管廊環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控架構(gòu)與系統(tǒng)功能介紹

徐霜
          安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：目前，城市的管廊弱電系統(tǒng)并沒(méi)有形成規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的系統(tǒng)方案，大多都是借鑒地鐵、隧道等的綜合監(jiān)控或者是樓宇間的自動(dòng)化系統(tǒng)方案，所以現(xiàn)階段的管廊弱電系統(tǒng)方案并不完善，還需要不斷探索與進(jìn)步。城市管廊弱電系統(tǒng)的門檻比較低，從而導(dǎo)致施工單位間的技術(shù)水平差異較大，而且各單位之間溝通較差，缺乏相互協(xié)作，在方案設(shè)計(jì)上也是意見不同，設(shè)計(jì)不過(guò)關(guān)。鑒于此，主要對(duì)管廊環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了分析，總結(jié)了相關(guān)的技術(shù)要點(diǎn)，以供參考。

關(guān)鍵詞： 綜合管廊； 弱電系統(tǒng)； 設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)； 

引言

近幾年，我國(guó)很多城市逐步規(guī)劃并建設(shè)了地下綜合管廊。地下綜合管廊的建設(shè)，符合國(guó)家對(duì)綜合走廊的要求，也滿足了一些城市在新道路上的功能要求，且市政管線的集約化布置有利于管道的維護(hù)和保養(yǎng)。同時(shí)，地下綜合管廊擴(kuò)大了城市的綜合承載力，提高了城市的服務(wù)水平。要想保證綜合管廊內(nèi)部各個(gè)網(wǎng)線的運(yùn)行安全，就必須與監(jiān)控系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)等配套使用，以此提高網(wǎng)線的安全運(yùn)行效率。為保證管廊內(nèi)部運(yùn)行的信息能夠得到反饋，就要采取智能化的固定監(jiān)測(cè)和人工巡檢相結(jié)合的方式。本文結(jié)合地鐵廊道弱電系統(tǒng)的實(shí)際情況，對(duì)城市綜合走廊監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。

1廊內(nèi)設(shè)備與環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

1.1廊內(nèi)設(shè)備

在綜合管廊的內(nèi)部的每個(gè)防火分區(qū)里都需建一套PLC控制單元，主要負(fù)責(zé)監(jiān)控每個(gè)區(qū)域內(nèi)的設(shè)備監(jiān)控，比如有風(fēng)機(jī)、照明、排水泵、綜合氣體檢測(cè)儀、供配電系統(tǒng)信息化數(shù)據(jù)設(shè)備等。其中，出／入口控制器和供配電系統(tǒng)信息化等設(shè)備是自帶控制單元的，它們可以利用RS485總線接入到PLC，經(jīng)過(guò)處理后由TCP/IP通信模塊接入到工業(yè)級(jí)的交換機(jī)內(nèi)；對(duì)于管廊內(nèi)的風(fēng)機(jī)、照明、水泵、井蓋等設(shè)備來(lái)說(shuō)，可以利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸方式接入到PLC，進(jìn)而將得到的數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心。PLC可以接受遠(yuǎn)程控制，在接收到監(jiān)控中心所發(fā)送的指令之后可以對(duì)上述的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。除了遠(yuǎn)程控制外，還有本地控制模式，可將各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)上傳到PLC內(nèi)預(yù)設(shè)的程序中并進(jìn)行控制，從而接收控制信號(hào)再控制本地。以往的工程分區(qū)需要控制的點(diǎn)比較少，所以一般都是采用多個(gè)分工共用一個(gè)PLC主機(jī)和數(shù)套分布式I/O系統(tǒng)的方式。這種方式導(dǎo)致在實(shí)際的施工過(guò)程中PLC主機(jī)與數(shù)套分布式I/O模塊的分布間距過(guò)長(zhǎng)，不利于擴(kuò)展；而且有一部分PLC主機(jī)和分布式I/O模塊間連接的纜線需要特殊定制，這就增加了成本。所以，針對(duì)以上兩種情況，建議綜合管廊內(nèi)部的每個(gè)分區(qū)都建設(shè)一個(gè)ＰＬＣ自控單元，既可以提高設(shè)備的穩(wěn)定性，又可以提升它的延展性。

