任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：在城市化進(jìn)程推進(jìn)、大城市人口急劇膨脹的背景下，為了解決城市發(fā)展和建設(shè)的需要，城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。方興未艾，各城市綜合管廊項目也呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的趨勢，建設(shè)規(guī)模和水平上有了很大的提高。綜合管廊的管理模式已從傳統(tǒng)的管理模式向信息化智能化管理的方向發(fā)展，依托大數(shù)據(jù)信息分析能力和智能化運(yùn)營管理手段，為綜合管廊在基礎(chǔ)設(shè)施集約化管理基礎(chǔ)上，提供更多和更科學(xué)的解決方案。作為綜合管廊管理的大腦中樞系統(tǒng)，“一體化監(jiān)控運(yùn)管平臺"集數(shù)據(jù)收集、遠(yuǎn)程控制、預(yù)案執(zhí)行、連鎖聯(lián)動、智慧運(yùn)管和狀態(tài)信息數(shù)據(jù)分析指導(dǎo)決策等多功能為一體，是名副其實的智慧指揮中樞。本文結(jié)合地級市綜合管廊項目的項目實例，提出一些關(guān)于城市綜合管廊一體化監(jiān)控運(yùn)管平臺系統(tǒng)的建設(shè)技術(shù)思路和技術(shù)應(yīng)用，希望能為后續(xù)管廊建設(shè)和運(yùn)營管理提供借鑒。

關(guān)鍵詞：城市綜合管廊；監(jiān)控運(yùn)管平臺；三層次系統(tǒng)架構(gòu)；軟硬件智能聯(lián)動

1城市綜合管廊監(jiān)控運(yùn)管平臺系統(tǒng)的建設(shè)意義

城市地下綜合管廊指城市地下空間集中敷設(shè)電力、通信、給排水、熱力、燃?xì)獾雀黝惞芫€的公共隧道，也包括消防、照明、監(jiān)控、通風(fēng)、排水等自身設(shè)備。城市地下綜合管廊的管線種類日益增加，需要利用到的地下空間越來越大，為了保證地下綜合管廊的設(shè)備設(shè)施安全運(yùn)行，就需要擁有一套行之有效的綜合智能監(jiān)控系統(tǒng)。

綜合管廊屬于地下封閉空間，并且管理區(qū)域和管廊位置有一定的距離，如果管廊內(nèi)發(fā)生突發(fā)事件，依靠人力去處理，在及時性上無法的得到保證；并且日常巡檢和設(shè)備狀態(tài)信息的采集，也不是單純依靠人力和單一統(tǒng)軟件就能有效的完成的。因此，建設(shè)一套完善的、可擴(kuò)展的、模塊化的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，變成綜合管廊智能化應(yīng)用的重要一環(huán)。

城市綜合管廊監(jiān)控運(yùn)管平臺為管廊內(nèi)資產(chǎn)管理、設(shè)備運(yùn)行情況、管廊內(nèi)環(huán)境情況監(jiān)測、設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制、廊內(nèi)緊急情況處置5個方面提供智能化的設(shè)備監(jiān)控及能耗管理解決方案，助力管理企業(yè)實現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控、應(yīng)急聯(lián)動處置和智能數(shù)據(jù)分析等功能。

2城市綜合管廊的維護(hù)與管理

城市地下綜合管廊作為城市市政地下空間配套工程，管廊內(nèi)敷設(shè)眾多不同作用的管線，管線的運(yùn)行安全，需要定期巡檢，對于管廊管理工作提出了比較高的要求。現(xiàn)在城市綜合管廊運(yùn)營管理方式，大多數(shù)還采用人工巡查，單系統(tǒng)管理的模式，因為綜合管廊屬于地下封閉空間設(shè)施，環(huán)境比較復(fù)雜，一般管廊長度都比較長，重要設(shè)備安裝點(diǎn)位比較多等特點(diǎn)，不太適合人工巡查，隨著技術(shù)的發(fā)展，管理手段的豐富，應(yīng)用了一些自動化和信息化的手段來管理，但是還是存在各系統(tǒng)之間比較獨(dú)立，存在信息孤島，沒有完quan實現(xiàn)信息共享、智能聯(lián)動和數(shù)據(jù)分析應(yīng)用等功能。

