地下管廊系统自控设计_张俊.pdf

SOFTWARE2022软 件第 43 卷 第 12 期2022 年Vol.43,No.12作者简介：张俊（1984）,男,本科,工程师,研究方向：局域网、计算机网络、数据库、软件设计。地下管廊系统自控设计张俊(天津市中环系统工程有限责任公司，天津 300221)摘要：地下综合管廊是在城市地下建造的一个隧道空间,将电力、通信、给水、排水、热力、燃气等多种市政管线集中敷设,经过统一规划、统一设计、统一建设和管理,提高地下空间有效使用率。基于现代传感技术、网络通信技术及物联网等信息化技术,为在管廊内建设一个集成设备和环境监控、安防、火灾报警、语音通讯、电力监控等子系统的自动化平台进行了分析,目的是借助自动化、信息化技术,有效地提升综合管廊的运行管理自动化水平。关键词：综合管廊；PLC；环境监控；自动控制中图分类号：TP319文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2022.12.044本文著录格式：张俊.地下管廊系统自控设计J.软件,2022,43(12):165-168The Automatic Control Design of Utlity TunnelZHANG Jun(Tianjin Zhonghuan System Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300221)【Abstract】：Theundergroundcomprehensivepipegalleryisatunnelspacebuiltundergroundinthecity.Itcentralizesthelayingofpower,communication,watersupply,drainage,heat,gasandothermunicipalpipelines.Throughunifiedplanning,design,constructionandmanagement,theeffectiveutilizationrateofundergroundspaceisimproved.Basedonmodernsensortechnology,networkcommunicationtechnology,InternetofThingsandotherinformationtechnologies,thispaperanalyzestheconstructionofanautomationplatformintegratingequipmentandsubsystemssuchasenvironmentalmonitoring,security,firealarm,voicecommunication,powermonitoring,etc.inthepipegallery,withthepurposeofeffectivelyimprovingtheautomationleveloftheoperationandmanagementofthecomprehensivepipegallerywiththehelpofautomationandinformationtechnology.【Key words】：utilitytunnel;PLC;environmentmonitoring;automaticcontrol设计研究与应用综合管廊为地下空间,安全稳定的运行是设计首先考虑的前提。自动监控系统由监控中心、现场控制分站（PLC）和通讯网络组成管理层、现场控制层和设备层的三级计算机分布式控制系统,对综合管廊进行集中管理监控。现场实现无人值守、可适当安排人员进行巡视,确保安全可靠。综合管廊自动监控系统包括设备监控系统、视频监控及安防系统、火灾报警及消防联动控制系统、环境监测系统、变配电系统、入侵报警系统、网络系统等。1 自控系统组成及原理1.1 设备监控系统设备监控系统由两级构成,即监控中心和现场控制分站。