1.2監(jiān)控系統(tǒng)功能

根據(jù)國(guó)家《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》提出的要求，必須具備地下綜合管廊的監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)要結(jié)合多種技術(shù)進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)和管理，如計(jì)算機(jī)、通信、控制等技術(shù)，并且要保證管廊內(nèi)部各專線如電力電纜、燃?xì)夤艿赖?，以及管廊?nèi)的溫濕度設(shè)備、風(fēng)機(jī)、水泵、井蓋等的運(yùn)行安全。此外，要對(duì)人員定位、遠(yuǎn)程廣播等方面進(jìn)行監(jiān)控和管理，要求地下管廊內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)與管廊的環(huán)境狀態(tài)要保持一致，保證管廊環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化的控制。圖１顯示了城市地下綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)功能。

圖１　城市地下綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)功能

2綜合管廊設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)分析

2.1管廊環(huán)境監(jiān)控

管廊環(huán)境主要包括環(huán)境的濕度、溫度、有害氣體、水泵、風(fēng)機(jī)等內(nèi)容，環(huán)境監(jiān)控就是要對(duì)以上內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)測(cè)。管廊內(nèi)部是一個(gè)比較封閉的空間，且逃生出口有限，所以必須要保證管廊中有害氣體、溫度、濕度等的安全，才能允許檢查維護(hù)人員進(jìn)入到管廊內(nèi)部，這也是對(duì)人員安全的負(fù)責(zé)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化可以保證管廊環(huán)境的安全，如當(dāng)廊內(nèi)氧氣過(guò)低、溫度濕度等過(guò)高時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)并開啟通風(fēng)設(shè)備，強(qiáng)行換氣；如若積水坑的水位過(guò)高，它同樣會(huì)發(fā)出警報(bào)并停止排水泵的運(yùn)行。

2.2火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

火災(zāi)監(jiān)測(cè)適合采用以光纖測(cè)溫機(jī)和感溫光纖等作為主要的火災(zāi)監(jiān)測(cè)裝置。測(cè)溫光纖負(fù)責(zé)確定火災(zāi)發(fā)生的具體位置，然后再將這些信息傳輸給光纖測(cè)溫主機(jī)；測(cè)溫光纖主機(jī)的任務(wù)就是將火災(zāi)發(fā)生的位置、溫度以及火災(zāi)的報(bào)警信號(hào)傳輸給火災(zāi)報(bào)警裝置，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)再發(fā)動(dòng)消防聯(lián)動(dòng)信號(hào)。部分管廊內(nèi)部會(huì)設(shè)置一些其他主要的火災(zāi)監(jiān)測(cè)裝置，如感煙探測(cè)器、感溫光柵等。感煙探測(cè)器的使用效果其實(shí)并不理想，主要是因?yàn)楣芾葍?nèi)部的給排水管、通信電纜的材料屬于不易燃燒或是不燃的，電力電纜等也是阻燃或者是耐火的，所以當(dāng)管廊內(nèi)部出現(xiàn)火或大量煙氣時(shí)，感溫裝置早就發(fā)出動(dòng)作了，而感煙器反應(yīng)較慢，所以安裝感煙探測(cè)器裝置的意義不是很大。感溫光柵的作用也是有局限性的，它主要是點(diǎn)式感溫，且監(jiān)測(cè)時(shí)間是非連續(xù)性的，所以綜合管廊內(nèi)部不適合將感煙探測(cè)器和感溫光柵作為主要的火災(zāi)探測(cè)器，感溫光纖測(cè)溫是很好的選擇。

2.3傳輸主干網(wǎng)

