任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：在城市化進程推進、大城市人口急劇膨脹的背景下，為了解決城市發(fā)展和建設的需要，城市基礎設施建設。方興未艾，各城市綜合管廊項目也呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的趨勢，建設規(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營管理手段，為綜合管廊在基礎設施集約化管理基礎上，提供更多和更科學的解決方案。作為綜合管廊管理的大腦中樞系統(tǒng)，“一體化監(jiān)控運管平臺"集數(shù)據(jù)收集、遠程控制、預案執(zhí)行、連鎖聯(lián)動、智慧運管和狀態(tài)信息數(shù)據(jù)分析指導決策等多功能為一體，是名副其實的智慧指揮中樞。本文結合地級市綜合管廊項目的項目實例，提出一些關于城市綜合管廊一體化監(jiān)控運管平臺系統(tǒng)的建設技術思路和技術應用，希望能為后續(xù)管廊建設和運營管理提供借鑒。

關鍵詞：城市綜合管廊；監(jiān)控運管平臺；三層次系統(tǒng)架構；軟硬件智能聯(lián)動

1城市綜合管廊監(jiān)控運管平臺系統(tǒng)的建設意義

城市地下綜合管廊指城市地下空間集中敷設電力、通信、給排水、熱力、燃氣等各類管線的公共隧道，也包括消防、照明、監(jiān)控、通風、排水等自身設備。城市地下綜合管廊的管線種類日益增加，需要利用到的地下空間越來越大，為了保證地下綜合管廊的設備設施安全運行，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，如果管廊內發(fā)生突發(fā)事件，依靠人力去處理，在及時性上無法的得到保證；并且日常巡檢和設備狀態(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，建設一套完善的、可擴展的、模塊化的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，變成綜合管廊智能化應用的重要一環(huán)。

城市綜合管廊監(jiān)控運管平臺為管廊內資產(chǎn)管理、設備運行情況、管廊內環(huán)境情況監(jiān)測、設備遠程監(jiān)測和控制、廊內緊急情況處置5個方面提供智能化的設備監(jiān)控及能耗管理解決方案，助力管理企業(yè)實現(xiàn)遠程設備監(jiān)控、應急聯(lián)動處置和智能數(shù)據(jù)分析等功能。

2城市綜合管廊的維護與管理

城市地下綜合管廊作為城市市政地下空間配套工程，管廊內敷設眾多不同作用的管線，管線的運行安全，需要定期巡檢，對于管廊管理工作提出了比較高的要求?，F(xiàn)在城市綜合管廊運營管理方式，大多數(shù)還采用人工巡查，單系統(tǒng)管理的模式，因為綜合管廊屬于地下封閉空間設施，環(huán)境比較復雜，一般管廊長度都比較長，重要設備安裝點位比較多等特點，不太適合人工巡查，隨著技術的發(fā)展，管理手段的豐富，應用了一些自動化和信息化的手段來管理，但是還是存在各系統(tǒng)之間比較獨立，存在信息孤島，沒有完quan實現(xiàn)信息共享、智能聯(lián)動和數(shù)據(jù)分析應用等功能。

結合城市綜合管廊的運營特點和管理側重，城市綜合管廊監(jiān)控運管平臺系統(tǒng)開發(fā)采用三層次系統(tǒng)架構體系，系統(tǒng)實現(xiàn)“高內聚、低耦合"，打通各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)壁壘，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，在設備遠程監(jiān)控方面也解決了多系統(tǒng)、多協(xié)議的問題。

3城市綜合管廊監(jiān)控運管平臺系統(tǒng)技術應用

2019年我參與了某市商務區(qū)綜合管廊項目的智能化建設，本工程涉及三條市政道路，為三艙管廊（包括：綜合艙、電力艙和燃氣艙），綜合管廊總長度為2.4公里，監(jiān)控調度中心距離管廊現(xiàn)場約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項目。

綜合管廊涵蓋的主要業(yè)務子系統(tǒng)有環(huán)境與設備監(jiān)控子系統(tǒng)、管廊安防視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、入侵報警及巡查子系統(tǒng)、無線通信子系統(tǒng)、結構監(jiān)測子系統(tǒng)、配電子系統(tǒng)、資產(chǎn)管理子系統(tǒng)等。

