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王蘭
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：在城市化進程推進、大城市人口急劇膨脹的背景下，為了解決城市發(fā)展和建設的需要，城市基礎(chǔ)設施建設。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營管理手段，為綜合管廊在基礎(chǔ)設施集約化管理基礎(chǔ)上，提供更多和更科學的解決方案。作為綜合管廊管理的大腦中樞系統(tǒng)，“一體化監(jiān)控運管平臺"集數(shù)據(jù)收集、遠程控制、預案執(zhí)行、連鎖聯(lián)動、智慧運管和狀態(tài)信息數(shù)據(jù)分析指導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)控運管平臺系統(tǒng)的建設技術(shù)思路和技術(shù)應用，希望能為后續(xù)管廊建設和運營管理提供借鑒。
關(guān)鍵詞：城市綜合管廊；監(jiān)控運管平臺；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)控運管平臺系統(tǒng)的建設意義
城市地下綜合管廊指城市地下空間集中敷設電力、通信、給排水、熱力、燃氣等各類管線的公共隧道，也包括消防、照明、監(jiān)控、通風、排水等自身設備。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備設施安全運行，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，建設一套完善的、可擴展的、模塊化的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，變成綜合管廊智能化應用的重要一環(huán)。
城市綜合管廊監(jiān)控運管平臺為管廊內(nèi)資產(chǎn)管理、設備運行情況、管廊內(nèi)環(huán)境情況監(jiān)測、設備遠程監(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備監(jiān)控及能耗管理解決方案，助力管理企業(yè)實現(xiàn)遠程設備監(jiān)控、應急聯(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)敷設眾多不同作用的管線，管線的運行安全，需要定期巡檢，對于管廊管理工作提出了比較高的要求?，F(xiàn)在城市綜合管廊運營管理方式，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施，環(huán)境比較復雜，一般管廊長度都比較長，重要設備安裝點位比較多等特點，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)之間比較獨立，存在信息孤島，沒有實現(xiàn)信息共享、智能聯(lián)動和數(shù)據(jù)分析應用等功能。
結(jié)合城市綜合管廊的運營特點和管理側(cè)重，城市綜合管廊監(jiān)控運管平臺系統(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，在設備遠程監(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)控運管平臺系統(tǒng)技術(shù)應用
2019年我參與了某市商務區(qū)綜合管廊項目的智能化建設，本工程涉及三條市政道路，為三艙管廊（包括：綜合艙、電力艙和燃氣艙），綜合管廊總長度為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項目。
綜合管廊涵蓋的主要業(yè)務子系統(tǒng)有環(huán)境與設備監(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)、you線電話子系統(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)庫服務器和應用服務器實現(xiàn)軟件基礎(chǔ)環(huán)境功能，服務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)控運管平臺應用效果等。
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)務應用劃分為：表現(xiàn)層（UI）、業(yè)務邏輯層（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信息技術(shù)，實現(xiàn)有效、穩(wěn)定、先進的系統(tǒng)應用。
（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)絡架構(gòu)，通過通信網(wǎng)絡接入、匯聚，現(xiàn)場設備信息和命令執(zhí)行，是平臺和設備進行交互的橋梁。對通過各種通信接口，如TCP網(wǎng)絡、UDP網(wǎng)絡、RS485串口、RS232串口、CAN等，接入系統(tǒng)中的設備，按照設備自身的通信協(xié)議格式，進行設備實時參數(shù)和狀態(tài)的收集、控制命令的下達。
數(shù)據(jù)服務層，也屬于數(shù)據(jù)層傾向于數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)管理，對采集到的各類設備數(shù)據(jù)，進行分類、清洗、計算、存儲；根據(jù)用戶功能要求，進行數(shù)據(jù)的分析、挖掘、處理，以標準服務方式提供給應用層，是應用層功能的支撐。
（2）應用層：應用層，也稱為業(yè)務邏輯層（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行分析、歸類，調(diào)用數(shù)據(jù)服務層提供的數(shù)據(jù)和服務，實現(xiàn)對物理世界的實時控制、準確管理和科學決策。
（3）表現(xiàn)層：在軟件體系架構(gòu)設計中，本層的主要功能是數(shù)據(jù)信息展示、控件布置和應用界面設置等，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)控運管平臺系統(tǒng)的建設主要目的是集中控制、環(huán)境監(jiān)測、智能聯(lián)動和應急指揮，主要功能包括水泵狀態(tài)和控制、風機狀態(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)控運管平臺系統(tǒng)上的各機組信息收集、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)場設備進行通信和數(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，采用標準的RJ45接口。
