滇中新区智慧管廊环境和设备监控系统设计

凌琪

（中冶京诚工程技术有限公司）

1 引言

滇中新区是2015年9月批准成立的第15个国家级新区。地下综合管廊是保障新区城市建设和人民生活安全、经济、高效、便捷的城市基础设施建设工程。根据国家有关政策和新区经济战略定位，建设安全、高效的智慧管廊势在必行。

2 项目概况

本设计包括哨关路、嵩昆路综合管廊环境和设备监控系统。哨关路智慧管廊工程包括控制中心和管廊现场两部分，全长10.19km；控制中心位于哨关路与嵩昆路交叉口东北角。嵩昆路综合管廊长度为7.444km。两条管廊均为双舱结构（电力舱、管道舱）。根据当地气象水文资料和设计需求，工程所涉及的管廊内潮湿且伴有凝露和腐蚀性气体，监控设备应能适应管廊内环境要求，且应能承受爆管事故影响。

3 问题提出

管廊属于地下设施，需要人员定期巡检和管线入廊施工，为了解决环境安全问题，管廊环境检测系统主要对管廊各舱室内的氧气浓度、温湿度、水位等参数进行监测，监控系统根据管廊内环境检测系统的参数，对管廊环境进行实时控制，确保管廊内的环境舒适、安全。

通过对现有管廊监控系统配置和控制方式的梳理，目前智慧管廊环境与设备监控系统所要解决的问题主要是：

1）寻求稳定可靠的方法实现管廊的环境和设备监控，保障人员财产安全。

2）所选设备能应对管廊的特殊环境。

3）所选设备的扩展性需满足后续管廊建设集中监控需求。

4 系统功能设计

滇中新区综合管廊的环境和设备监控系统设计着力于贴合项目作为综合管廊信息化示范项目需求，提高综合管廊工程项目的智能化水平。根据前面问题寻求最优的环境和设备监控系统方案如下：

考虑长期运营的安全可靠，本设计采用基于工业PLC的控制柜技术方案。PLC利用诊断系统对PLC本身和外部连接设备的运行状态进行分析判断。当现场环境异常时，系统快速采集、处理故障数据，同时完成在线计算、存储、统计、报警、分析报表和数据远传等功能。

管廊环境检测系统主要对管廊各舱室内的氧气浓度、温/湿度、水位等参数进行监测，监控系统根据管廊内环境检测系统的参数，对管廊环境进行实时控制，确保管廊内的环境舒适、安全。管廊内设备监控主要包括排水控制、通风控制、照明控制和电力监控。

1）排水控制

综合管廊潜水泵设就地手动操作及液位自动控制方式，并将集水坑的液位信号以及潜水泵状态信号反馈至监控系统。液位传感器发生水位超限报警时，系统自动报警，联动视频监控系统，打开相关区间的照明，自动将该位置的视频图像画面切换至大屏上，供人工确认。

2）通风控制

风机设就地手动操作、防火分区出入口处手动操作及监控系统远程操作方式，并将风机状态信号反馈至监控系统。正常情况下，管廊内温度超过40℃时，电动开启风机低速排风，低于30℃时，联动风机关闭，以保证管廊内的适宜温度；巡检时，应开启所需巡检区段的通风系统30min后，待氧含量高于21%时，工作人员方可进入；火灾发生时，电动关闭火灾及其相邻通风区段的风机及风机入口阀门；火灾发生后，电动开启风机及风机入口阀门，高速运转进行事故通风，以排除管廊内烟气、废气。

3）照明控制

综合管廊照明按防火分区进行分段控制，设防火分区出入口处手动操作及监控系统远程操作方式，并将各舱室的照明状态信号反馈至监控系统。操作人员可借助多种照明控制模式，实现对不同时间、不同工况、不同区域的照度进行精确设置和合理管理，从而达到节能目的。

4）电力监控

系统对变电站供电、配电的电压、电流和功率进行采集和监视，保证电能的安全和质量。电力监测设计采用电力多功能仪表通过仪表自带RS485接口把电能质量信息通过Modbus协议接入ACU控制柜控制单元。