綜合管廊監(jiān)控運管平臺系統(tǒng)部署在監(jiān)控調度中心，使用多臺數(shù)據(jù)庫服務器和應用服務器實現(xiàn)軟件基礎環(huán)境功能，服務器都配置了冗余熱備份。平臺系統(tǒng)與深度集成的各子系統(tǒng)之間，通過約定的協(xié)議及接口方式連接，實現(xiàn)綜合監(jiān)控平臺與各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對接和指令下發(fā)。

本文我結合所參與的項目，主要介紹城市綜合管廊監(jiān)控運管平臺軟件的架構、接入技術，以及平臺軟件開發(fā)技術和監(jiān)控運管平臺應用效果等。

3.1平臺軟件系統(tǒng)架構

綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)軟件平臺采用三層次架構（3-tierapplication），將整個業(yè)務應用劃分為：表現(xiàn)層（UI）、業(yè)務邏輯層（BLL）、數(shù)據(jù)訪問層（DAL，按照數(shù)據(jù)接入技術屬性一般拆分成兩層，包括數(shù)據(jù)服務層、數(shù)據(jù)采集層，在軟件架構劃分同屬數(shù)據(jù)訪問層），在不同層次采用不同計算機信息技術，實現(xiàn)有效、穩(wěn)定、先進的系統(tǒng)應用。

（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)場網(wǎng)絡架構，通過通信網(wǎng)絡接入、匯聚，現(xiàn)場設備信息和命令執(zhí)行，是平臺和設備進行交互的橋梁。對通過各種通信接口，如TCP網(wǎng)絡、UDP網(wǎng)絡、RS485串口、RS232串口、CAN等，接入系統(tǒng)中的設備，按照設備自身的通信協(xié)議格式，進行設備實時參數(shù)和狀態(tài)的收集、控制命令的下達。

數(shù)據(jù)服務層，也屬于數(shù)據(jù)層傾向于數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)管理，對采集到的各類設備數(shù)據(jù)，進行分類、清洗、計算、存儲；根據(jù)用戶功能要求，進行數(shù)據(jù)的分析、挖掘、處理，以標準服務方式提供給應用層，是應用層功能的支撐。

（2）應用層：應用層，也稱為業(yè)務邏輯層（BLL），位于物聯(lián)網(wǎng)三層結構中的較頂層，其功能為"處理信息"，用戶所需要的功能邏輯在本層實現(xiàn)。通過對用戶的需求進行分析、歸類，調用數(shù)據(jù)服務層提供的數(shù)據(jù)和服務，實現(xiàn)對物理世界的實時控制、準確管理和科學決策。

（3）表現(xiàn)層：在軟件體系架構設計中，本層的主要功能是數(shù)據(jù)信息展示、控件布置和應用界面設置等，是用戶使用綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)軟件平臺的軟件界面呈現(xiàn)，通過Web端、客戶端、移動端、大屏、平板等方式，給用戶豐富、方便的數(shù)據(jù)展現(xiàn)。

3.2平臺系統(tǒng)軟硬件接入

綜合管廊監(jiān)控運管平臺系統(tǒng)的建設主要目的是集中控制、環(huán)境監(jiān)測、智能聯(lián)動和應急指揮，主要功能包括水泵狀態(tài)和控制、風機狀態(tài)和控制、集水坑液位、溫濕度檢測、氧含量檢測、甲烷檢測、應急電源EPS狀態(tài)檢測、防火閥控制、壓差沉降儀、傾角測量儀、三軸測振儀等在內的多種設備儀表的探測和控制信息收集和執(zhí)行命令下發(fā)，實現(xiàn)在監(jiān)控運管平臺系統(tǒng)上的各機組信息收集、自動控制，并終實現(xiàn)多系統(tǒng)聯(lián)動和信息共享。

（1）PLC硬件接入

本項目選擇西門子S7-1500系列可編程控制器，S7-1500的特點有組網(wǎng)靈活、平臺開放、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成，用于與現(xiàn)場設備進行通信和數(shù)據(jù)對接，以及執(zhí)行平臺系統(tǒng)控制命令等。

