王明單
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(xiàng)目也呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的趨勢(shì)，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(yíng)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間系統(tǒng)，“一體化監(jiān)控運(yùn)管平臺(tái)”集數(shù)據(jù)收集、遠(yuǎn)程控制、預(yù)案執(zhí)行、連鎖聯(lián)動(dòng)、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(shí)的智慧指揮中間。本文結(jié)合地級(jí)市綜合管廊項(xiàng)目的項(xiàng)目實(shí)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(tái)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(yíng)管理提供借鑒。
關(guān)鍵詞：城市綜合管廊；監(jiān)控運(yùn)管平臺(tái)；三層次系統(tǒng)架構(gòu)；軟硬件智能聯(lián)動(dòng)
1城市綜合管廊監(jiān)控運(yùn)管平臺(tái)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?lèi)管線的公共隧道，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(lèi)日益增加，需要利用到的地下空間越來(lái)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(shí)性上無(wú)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(tái)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(cè)、設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制、廊內(nèi)緊急情況處置5個(gè)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控、應(yīng)急聯(lián)動(dòng)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(duì)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(yíng)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?yàn)榫C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(zhǎng)度都比較長(zhǎng)，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(dòng)化和信息化的手段來(lái)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(méi)有完全實(shí)現(xiàn)信息共享、智能聯(lián)動(dòng)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(yíng)特點(diǎn)和管理側(cè)重，城市綜合管廊監(jiān)控運(yùn)管平臺(tái)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)采用三層次系統(tǒng)架構(gòu)體系，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“高內(nèi)聚、低耦合”，打通各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)壁壘，實(shí)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(wèn)題。
3城市綜合管廊監(jiān)控運(yùn)管平臺(tái)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(xiàng)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�，綜合管廊總長(zhǎng)度為2.4公里，監(jiān)控調(diào)度中心距離管廊現(xiàn)場(chǎng)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(xiàng)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(bào)警及巡查子系統(tǒng)、有線電話子系統(tǒng)、無(wú)線通信子系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)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(tái)系統(tǒng)部署在監(jiān)控調(diào)度中心，使用多臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器實(shí)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(tái)系統(tǒng)與深度集成的各子系統(tǒng)之間，通過(guò)約定的協(xié)議及接口方式連接，實(shí)現(xiàn)綜合監(jiān)控平臺(tái)與各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對(duì)接和指令下發(fā)。
本文我結(jié)合所參與的項(xiàng)目，主要介紹城市綜合管廊監(jiān)控運(yùn)管平臺(tái)軟件的架構(gòu)、接入技術(shù)，以及平臺(tái)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)和監(jiān)控運(yùn)管平臺(tái)應(yīng)用效果等。
3.1平臺(tái)軟件系統(tǒng)架構(gòu)
綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)軟件平臺(tái)采用三層次架構(gòu)（3-tierapplication），將整個(gè)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(wèn)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(wèn)層），在不同層次采用不同計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，實(shí)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(chǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)接入、匯聚，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息和命令執(zhí)行，是平臺(tái)和設(shè)備進(jìn)行交互的橋梁。對(duì)通過(guò)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(shí)時(shí)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(chǔ)和數(shù)據(jù)管理，對(duì)采集到的各類(lèi)設(shè)備數(shù)據(jù)，進(jìn)行分類(lèi)、清洗、計(jì)算、存儲(chǔ)；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(shí)現(xiàn)。通過(guò)對(duì)用戶的需求進(jìn)行分析、歸類(lèi)，調(diào)用數(shù)據(jù)服務(wù)層提供的數(shù)據(jù)和服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界的實(shí)時(shí)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(jì)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(tái)的軟件界面呈現(xiàn)，通過(guò)Web端、客戶端、移動(dòng)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(tái)系統(tǒng)軟硬件接入
綜合管廊監(jiān)控運(yùn)管平臺(tái)系統(tǒng)的建設(shè)主要目的是集中控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能聯(lián)動(dòng)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(cè)、氧含量檢測(cè)、甲烷檢測(cè)、應(yīng)急電源EPS狀態(tài)檢測(cè)、防火閥控制、壓差沉降儀、傾角測(cè)量?jī)x、三軸測(cè)振儀等在內(nèi)的多種設(shè)備儀表的探測(cè)和控制信息收集和執(zhí)行命令下發(fā)，實(shí)現(xiàn)在監(jiān)控運(yùn)管平臺(tái)系統(tǒng)上的各機(jī)組信息收集、自動(dòng)控制，并終實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)和信息共享。
（1）PLC硬件接入