結(jié)合城市綜合管廊的運(yùn)營特點(diǎn)和管理側(cè)重，城市綜合管廊監(jiān)控運(yùn)管平臺系統(tǒng)開發(fā)采用三層次系統(tǒng)架構(gòu)體系，系統(tǒng)實現(xiàn)“高內(nèi)聚、低耦合"，打通各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)壁壘，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，在設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控方面也解決了多系統(tǒng)、多協(xié)議的問題。

3城市綜合管廊監(jiān)控運(yùn)管平臺系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用

2019年我參與了某市商務(wù)區(qū)綜合管廊項目的智能化建設(shè)，本工程涉及三條市政道路，為三艙管廊（包括：綜合艙、電力艙和燃?xì)馀摚C合管廊總長度為2.4公里，監(jiān)控調(diào)度中心距離管廊現(xiàn)場約1.5公里，是典型的異地監(jiān)控、本地執(zhí)行的綜合管廊智能化建設(shè)項目。

綜合管廊涵蓋的主要業(yè)務(wù)子系統(tǒng)有環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)、管廊安防視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、入侵報警及巡查子系統(tǒng)、無線通信子系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)監(jiān)測子系統(tǒng)、配電子系統(tǒng)、資產(chǎn)管理子系統(tǒng)等。

綜合管廊監(jiān)控運(yùn)管平臺系統(tǒng)部署在監(jiān)控調(diào)度中心，使用多臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器實現(xiàn)軟件基礎(chǔ)環(huán)境功能，服務(wù)器都配置了冗余熱備份。平臺系統(tǒng)與深度集成的各子系統(tǒng)之間，通過約定的協(xié)議及接口方式連接，實現(xiàn)綜合監(jiān)控平臺與各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對接和指令下發(fā)。

本文我結(jié)合所參與的項目，主要介紹城市綜合管廊監(jiān)控運(yùn)管平臺軟件的架構(gòu)、接入技術(shù)，以及平臺軟件開發(fā)技術(shù)和監(jiān)控運(yùn)管平臺應(yīng)用效果等。

3.1平臺軟件系統(tǒng)架構(gòu)

綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)軟件平臺采用三層次架構(gòu)（3-tierapplication），將整個業(yè)務(wù)應(yīng)用劃分為：表現(xiàn)層（UI）、業(yè)務(wù)邏輯層（BLL）、數(shù)據(jù)訪問層（DAL，按照數(shù)據(jù)接入技術(shù)屬性一般拆分成兩層，包括數(shù)據(jù)服務(wù)層、數(shù)據(jù)采集層，在軟件架構(gòu)劃分同屬數(shù)據(jù)訪問層），在不同層次采用不同計算機(jī)信息技術(shù)，實現(xiàn)有效、穩(wěn)定、先進(jìn)的系統(tǒng)應(yīng)用。

（1）數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)采集層，屬于數(shù)據(jù)層傾向于數(shù)據(jù)接入和數(shù)據(jù)采集，主要依托于現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過通信網(wǎng)絡(luò)接入、匯聚，現(xiàn)場設(shè)備信息和命令執(zhí)行，是平臺和設(shè)備進(jìn)行交互的橋梁。對通過各種通信接口，如TCP網(wǎng)絡(luò)、UDP網(wǎng)絡(luò)、RS485串口、RS232串口、CAN等，接入系統(tǒng)中的設(shè)備，按照設(shè)備自身的通信協(xié)議格式，進(jìn)行設(shè)備實時參數(shù)和狀態(tài)的收集、控制命令的下達(dá)。