5）网络和控制系统的诊断

利用工业PLC的自诊断功能和工业管理型交换机的网络管理诊断功能，来监控PLC系统CPU运行状态、网络状态等。当系统出现故障，到诊断画面上可以非常清晰地看到故障的控制设备和通讯设备。

系统上位机采用SCADA监控平台，设备具有系统资源的共享性和兼容性，操作监视集中化归于监控中心。在监控中心实现多个HMI的互为备用，每个HMI操作站具有完善的报警系统、趋势记录、报表记录、操作记录，实现标准化、可视化的管廊内部环境、设备运行状态的实时监控。

5 系统网络结构设计

根据工程防火分区和通风分区重合，以及需要监控的设备安装位置的实际情况，在管廊每个排风井夹层的机柜室内设置ACU控制柜。哨关路综合管廊工程共分为59个防火分区，共设置了29台ACU控制柜。嵩昆路综合管廊工程共分为40个防火分区，共设置了20台ACU控制柜。每条路有各自的独立控制系统光纤环网。同一条道路地下管廊的各个ACU控制柜与控制中心控制柜的道路汇聚交换机以环形结构100Mbps单模室外光纤以太网TCP/IP协议实现通讯；光纤采用阻燃单模八芯铠装光缆。

本项目监控中心定位管廊监控运维分监控中心，为主监控中心和智慧城市监控中心预留数据接口，通过防火墙进行外部数据隔离和内部数据加密。每条道路管廊控制环网接入对应汇聚交换机，再连接到核心交换机，数据信息就能通过工业防火墙后集中到监控中心进行管理。工作站和服务器通过双绞电缆与交换机连接。交换机间数据的隔离利用可以有效保障底层控制系统的安全。

6 系统主要硬件选型

1）现场ACU控制柜

ACU控制柜内工业PLC模块和交换机，包括CPU运算处理RAM存储模块，通讯接口模块，IO接口扩展模块，具有防水、防尘、防静电设计，并加防腐涂层，单台控制柜具有CPU运算功能，具有自诊断功能。

控制模块选用进口一线品牌工业级产品,带防腐蚀涂层,防盐雾和气体腐蚀,在冷凝/结霜工况下正常工作,以应对高湿环境。ACU中控制单元要求具有高速网络传输技术，确保系统具有高效数据交换和I/O处理能力。综上考虑，采用西门子SIPLUS系列产品对设计进行实现。CPU采用1500系列，扩展模块采用ET200SP系列。PLC模块均符合宽温-40～60℃,满 足 EN 60721:3C4、EN 60721:3B2标准。PLC模块插槽备用10%，I/O点备用 20%。

①PLC模块配置：以哨关路管廊控制柜为例，每台ACU控制柜内主要PLC模块配置如表1。

表1 PLC模块配置

为了系统的供电安全稳定，现场仪表和PLC控制柜电源由不间断电源装置（即UPS）提供。

2）环境和设备监控系统监控中心设备

在机柜室设主PLC和通讯机柜,内装主PLC,实现各个ACU之间的联动；内装核心交换机，实现和ACU、安防系统、通信系统、火灾报警等系统的数据通讯，以及和管线公司、智慧城市平台的数据共享；内装防火墙，使智慧平台免受网络攻击，保障系统安全；内装隔离网闸，保障工控安全。

在控制室设工程师站1套 ,装编程软件、画面组态软件、智慧平台编程组合软件。另设操作员站3套 ,装监控软件客户端。

7 结语

滇中新区智慧管廊环境与设备监控系统的设计中ACU控制单元和控制柜柜体均采用高防护等级产品，产品实用、成熟、可靠、有使用实绩，备件能够保证供应；工业PLC模块在结构上采用灵活性、可扩展性优良，确保系统具有高效数据交换能力和安全稳定性。设备选型满足了管廊的特殊环境和后续管廊建设集中监控的扩展性需求，实现管廊的环境和设备监控的稳定可靠，项目实际应用效果良好。