為了能夠建立一個(gè)安全可靠且快速的通信通道，本工程將管廊內(nèi)部的PLC控制器、門禁監(jiān)控系統(tǒng)、巡更管理系統(tǒng)等與監(jiān)控中心建設(shè)一個(gè)傳輸主干網(wǎng)，并結(jié)合綜合管廊的特點(diǎn)及走向，設(shè)置兩個(gè)千兆光纖環(huán)網(wǎng)的傳輸主干網(wǎng)，設(shè)置兩臺(tái)S9700核心層交換機(jī)，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置120臺(tái)S2700接入層交換機(jī)，以此創(chuàng)建一個(gè)安全可靠的通信通道。

2.4聯(lián)動(dòng)控制

排風(fēng)機(jī)的自控系統(tǒng)可以根據(jù)溫度自行開啟通風(fēng)機(jī)，并在２４小時(shí)內(nèi)自動(dòng)完成通風(fēng)工作。自控系統(tǒng)會(huì)在人員進(jìn)入管廊內(nèi)部時(shí)自動(dòng)提前通風(fēng)換氣，進(jìn)而保障人員的安全；同時(shí)，它還能根據(jù)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)或者是燃?xì)馓綔y(cè)報(bào)警系統(tǒng)的需要，自動(dòng)控制通風(fēng)排風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，如果發(fā)生該系統(tǒng)與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)同時(shí)作用的狀況，那么火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)會(huì)優(yōu)先動(dòng)作。在集水坑位運(yùn)行的控制方面，消防系統(tǒng)會(huì)在集水坑內(nèi)安裝壓差液位計(jì)，集水坑位的水位信息以及排水泵的啟、停、故障等狀態(tài)會(huì)出現(xiàn)在監(jiān)控中心的顯示屏上；排水泵的自控系統(tǒng)還具有自動(dòng)控制和現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制的功能。照明開關(guān)與聲光報(bào)警信號(hào)的主要作用就是當(dāng)防火分區(qū)的報(bào)警或其他報(bào)警裝置響起后，該裝置會(huì)自動(dòng)打開該區(qū)域的照明裝置并由自控系統(tǒng)向監(jiān)控中心發(fā)出警報(bào)。可由遠(yuǎn)程控制來(lái)開關(guān)電控井蓋。

2.5消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)

自動(dòng)狀態(tài)下的消防系統(tǒng)會(huì)在火災(zāi)監(jiān)測(cè)設(shè)備檢測(cè)到火災(zāi)的很短時(shí)間自動(dòng)啟用事先編制好的消防方案，控制相關(guān)的消防設(shè)備進(jìn)行消防措施，如切斷非消防的電源，啟動(dòng)排風(fēng)機(jī)進(jìn)行排煙，開啟滅火裝置等。如果是在手動(dòng)的狀態(tài)下，則需要相關(guān)人員確認(rèn)火災(zāi)之后，自行啟用消防預(yù)案，控制消防設(shè)備，手動(dòng)控制相關(guān)報(bào)警設(shè)備與消防設(shè)備的開與關(guān)。

3 安科瑞管廊產(chǎn)品介紹

3.1 管廊電力監(jiān)控系統(tǒng)（10/0.4kV地面變電所、配電箱）

針對(duì)管廊環(huán)境供電設(shè)備監(jiān)控，安科瑞可提供10kV，0.4kV進(jìn)出線配電監(jiān)控裝置。選型如下：

注：地下管廊使用的動(dòng)力箱/柜符合管廊相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，防護(hù)等級(jí)達(dá)IP65

3.2 管廊風(fēng)機(jī)水泵監(jiān)控用電動(dòng)機(jī)保護(hù)器選型方案

l 功能

安科瑞ARD智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器是安科瑞電氣股份有限公司自主研發(fā)的產(chǎn)品，適用于煤礦、石化、冶煉、電力、船舶以及民用建筑等領(lǐng)域。采用單片機(jī)技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定可靠、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等特點(diǎn)。保護(hù)器能對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的起動(dòng)超時(shí)、過(guò)載、堵轉(zhuǎn)、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、阻塞、過(guò)壓、欠壓、溫度、tE保護(hù)等多種情況進(jìn)行保護(hù)，設(shè)有SOE故障事件記錄功能，方便現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員查找故障原因，并通過(guò)LCD中文液晶顯示屏、狀態(tài)指示燈等各種方式，將電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)清晰、直觀地顯示出來(lái)。該保護(hù)器具有RS485遠(yuǎn)程通訊接口，DC4~20mA模擬量輸出，方便與PLC、PC等控制機(jī)組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