數(shù)據(jù)服務(wù)層，也屬于數(shù)據(jù)層傾向于數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)管理，對采集到的各類設(shè)備數(shù)據(jù)，進(jìn)行分類、清洗、計算、存儲；根據(jù)用戶功能要求，進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析、挖掘、處理，以標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)方式提供給應(yīng)用層，是應(yīng)用層功能的支撐。

（2）應(yīng)用層：應(yīng)用層，也稱為業(yè)務(wù)邏輯層（BLL），位于物聯(lián)網(wǎng)三層結(jié)構(gòu)中的較頂層，其功能為"處理信息"，用戶所需要的功能邏輯在本層實現(xiàn)。通過對用戶的需求進(jìn)行分析、歸類，調(diào)用數(shù)據(jù)服務(wù)層提供的數(shù)據(jù)和服務(wù)，實現(xiàn)對物理世界的實時控制、準(zhǔn)確管理和科學(xué)決策。

（3）表現(xiàn)層：在軟件體系架構(gòu)設(shè)計中，本層的主要功能是數(shù)據(jù)信息展示、控件布置和應(yīng)用界面設(shè)置等，是用戶使用綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)軟件平臺的軟件界面呈現(xiàn)，通過Web端、客戶端、移動端、大屏、平板等方式，給用戶豐富、方便的數(shù)據(jù)展現(xiàn)。

3.2平臺系統(tǒng)軟硬件接入

綜合管廊監(jiān)控運(yùn)管平臺系統(tǒng)的建設(shè)主要目的是集中控制、環(huán)境監(jiān)測、智能聯(lián)動和應(yīng)急指揮，主要功能包括水泵狀態(tài)和控制、風(fēng)機(jī)狀態(tài)和控制、集水坑液位、溫濕度檢測、氧含量檢測、甲烷檢測、應(yīng)急電源EPS狀態(tài)檢測、防火閥控制、壓差沉降儀、傾角測量儀、三軸測振儀等在內(nèi)的多種設(shè)備儀表的探測和控制信息收集和執(zhí)行命令下發(fā)，實現(xiàn)在監(jiān)控運(yùn)管平臺系統(tǒng)上的各機(jī)組信息收集、自動控制，并終實現(xiàn)多系統(tǒng)聯(lián)動和信息共享。

（1）PLC硬件接入

本項目選擇西門子S7-1500系列可編程控制器，S7-1500的特點(diǎn)有組網(wǎng)靈活、平臺開放、編程軟件靈活和模塊智能等。

S7-1500可編程控制器的基本硬件由電源模塊、CPU模塊、串口通訊模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊等部分構(gòu)成，用于與現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)對接，以及執(zhí)行平臺系統(tǒng)控制命令等。

現(xiàn)場ACU執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，PLCETHERNET通訊模塊與監(jiān)控平臺軟件通過主干環(huán)型網(wǎng)絡(luò)通信，S7-1500PROFINET以太網(wǎng)通信模塊支持TCP/IP、UDP、MODBUSTCP等協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸速率10/100Mbit/s，采用標(biāo)準(zhǔn)的RJ45接口。

（2）軟件接入?yún)f(xié)議

綜合管廊監(jiān)控運(yùn)管平臺系統(tǒng)與各子系統(tǒng)的對接，包括接口設(shè)備名稱、物理接口類型、軟件接口協(xié)議、接口協(xié)議要求、功能達(dá)成目標(biāo)等都做了詳細(xì)的約定，在實施過程中，按照約定要求每個子系統(tǒng)整理一個接入技術(shù)規(guī)約書，用于指導(dǎo)軟件開發(fā)和系統(tǒng)對接工作。