（2）軟件接入?yún)f(xié)議
綜合管廊監(jiān)控運管平臺系統(tǒng)與各子系統(tǒng)的對接，包括接口設備名稱、物理接口類型、軟件接口協(xié)議、接口協(xié)議要求、功能達成目標等都做了詳細的約定，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)動應用
在實際應用中，監(jiān)控運管平臺系統(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)過邏輯運算得出的結(jié)果控制水泵的啟停；遠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，所以應有合理的應急方案，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按照設置的參數(shù)對設備進行控制，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，在人員進入地下綜合管廊前30分鐘，啟動風機，確保人員進入地下綜合管廊內(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、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大，造成更大的損失，例如當發(fā)生火災時，區(qū)域控制器ACU立即關(guān)閉所有風機和防煙防火閥門，在火災撲滅后，再啟動該防火分區(qū)的所有風機和風閥，進行排煙。
管廊監(jiān)控運管平臺系統(tǒng)的建設，既滿足了運管單位日常生產(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)了城市綜合管廊運營管理的信息化、數(shù)字化、智能化，綜合監(jiān)控運管平臺的應用是提高生產(chǎn)效率、整合管廊公共資源的關(guān)鍵所在，保障了管廊設備設施的運行安全，為管廊在實際管理中提供了技術(shù)手段和保護承諾。
4城市綜合管廊監(jiān)控運管平臺開發(fā)技術(shù)應用
綜合管廊監(jiān)控運管平臺系統(tǒng)主要由管理平臺系統(tǒng)及各子系統(tǒng)中央管理級設備組成，分層次、分模塊進行開發(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)應用有：
軟件平臺在基礎(chǔ)平臺基礎(chǔ)上進行二次開發(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)軟件平臺可在應用層提供聯(lián)動預案管理，將以往經(jīng)驗整合在系統(tǒng)中，當觸發(fā)事件發(fā)生時，實現(xiàn)按照預定方案進行跨子系統(tǒng)、多設備的聯(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，可以提出預警，也可以提前一小時啟動聯(lián)動風機預案，進行管廊內(nèi)通風換氣，使管廊內(nèi)氧氣濃度達到合格標準。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行（Windows/Linux/Unix），支持各種應用功能擴展。6)軟件平臺采用統(tǒng)一授權(quán)系統(tǒng)的安全機制，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進行二次開發(fā)，可用瀏覽器遠程監(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、系統(tǒng)架構(gòu)、聯(lián)動控制和綜合數(shù)據(jù)服務等方面的設計，解決了綜合管廊在管理過程中存在內(nèi)部干擾性強、使用單位多及協(xié)調(diào)復雜的根本問題，大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎(chǔ)設施、環(huán)境和設備的使用和恢復效率。
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)、智能馬達監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)、消防設備電源系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)。用戶可通過瀏覽器、手機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行進行集中監(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平臺拓撲
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保護裝置及多功能儀表進行保護和監(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(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、可燃氣體濃度、門禁、視頻、空調(diào)、消防數(shù)據(jù)的采集、展示和預警，同時也可接入管廊艙室內(nèi)的水泵和通風排煙風機等設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)、設計、實施和運用系統(tǒng)科學的一項工程技術(shù)，是一個系統(tǒng)性的綜合應用。它根據(jù)總體需求，綜合應用社會管理學、項目管理學和統(tǒng)計分析應用中有關(guān)的思想、理論和方法，利用電子計算機作為工具，對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、要素、信息和反饋等進行分析，以達到較優(yōu)規(guī)劃、較優(yōu)設計、較優(yōu)管理和較優(yōu)控制的目的，滿足項目的所有應用。在數(shù)字化經(jīng)濟社會的背景下，信息化、智能化的管理手段將成為城市基礎(chǔ)設施管理的主要方式。
參考文獻
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