l 技術(shù)參數(shù)

l ARD電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)功能

(1)阻斷保護(hù)：電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中，如果由于負(fù)荷過(guò)大或自身機(jī)械原因，造成電動(dòng)機(jī)軸被卡住，而未及時(shí)解除故障，將造成電機(jī)過(guò)熱，絕緣降低而燒毀電機(jī)，堵轉(zhuǎn)保護(hù)適用于電動(dòng)機(jī)起動(dòng)發(fā)生故障保護(hù)。

(2)過(guò)流保護(hù)：不正確的起動(dòng)和負(fù)載轉(zhuǎn)矩過(guò)大，也常常引起電機(jī)出現(xiàn)很的過(guò)電流，一般情況下當(dāng)電機(jī)線路電流在其額定電流 1．5-6倍之間時(shí)，保護(hù)器進(jìn)行反時(shí)限過(guò)流保護(hù)，過(guò)流保護(hù)時(shí)間一般為幾秒鐘。

(3)斷相保護(hù)：電機(jī)在正常運(yùn)行中，保護(hù)器能根據(jù)三相電流的差值自動(dòng)檢測(cè)出來(lái)，并進(jìn)行斷相動(dòng)作保護(hù)。

(4)三相電流不平衡保護(hù)：當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生斷三相電流嚴(yán)重不平衡時(shí)，如不平衡率達(dá)到保護(hù)設(shè)定時(shí)，保護(hù)器按照設(shè)定的要求保護(hù)，發(fā)出停車或警報(bào)，確保電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。

(5)過(guò)載保護(hù)：電動(dòng)機(jī)在過(guò)負(fù)載情況下當(dāng)保護(hù)器監(jiān)測(cè)到電動(dòng)機(jī)過(guò)載運(yùn)行了，保護(hù)器應(yīng)在警報(bào)或脫扣（延時(shí)）設(shè)定時(shí)間內(nèi)發(fā)出警報(bào)或脫扣信號(hào)。

(6)欠電壓保護(hù)：電機(jī)在有些應(yīng)用場(chǎng)合下，當(dāng)電壓降到額定電壓以下就要求能自動(dòng)切除電源而停止工作，這種保護(hù)成為欠電壓保護(hù) 。

(7)堵轉(zhuǎn)保護(hù)：電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中，如果由于負(fù)荷過(guò)大或自身機(jī)械原因，造成電動(dòng)機(jī)軸被卡住，而未及時(shí)解除故障，將造成電機(jī)過(guò)熱，絕緣降低而燒毀電機(jī).

(8)漏電接地保護(hù)：對(duì)于中性點(diǎn)絕緣或小電流接地系統(tǒng)，當(dāng)零序電抗器檢測(cè)到的零序電流超過(guò)整定值時(shí)漏電保護(hù)動(dòng)作。

（9）短路保護(hù)：當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流超過(guò)設(shè)定的保護(hù)電流是保護(hù)器按設(shè)定的要求進(jìn)行保護(hù)，在脫扣（延時(shí)）設(shè)定時(shí)間內(nèi)脫扣。

4結(jié)束語(yǔ)

地下綜合管廊的建設(shè)、維護(hù)與管理是一項(xiàng)需要不斷完善的長(zhǎng)期過(guò)程，如何將管廊環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)得更加合理，更加優(yōu)化，是現(xiàn)階段對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，希望更多的設(shè)計(jì)者能夠提出相應(yīng)的建議與意見，為綜合管廊環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)做出更多的貢獻(xiàn)。

【參考文獻(xiàn)】

 [1] 城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范. GB50838-2015[S]

[2] 李曉明 綜合管理環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)分析 北京中科軟科技有限公司

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè). 2019.1版