3.3平臺智能監(jiān)控聯(lián)動應(yīng)用

在實際應(yīng)用中，監(jiān)控運(yùn)管平臺系統(tǒng)聯(lián)動控制有三種方法：硬聯(lián)動、軟聯(lián)動及遠(yuǎn)程控制。硬聯(lián)動是指傳感器之間的直接聯(lián)動，如水位開關(guān)直接控制水泵的啟停；軟聯(lián)動是指通過區(qū)域控制器的邏輯運(yùn)算后，經(jīng)指令動作，如水位開關(guān)的信號先送入?yún)^(qū)域控制器，經(jīng)過邏輯運(yùn)算得出的結(jié)果控制水泵的啟停；遠(yuǎn)程控制是指在集中統(tǒng)一的管理監(jiān)控平臺上執(zhí)行控制指令。

應(yīng)急聯(lián)動控制管理方案：由于城市地下綜合管廊現(xiàn)場管理與維修較困難，所以應(yīng)有合理的應(yīng)急方案，提高工作人員的工作效率。將城市地下綜合管廊的運(yùn)行方式分為正常工作方式和異常工作方式。正常工作方式又可以分為自動工作和巡檢工作，自動工作就是在正常工作的情況下，區(qū)域控制器ACU按照設(shè)置的參數(shù)對設(shè)備進(jìn)行控制，使地下綜合管廊內(nèi)的環(huán)境參數(shù)在安全范圍內(nèi)；巡檢工作是為維修人員專門定制的一種工作方式，在人員進(jìn)入地下綜合管廊前30分鐘，啟動風(fēng)機(jī)，確保人員進(jìn)入地下綜合管廊內(nèi)的空氣質(zhì)量良好且空氣流通；異常工作方式主要是指發(fā)生火災(zāi)、緊急情況等安全事故時的工作方式，這種工作方式是為了防止事故范圍擴(kuò)大，造成更大的損失，例如當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，區(qū)域控制器ACU立即關(guān)閉所有風(fēng)機(jī)和防煙防火閥門，在火災(zāi)撲滅后，再啟動該防火分區(qū)的所有風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥，進(jìn)行排煙。

管廊監(jiān)控運(yùn)管平臺系統(tǒng)的建設(shè)，既滿足了運(yùn)管單位日常生產(chǎn)管理所需，并提高了工作效率，也降低了生產(chǎn)過程中的安全風(fēng)險，也為管理決策提供了數(shù)據(jù)支持和指揮手段，平臺系統(tǒng)利用智能化數(shù)字分析技術(shù)，實現(xiàn)了城市綜合管廊運(yùn)營管理的信息化、數(shù)字化、智能化，綜合監(jiān)控運(yùn)管平臺的應(yīng)用是提高生產(chǎn)效率、整合管廊公共資源的關(guān)鍵所在，保障了管廊設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行安全，為管廊在實際管理中提供了技術(shù)手段和保護(hù)承諾。

4城市綜合管廊監(jiān)控運(yùn)管平臺開發(fā)技術(shù)應(yīng)用

綜合管廊監(jiān)控運(yùn)管平臺系統(tǒng)主要由管理平臺系統(tǒng)及各子系統(tǒng)中央管理級設(shè)備組成，分層次、分模塊進(jìn)行開發(fā)和對接，實現(xiàn)對區(qū)域管廊的集中監(jiān)控和管理，軟件開發(fā)和功能實現(xiàn)主要技術(shù)應(yīng)用有：

