基于PLC控制系统的城市综合管廊自动化仪表解决方案

穆桐

摘要：综合管廊工程是指在城市地下建造一个市政共用隧道，将给水、排水、电力、通信等城市工程管线进行集中敷设在一起，实行“统一规划、统一建设、统一管理”的集约化建设和管理。文章以西藏那曲综合管廊为设计背景，通过实际设计案例介绍了综合管廊自动化仪表设计、选型要求、PLC控制系统网络拓扑结构及系统的设计。

关键词：综合管廊；自动化仪表；PLC控制系统；系统设计；网络拓扑结构 文献标识码：A

中图分类号：TU990 文章编号：1009-2374（2017）05-0097-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.05.047

1 城市综合管廊设施基本情况

1.1 定义

城市综合管廊是通过将电力、通讯、给水、燃气、热力、给排水、垃圾真空管等两种以上的管线集中设置到道路以下的同一地下空间而形成的一种现代化、科学化、集约化的城市基础设施，设有专门的检修口、吊装口和监测系统，实施统一规划、设计、施工、建设和管理，它解决了城市发展过程中各类管线的维修、扩容造成的“拉链路”和空中“蜘蛛网”的问题，对提升城市总体形象，创造城市和谐生态环境起到了积极推动

作用。

1.2 分类

综合管廊根据其所收容的管线不同，可分为干线管廊、支线管廊、缆线管廊（电缆沟）三种：

1.2.1 干线管廊：一般设置于道路中央下方，主要收容的管线为电力、通讯、燃气、热力、自来水等，个别项目将雨水、污水纳入管廊内。

1.2.2 支线管廊：一般设置在道路两侧或单侧，采用单舱或双舱敷设配给管线，直接服务于临近地块终端用户。主要收容的管线为电力、通讯、燃气、热力、自来水等。

1.2.3 缆线管廊：采用浅埋沟道方式建设，设有可开启盖板，但其内部空间不能满足人员正常通行要求，用于容纳电力电缆和通信电缆的管廊。

1.3 建设综合管廊的意义

1.3.1 城市地下综合管廊是新型城市市政管理基础设施建设现代化的重要标志之一。它对现代化城市環境、减少城市道路重复开挖，起到良好的示范和推动

作用。

1.3.2 地下综合管廊对满足民生基本需求和提高城市综合承载力发挥着重要作用。

1.3.3 地下综合管廊建设避免由于敷设和维修地下管线频繁挖掘道路而对交通和居民出行造成影响和干扰，保持路容完整和美观。

1.3.4 降低了路面多次翻修的费用和工程管线的维修费用，保持了路面的完整性和各类管线的耐久性。

1.3.5 仓内管线布置紧凑合理，有效利用了道路下的空间，节约了城市用地。

2 西藏那曲城市综合管廊控制系统介绍及设计

2.1 概述

在综合管廊内部，设置管廊环境检测仪表、视频监测设备、火灾报警装置、控制设备（如防火门、通风风机、照明系统等）、管廊管道介质测控仪表等，通过物联网技术和通讯网络，将数据汇总至管廊信息管理平台。建设统一的管理信息系统，集成相关数据，实现对地下管廊的属性信息和状态信息运行透彻的感知和度量，并可进行报警和预警。

2.2 自动化仪表监控系统的设计特点及设计原则

2.2.1 设计原则。依据国家节能环保要求，结合国家相关规范，设计采用的测控仪器仪表和控制系统考虑其先进性、安全性、可靠性、实用性、性能价格比，同时考虑业主的要求和操作便利、易于维护等因素，并适应测控仪表和控制系统的发展趋势。

2.2.2 设计特点。

第一，采用集散型控制架构，彻底贯彻“集中管理、分散控制”的思想，将控制权下放到每一个防火分区。当灾害发生时，即使某一个分区的控制系统遭到破坏，也不影响相邻分区和其他分区的控制，将灾害的破坏压缩到最低。

第二，本工程从仪表数据采集、通信网络、控制系统架构、智能联动和综合数据服务等方面的设计，解决了管廊监控与报警建设中存在着内部干扰性强、使用单位多及协调复杂的根本问题，大大提高了系统运行的可靠性和可管理性，提升了管廊基础设施、环境和设备的恢复效率。

