报警。
u 10 路可编程 DI 输入，默认采用内置 DC24V 电源，也可选择外部有源湿接点（详见选型表格）。
u 6 路可编程 DO 输出，满足直接起动，星—三角起动，自耦变压器起动，等多种起动方式，可通过通讯总线实现主站对电动机的“起/停”。
u 可选抗晃电功能：支持晃电立即再启动、失压重起动。
u 标配 2 路 MODBUS_RTU 通讯，有 PROFIBUS DPV1、以太网、PROFINET 通讯模块供选配。
u 可选配 2 路 DC4-20mA 模拟量输出接口，与 DCS 系统相接，可实现对现场设备的监控。
u 具有故障记录、起动记录、停车记录、DI 变位记录和再起动记录等各类事件记录，可查看多项电机运维信息，同时可记录电机运行 1-5 小时运行记录。
u 显示界面支持中/英文液晶显示。
u 支持 U 盘导出波形记录与事件记录数据，可使用 EXCEL 打开导出事件记录文件。
u 选配彩色液晶显示时可加配 WIFI 功能，通过手机或电脑连接该 WIFI 查看、设置电机保护器相关数据.
5、结束语
为保障城市地下综合管廊安全、可靠运行，构建可以提高综合管廊运营维护水平并能提升应急处理能力的智慧化管理平台十分必要。本文主要介绍了管廊监控运维管理平台的总体技术方案、运维管理平台的软件系统架构以及平台的软硬件的系统功能，平台基于BIM 技术，结合计算机、三维可视化、通信等多种先进的技术手段，可开展高效、、合理、实用的综合管廊信息化管理建设。
参考文献
【1】金江军. 郭英楼.智慧城市: 大数据、互联网时代的城市治理( 第4 版) ［M］
【2】任国华. 姜川.浅谈某项目综合管廊运维管理平台的设计
【3】安科瑞企业微电网设计及应用手册.2020.06版
【4】吴恩远,周中. 电气火灾监控系统设计与应用图集 2012.8