1. 軟件平臺在基礎(chǔ)平臺基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，提供更豐富的展現(xiàn)方式，包括統(tǒng)一客戶界面、組態(tài)、報警、聯(lián)動、統(tǒng)計圖、趨勢圖等，并支持模塊化開發(fā)方法。2)軟件平臺數(shù)據(jù)訪問層可接入常見的傳感器儀表、PLC設(shè)備、通訊板卡、RTU、電氣自動系統(tǒng)等，還提供常用的各類子系統(tǒng)聯(lián)動等功能，將這些子系統(tǒng)有機(jī)集成在一起，并實現(xiàn)有效的系統(tǒng)間聯(lián)動。3)軟件平臺可實現(xiàn)Web、PC端、手機(jī)端展示，展現(xiàn)效果相同，大大提高了用戶體驗。4)軟件平臺可在應(yīng)用層提供聯(lián)動預(yù)案管理，將以往經(jīng)驗整合在系統(tǒng)中，當(dāng)觸發(fā)事件發(fā)生時，實現(xiàn)按照預(yù)定方案進(jìn)行跨子系統(tǒng)、多設(shè)備的聯(lián)動控制，例如巡檢人員申請管廊內(nèi)作業(yè)時，此時管廊內(nèi)氧氣含量低于人體呼吸所需要的氧氣濃度，可以提出預(yù)警，也可以提前一小時啟動聯(lián)動風(fēng)機(jī)預(yù)案，進(jìn)行管廊內(nèi)通風(fēng)換氣，使管廊內(nèi)氧氣濃度達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。5)軟件平臺提供靈活的多級分布式部署方式，前后端均支持跨平臺運(yùn)行（Windows/Linux/Unix），支持各種應(yīng)用功能擴(kuò)展。6)軟件平臺采用統(tǒng)一授權(quán)系統(tǒng)的安全機(jī)制，多級授權(quán)，不同級別的人員賦予不同的操作權(quán)限，防止系統(tǒng)信息泄露和被非授權(quán)人員所干擾。7)軟件平臺擁有多廠家協(xié)議、多子系統(tǒng)接入和整合能力，提供OPC\Modbus、數(shù)據(jù)庫、WebService等多種外部接口；8)軟件平臺依據(jù)HTML5進(jìn)行二次開發(fā)，可用瀏覽器遠(yuǎn)程監(jiān)視數(shù)據(jù)、查看報警情況、查詢報表等。

5AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺

5.1平臺概述

AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺集電力監(jiān)控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監(jiān)測于一體，為建立可靠、安全、有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)動控制和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)等方面的設(shè)計，解決了綜合管廊在管理過程中存在內(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。

5.2平臺組成

安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統(tǒng)是一個深度集成的自動化平臺，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)。用戶可通過瀏覽器、手機(jī)APP獲取數(shù)據(jù)，通過一個平臺即可全局、整體的對管廊用電和用電安全進(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩(wěn)定、有效、有序的要求。

5.3平臺拓?fù)?/p>

5.4平臺子系統(tǒng)

5.4.1電力監(jiān)控

電力監(jiān)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(jī)保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實時監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關(guān)柜、變壓器微機(jī)保護(hù)測控裝置、發(fā)電機(jī)控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調(diào)、事故報警及記錄等。

5.4.2環(huán)境監(jiān)測

環(huán)境監(jiān)測包括溫濕度、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。

5.4.3電氣安全

AcrelEMS-UT能效管理系統(tǒng)針對配電系統(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)實時顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內(nèi)阻進(jìn)行實時監(jiān)視，發(fā)生異常時通過聲光、短信、APP及時報警。

5.5相關(guān)平臺部署硬件選型清單

5.5.1電力監(jiān)控及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

6小結(jié)

城市綜合管廊監(jiān)控運(yùn)管平臺系統(tǒng)是一個軟件工程項目，是要從整體出發(fā)合理開發(fā)、設(shè)計、實施和運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)的一項工程技術(shù)，是一個系統(tǒng)性的綜合應(yīng)用。它根據(jù)總體需求，綜合應(yīng)用社會管理學(xué)、項目管理學(xué)和統(tǒng)計分析應(yīng)用中有關(guān)的思想、理論和方法，利用電子計算機(jī)作為工具，對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、要素、信息和反饋等進(jìn)行分析，以達(dá)到較優(yōu)規(guī)劃、較優(yōu)設(shè)計、較優(yōu)管理和較優(yōu)控制的目的，滿足項目的所有應(yīng)用。在數(shù)字化經(jīng)濟(jì)社會的背景下，信息化、智能化的管理手段將成為城市基礎(chǔ)設(shè)施管理的主要方式。

參考文獻(xiàn)

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[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05

作者簡介：任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事智慧管廊監(jiān)控研究發(fā)展。