本項(xiàng)目選擇西門(mén)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(tái)開(kāi)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(chǎng)設(shè)備進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)對(duì)接，以及執(zhí)行平臺(tái)系統(tǒng)控制命令等。
現(xiàn)場(chǎng)ACU執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，PLCETHERNET通訊模塊與監(jiān)控平臺(tái)軟件通過(guò)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(tái)系統(tǒng)與各子系統(tǒng)的對(duì)接，包括接口設(shè)備名稱、物理接口類(lèi)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(shí)施過(guò)程中，按照約定要求每個(gè)子系統(tǒng)整理一個(gè)接入技術(shù)規(guī)約書(shū)，用于指導(dǎo)軟件開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)對(duì)接工作。
3.3平臺(tái)智能監(jiān)控聯(lián)動(dòng)應(yīng)用
在實(shí)際應(yīng)用中，監(jiān)控運(yùn)管平臺(tái)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制有三種方法：硬聯(lián)動(dòng)、軟聯(lián)動(dòng)及遠(yuǎn)程控制。硬聯(lián)動(dòng)是指?jìng)鞲衅髦g的直接聯(lián)動(dòng)，如水位開(kāi)關(guān)直接控制水泵的啟停；軟聯(lián)動(dòng)是指通過(guò)區(qū)域控制器的邏輯運(yùn)算后，經(jīng)指令動(dòng)作，如水位開(kāi)關(guān)的信號(hào)先送入?yún)^(qū)域控制器，經(jīng)過(guò)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(tái)上執(zhí)行控制指令。
應(yīng)急聯(lián)動(dòng)控制管理方案：由于城市地下綜合管廊現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)工作和巡檢工作，自動(dòng)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(duì)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(mén)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(dòng)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(shí)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(shí)，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(mén)，在火災(zāi)撲滅后，再啟動(dòng)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(tái)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(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，也為管理決策提供了數(shù)據(jù)支持和指揮手段，平臺(tái)系統(tǒng)利用智能化數(shù)字分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了城市綜合管廊運(yùn)營(yíng)管理的信息化、數(shù)字化、智能化，綜合監(jiān)控運(yùn)管平臺(tái)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(shí)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(tái)開(kāi)發(fā)技術(shù)應(yīng)用
綜合管廊監(jiān)控運(yùn)管平臺(tái)系統(tǒng)主要由管理平臺(tái)系統(tǒng)及各子系統(tǒng)中央管理級(jí)設(shè)備組成，分層次、分模塊進(jìn)行開(kāi)發(fā)和對(duì)接，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域管廊的集中監(jiān)控和管理，軟件開(kāi)發(fā)和功能實(shí)現(xiàn)主要技術(shù)應(yīng)用有：
5AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺(tái)
5.1平臺(tái)概述
AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺(tái)集電力監(jiān)控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)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(dòng)控制和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)等方面的設(shè)計(jì)，解決了綜合管廊在管理過(guò)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(wèn)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(tái)組成
安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統(tǒng)是一個(gè)深度集成的自動(dòng)化平臺(tái)，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(mén)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(guò)瀏覽器、手機(jī)APP獲取數(shù)據(jù)，通過(guò)一個(gè)平臺(tái)即可全局、整體的對(duì)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(shí)滿足管廊用電可靠、安全、穩(wěn)定、有效、有序的要求。
5.3平臺(tái)拓?fù)?
5.4平臺(tái)子系統(tǒng)
5.4.1電力監(jiān)控
電力監(jiān)控主要針對(duì)10/0.4kV地面或地下變電所，對(duì)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(duì)0.4kV出線配置多功能計(jì)量?jī)x表，用于測(cè)控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實(shí)時(shí)監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)柜、變壓器微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置、發(fā)電機(jī)控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測(cè)、遙調(diào)、事故報(bào)警及記錄等。
5.4.2環(huán)境監(jiān)測(cè)
環(huán)境監(jiān)測(cè)包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃?xì)怏w濃度、門(mén)禁、視頻、空調(diào)、消防數(shù)據(jù)的采集、展示和預(yù)警，同時(shí)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(duì)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(mén)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(shí)時(shí)顯示，并且對(duì)UPS的蓄電池溫度、內(nèi)阻進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，發(fā)生異常時(shí)通過(guò)聲光、短信、APP及時(shí)報(bào)警。
5.5相關(guān)平臺(tái)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(tái)系統(tǒng)是一個(gè)軟件工程項(xiàng)目，是要從整體出發(fā)合理開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)的一項(xiàng)工程技術(shù)，是一個(gè)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(huì)管理學(xué)、項(xiàng)目管理學(xué)和統(tǒng)計(jì)分析應(yīng)用中有關(guān)的思想、理論和方法，利用電子計(jì)算機(jī)作為工具，對(duì)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(jì)、較優(yōu)管理和較優(yōu)控制的目的，滿足項(xiàng)目的所有應(yīng)用。在數(shù)字化經(jīng)濟(jì)社會(huì)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)
[1]劉航.信息安全技術(shù)在城市地下綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用.
[2]徐林.城市綜合管廊監(jiān)控運(yùn)管平臺(tái)系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05