現(xiàn)場ACU執(zhí)行機構中，PLCETHERNET通訊模塊與監(jiān)控平臺軟件通過主干環(huán)型網(wǎng)絡通信，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，采用標準的RJ45接口。

（2）軟件接入?yún)f(xié)議

綜合管廊監(jiān)控運管平臺系統(tǒng)與各子系統(tǒng)的對接，包括接口設備名稱、物理接口類型、軟件接口協(xié)議、接口協(xié)議要求、功能達成目標等都做了詳細的約定，在實施過程中，按照約定要求每個子系統(tǒng)整理一個接入技術規(guī)約書，用于指導軟件開發(fā)和系統(tǒng)對接工作。

3.3平臺智能監(jiān)控聯(lián)動應用

在實際應用中，監(jiān)控運管平臺系統(tǒng)聯(lián)動控制有三種方法：硬聯(lián)動、軟聯(lián)動及遠程控制。硬聯(lián)動是指傳感器之間的直接聯(lián)動，如水位開關直接控制水泵的啟停；軟聯(lián)動是指通過區(qū)域控制器的邏輯運算后，經(jīng)指令動作，如水位開關的信號先送入?yún)^(qū)域控制器，經(jīng)過邏輯運算得出的結果控制水泵的啟停；遠程控制是指在集中統(tǒng)一的管理監(jiān)控平臺上執(zhí)行控制指令。

應急聯(lián)動控制管理方案：由于城市地下綜合管廊現(xiàn)場管理與維修較困難，所以應有合理的應急方案，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工作和巡檢工作，自動工作就是在正常工作的情況下，區(qū)域控制器ACU按照設置的參數(shù)對設備進行控制，使地下綜合管廊內的環(huán)境參數(shù)在安全范圍內；巡檢工作是為維修人員專門定制的一種工作方式，在人員進入地下綜合管廊前30分鐘，啟動風機，確保人員進入地下綜合管廊內的空氣質量良好且空氣流通；異常工作方式主要是指發(fā)生火災、緊急情況等安全事故時的工作方式，這種工作方式是為了防止事故范圍擴大，造成更大的損失，例如當發(fā)生火災時，區(qū)域控制器ACU立即關閉所有風機和防煙防火閥門，在火災撲滅后，再啟動該防火分區(qū)的所有風機和風閥，進行排煙。

管廊監(jiān)控運管平臺系統(tǒng)的建設，既滿足了運管單位日常生產(chǎn)管理所需，并提高了工作效率，也降低了生產(chǎn)過程中的安全風險，也為管理決策提供了數(shù)據(jù)支持和指揮手段，平臺系統(tǒng)利用智能化數(shù)字分析技術，實現(xiàn)了城市綜合管廊運營管理的信息化、數(shù)字化、智能化，綜合監(jiān)控運管平臺的應用是提高生產(chǎn)效率、整合管廊公共資源的關鍵所在，保障了管廊設備設施的運行安全，為管廊在實際管理中提供了技術手段和保護承諾。

4城市綜合管廊監(jiān)控運管平臺開發(fā)技術應用

綜合管廊監(jiān)控運管平臺系統(tǒng)主要由管理平臺系統(tǒng)及各子系統(tǒng)中央管理級設備組成，分層次、分模塊進行開發(fā)和對接，實現(xiàn)對區(qū)域管廊的集中監(jiān)控和管理，軟件開發(fā)和功能實現(xiàn)主要技術應用有：