第三，本系统支持工业环网技术，具备毫秒级解环，单个设备或某一段线路出现故障时，会在系统中有相应的显示，提示维护，从而避免因单个设备或某一段线路出现故障而对整个系统造成影响。

2.2.3 主要检测控制项目及控制回路说明。

第一，管廊内部温湿度检测、显示、报警联锁。当某防火分区室内温度过高于40℃时或湿度高于90%时，控制系统自动启动该区通风机强制换气，保障综合管廊内设施和工作人员的安全；室内温度低于27℃同时湿度低于80%时，风机自动关闭。

第二，管廊内部O2、CO2含量检测、显示、报警联锁。当某防火分区CO2浓度高于1000ppm或O2含量浓度低于下限值时，禁止工作人员进入该区工作，同时控制系统启动该区通风机强制换气，保障综合管廊内工作人员的安全；CO2浓度降至1000ppm以下或O2含量浓度达标时，工作人员方可入舱工作。

第三，管廊内部甲烷含量检测、显示、报警联锁。当某防火分区甲烷浓度超过报警浓度设定值（上限值）时，应由可燃气体报警器或者消防联动控制器联动启动天然气舱事故段分区及相邻分区的事故通风设备。

第四，管廊内部集水坑液位、水侵液位检测、显示、报警联锁。当某防火分区内集水坑液位达到监测高位，两台泵轮换运转；当液位达到监测超高位，双泵同时启动并报警；当液位达到集水坑顶标高时，监控室发出侵水报警信号。

第五，管廊内部风机、排水泵、照明总开关状态信号检测、显示。

第六，管廊配电系统的运行状态信号检测、显示。

第七，管廊出入口控制装置信号检测、显示。

第八，管廊内部热力进水、回水主管道的压力、温度检测、显示、报警联锁。

第九，管廊内供热管道回水流量检测、记录。

第十，管廊内燃气管道天然气压力、温度检测、显示、报警联锁。

第十一，主要受控设备：风机，区间照明系统，出入口控制装置（液压井盖），排水泵。

2.2.4 仪表选型。

第一，O2、CO2、甲烷、温湿度检测仪表：信号选用4～20mA DC（三线制），防护等级：IP65。

第二，压力、差压变送器：压力、差压变送器选用智能型，带HART协议，带数显表头，防护等级：IP65，信号采用4～20mA DC（二线制）差压变送器带三阀组。

第三，温度检测仪表：温度测量采用热电阻（Pt100），一般采用温度变送器进行信号转换进入PLC。

第四，热水流量测量，优选电磁流量计或差压式流量计。

第五，液位计：选用投入式液位计，数显表头，防護等级：IP65，信号采用4～20mA DC（二线制）。

2.2.5 控制中心的设置及PLC控制系统介绍。控制系统采用集散型计算机控制架构，本着“集中管理、分散控制”的原则，南北综合管廊各设置一个控制中心（共2个），每个防火分区现场设置一套远程控制站（RTU）。控制中心负责整个系统的协调和管理工作，现场RTU控制站负责各自区域内数据的采集和设备控制。现场数据采集、设备控制采用一套电仪一体化PLC系统。在综合管廊每个路段的每个防火分区设置1套RTU柜，每个RTU柜内安装一台千兆工业以太网交换机、一套可编程控制器（PLC）、一套UPS。控制站带有就地操作屏。所有区间的RTU柜通过千兆光纤环网（以太网）连接至管廊控制中心核心交换机。

现场控制站RTU对综合管廊内各设备、仪表进行分散控制。RTU与测控仪表、受控设备之间由开放式现场总线或信号线连接。现场控制系统网络采用以太网光纤环网，TCP/IP通讯协议、分布式实时关系数据库，网络连接设备采用工业以太网交换机。各现场RTU与控制中心之间由工业以太网进行数据通讯。现场控制系统具备设备的手动/自动状态检测、启停控制、运行状态监测、故障报警监测、温湿度检测、空气质量检测、集水坑水位监测以及实现相关的各种逻辑控制关系等功能。

参考文献

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.城市综合管廊技术规范（GB 50838-2015）[S].

[2] 湖南省建筑标准设计办公室.城市综合管廊附属工程-湖南省工程建设标准设计图集（湘2015SZ102-3）[S].

[3] 中冶东方工程技术有限公司.西藏那曲综合管廊高阶段设计[S].

（责任编辑：蒋建华）