PLC具有信息采集、数据处理、控制报警、上传信息及接收上级自动控制指令等功能。通过交换机接至100Mbps环网光纤网,与监控中心进行实时数据、信息交换1。1.2 视频监控及安防系统在管廊每个防火分区中间设置带红外的网络枪机 2台实时采集图像信息。采集到的视频信号通过工业以太网交换机、通讯光纤上传至监控中心视频监控系统服务器经数据处理,视频监控画面都实现全范围实时显示,并且可在监视器上切换显示各防火分区的监视画面。1.3 火灾报警控制器系统消防系统由分布式光纤温度传感系统（DTS）和火灾自动报警系统两部分组成。分布式光纤温度传感系统具有抗干电磁扰、防腐蚀、无击穿等优点。感温光缆沿管廊顶铺设对现场实时监测,在每个防火分区的出入口设置手动报警按钮。当管廊内某防火分区发生火灾时,联动视频监控系统,通过视频画面,确认报警。切除非166软 件第 43 卷 第 12 期SOFTWARE消防电源,联锁关闭相应分区内排风机、排烟防火阀、诱导风机及电动风阀,使着火区段缺氧。确认灭火后,开启通风设备排除烟气。1.4 变配电系统变配电系统中箱式变电站,动力、照明配电柜内的开关状态信号、故障信号等各种电气参数传至 PLC 分站,再经网络系统传至监控中心进行实时监控管理。1.5 有害气体检测及环境监测系统在每个防火分区中间设置一氧化碳探测器、氧气探测器、温湿度探测器,信号传至 PLC 及监控中心,通过预设逻辑关系启动相应设备来改善管廊环境。1.6 入侵监测系统在每个防火分区防火门处设置红外入侵探测器,当有非工作人员进入时,红外入侵探测器报警并将信号传至现场 PLC 及监控中心、通过预设逻辑关系开启照明灯具及视频监控摄像机,对入侵人员进行监控。1.7 网络系统由于管廊内设备比较多,环境恶劣,网络系统采用工业以太网设备组成光纤环网进行信息交换处理的网络拓扑架构。通过网络系统实施各系统的环网接入及搭建,以便各子系统的方便管理及优化。在更大程度上改善并优化了网络的链路冗余,网络出现故障时能够自愈,其自愈时间很短。几乎难以察觉。更快更有效的改进了管廊各系统对网络的利用。该环网系统能够实现为地下管廊 IP 电话、视频、数据和以太网提供“三网合一”综合信息传输平台,系统运行可靠,安全,稳定性强,界面友好,操作简单,维护方便,并且系统能够实现语音、数据、以太网和视频等业务的灵活接入2。2 系统解决方案2.1 设计原则综合管廊内部设置现代化监控与报警系统,采用以智能化固定监测与移动监测相结合为主、人工定期现场巡视为辅的多种高科技手段,确保“管廊”内全方位监测、运行信息反馈不间断,达到节能、高效、实时管理。根据综合管廊建设规模、纳入管线的种类、综合管廊运营维护管理模式等合理确定监控与报警系统的组成及其系统架构、系统配置。规划落实各级控制管理职能,规划预留与智慧城市、各市政管理系统及城市管理系统的接口。系统具有可扩展性、易维护性、开放性和灵活性3。2.2 总体结构管廊自控系统主要由上位调度中心监控平台以及下位 PLC 数据采集控制子系统组成。调度中心的监控平台主要负责对管廊内的环境情况进行实时监视,并对管廊内部发生的突发情况进行紧急处理。管廊内部的现场 PLC 数据采集控制子站,主要负责实现环境数据监测、照明集中控制、自动排放污水、廊内空气自动循环调节、有毒气体排放、管道进出管廊的阀门及闸阀远程应急关闭、液压逃生井盖的远程控制等功能。2.3 通讯结构根据综合管廊控制模式,环境与设备监控系统的网络部分主要由 3 个层次组成,如图 1 所示。第一层：为 100Mbps 以太网中心控制网,用于中心设备的联络；第二层：为现场光纤以太网交换机组成的 100Mbps工业冗余环网,将多个现场数据的传输网络与中心控制室网络互通,达到现场区域控制器与中央计算机系统连接起来；第三层：为现场总线网,用于连接远端模块、信息采集设备、智能仪表、相关机电设备等现场设备。