1. 軟件平臺在基礎平臺基礎上進行二次開發(fā)，提供更豐富的展現(xiàn)方式，包括統(tǒng)一客戶界面、組態(tài)、報警、聯(lián)動、統(tǒng)計圖、趨勢圖等，并支持模塊化開發(fā)方法。2)軟件平臺數(shù)據(jù)訪問層可接入常見的傳感器儀表、PLC設備、通訊板卡、RTU、電氣自動系統(tǒng)等，還提供常用的各類子系統(tǒng)聯(lián)動等功能，將這些子系統(tǒng)有機集成在一起，并實現(xiàn)有效的系統(tǒng)間聯(lián)動。3)軟件平臺可實現(xiàn)Web、PC端、手機端展示，展現(xiàn)效果相同，大大提高了用戶體驗。4)軟件平臺可在應用層提供聯(lián)動預案管理，將以往經(jīng)驗整合在系統(tǒng)中，當觸發(fā)事件發(fā)生時，實現(xiàn)按照預定方案進行跨子系統(tǒng)、多設備的聯(lián)動控制，例如巡檢人員申請管廊內作業(yè)時，此時管廊內氧氣含量低于人體呼吸所需要的氧氣濃度，可以提出預警，也可以提前一小時啟動聯(lián)動風機預案，進行管廊內通風換氣，使管廊內氧氣濃度達到合格標準。5)軟件平臺提供靈活的多級分布式部署方式，前后端均支持跨平臺運行（Windows/Linux/Unix），支持各種應用功能擴展。6)軟件平臺采用統(tǒng)一授權系統(tǒng)的安全機制，多級授權，不同級別的人員賦予不同的操作權限，防止系統(tǒng)信息泄露和被非授權人員所干擾。7)軟件平臺擁有多廠家協(xié)議、多子系統(tǒng)接入和整合能力，提供OPC\Modbus、數(shù)據(jù)庫、WebService等多種外部接口；8)軟件平臺依據(jù)HTML5進行二次開發(fā)，可用瀏覽器遠程監(jiān)視數(shù)據(jù)、查看報警情況、查詢報表等。

5AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺

5.1平臺概述

AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺集電力監(jiān)控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監(jiān)測于一體，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、系統(tǒng)架構、聯(lián)動控制和綜合數(shù)據(jù)服務等方面的設計，解決了綜合管廊在管理過程中存在內部干擾性強、使用單位多及協(xié)調復雜的根本問題，大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎設施、環(huán)境和設備的使用和恢復效率。

5.2平臺組成

安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統(tǒng)是一個深度集成的自動化平臺，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)、智能馬達監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)、消防設備電源系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數(shù)據(jù)，通過一個平臺即可全局、整體的對管廊用電和用電安全進行進行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調度，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩(wěn)定、有效、有序的要求。

5.3平臺拓撲

5.4平臺子系統(tǒng)

5.4.1電力監(jiān)控

電力監(jiān)控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監(jiān)控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實時監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關柜、變壓器微機保護測控裝置、發(fā)電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄等。

5.4.2環(huán)境監(jiān)測

環(huán)境監(jiān)測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃氣體濃度、門禁、視頻、空調、消防數(shù)據(jù)的采集、展示和預警，同時也可接入管廊艙室內的水泵和通風排煙風機等設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)針對配電系統(tǒng)的電氣安全隱患配置相應的電氣火災傳感器、溫度傳感器，消防設備電源傳感器、防火門狀態(tài)傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態(tài)實時顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內阻進行實時監(jiān)視，發(fā)生異常時通過聲光、短信、APP及時報警。

5.5相關平臺部署硬件選型清單

5.5.1電力監(jiān)控及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

6小結

城市綜合管廊監(jiān)控運管平臺系統(tǒng)是一個軟件工程項目，是要從整體出發(fā)合理開發(fā)、設計、實施和運用系統(tǒng)科學的一項工程技術，是一個系統(tǒng)性的綜合應用。它根據(jù)總體需求，綜合應用社會管理學、項目管理學和統(tǒng)計分析應用中有關的思想、理論和方法，利用電子計算機作為工具，對系統(tǒng)的結構、要素、信息和反饋等進行分析，以達到較優(yōu)規(guī)劃、較優(yōu)設計、較優(yōu)管理和較優(yōu)控制的目的，滿足項目的所有應用。在數(shù)字化經(jīng)濟社會的背景下，信息化、智能化的管理手段將成為城市基礎設施管理的主要方式。

參考文獻

[1]劉航.信息安全技術在城市地下綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)中的應用[J].網(wǎng)絡安全技術與應用.

[2]徐林.城市綜合管廊監(jiān)控運管平臺系統(tǒng)技術的應用

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05

作者簡介：任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事智慧管廊監(jiān)控研究發(fā)展。