设备监控系统网络架构方案UPS-3KVAETHERNET总控站 程序员工作站 操作员工作站 操作员工作站多屏幕控制装置多屏显示器SIS监控中心交换机交换机交换机触摸屏触摸屏触摸屏PLCPLC触摸屏PLC交换机(联络通道入口)100Mbps工业EtheRnct/IP冗余环网交换机交换机交换机交换机交换机触摸屏触摸屏触摸屏触摸屏PLCPLCPLCPLC温湿度仪表H2S仪表照明风机含氧仪表CH4仪表电动阀门泵变形检测仪 图 1 环境与设备监控系统Fig.1 Environment and equipment monitoring system3 PLC 数据采集子系统PLC 具有信息采集、数据处理、控制报警、上传信息及接受上级自动控制指令等功能。通过交换机接至光纤网,与监控中心进行实时数据、信息交换。主要功能是监控管廊内排水泵、风机、风阀、照明等工作状态及设备状况；根据防火区内的氧气、温湿度、液位等设备实时检测的参数,实现对风机风阀的控制,并检测风机的工作状态；根据积水坑的液位实现对水泵的监视和控制4。3.1 环境数据的检测现场数据采集子系统的 PLC 采集管廊内各环境仪表的数据。每防火分区设置仪表采集点位（按三仓处理）。每仓分区中间安装含氧监测仪表 1 台,温湿度监测仪表1 台,二氧化碳传感器 1 台,硫化氢监测仪表 1 台。在污水仓加装甲烷传感器 2 台,氨气传感器 2 台。PLC 根据设定的参数对现场环境情况进行判断,对综合管廊的167张俊：地下管廊系统自控设计电力、温度、湿度、燃气、有毒气体、易燃气体、空气质量、通讯质量、人为损坏、入侵、火灾烟感、水位等环境数据进行监控,当出现不适宜人员进入的时候,管廊内会发出声光报警进行提示。3.2 照明系统集中控制管廊内设置正常照明系统和应急照明系统,其中应急照明由消防系统进行联动控制。在每个防火分区的独立舱室内,均配备一套正常照明系统。正常照明系统的控制方式包括进出口手动操作方式和远程控制两种。进出口手动操作方式是指工作人员在进出管廊的时候,通过进出口处安装的触摸屏手动打开和关闭照明系统；远程控制方式是指由调度中心的工作人员通过监控系统软件远程打开和关闭照明系统。在发生火灾或电力供电故障时,消防系统会自动打开应急照明系统。3.3 集水井系统的控制每个集水井内需要潜水泵进行排水,水泵需提供开关状态、故障、远程/现场等状态信号,以及远程控制命令信号。每个集水井应配备 3 台潜水泵,其中 2 台正常使用,1 台备用（3 台设备轮流备用,便于现场进行设备检修）。水泵的控制方式包括本地手动控制方式、远程手动控制方式以及自动控制方式 3 种。其中本地手动控制方式是指工作人员直接在水泵控制柜（箱）上进行操作；远程手动控制方式是指调度中心的工作人员通过上位监控系统软件远程对水泵进行打开及关闭的操作；自动控制方式是指水泵由 PLC 系统进行控制,系统根据水位报警等信号自动对水泵进行操作的控制方式。在每个集水井内安装 4 个液位开关,分别用来检测井内的水位低低报警、低报警、高报警和高高报警。其中低低报警的作用是为了防止水位过低而引起水泵故障；低报警和高报警的作用是监测积水井内的水位是否达到开泵预警限位；高高报警的作用是监测积水井内的水位是否达到危险程度,此时应增加工作水泵的数量。在水泵采用自动控制方式时,当 PLC 检测到积水井水位高报警的时候,说明当前积水情况已达到开泵预警,系统应自动打开一台水泵进行抽水的工作；在一台水泵进行抽水工作的时候,如果 PLC 检测到水位高高报警信号,证明一台水泵的工作能力已无法满足积水的增加,此时系统应再打开一台水泵进行抽水工作；在水泵进行抽水工作的时候,如果 PLC 检测到水位低报警的信号,那么应立即关闭正在工作的水泵,防止因水位过低引起的设备损坏。在采用自动控制方式的时候,当 PLC 检测到管廊内液位报警的时候,系统应马上打开两台水泵进行紧急处理。3.4 通风系统的控制管廊内按照每一个舱位、每一个防火分区设置一进一出两个通风口,并安装相应的通风设备。在管廊的各舱室内安装含氧量检测仪、二氧化碳检测仪、硫化氢检测仪。在污水舱加装甲烷检