楊 坦，劉雪莉，衛(wèi)黎陽，王蘭靜，汪 洋

(1.安徽新華學(xué)院，安徽 合肥 230088；2.西安博深安全科技股份有限公司，陜西 西安 710114)

六盤水市育德路地下綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊 坦1，劉雪莉1，衛(wèi)黎陽2，王蘭靜1，汪 洋1

(1.安徽新華學(xué)院，安徽 合肥 230088；2.西安博深安全科技股份有限公司，陜西 西安 710114)

針對(duì)城市地下綜合管廊環(huán)境與監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)不足的現(xiàn)狀，為了滿足管廊環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理的需要，設(shè)計(jì)了六盤水市育德路地下綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng).針對(duì)易引起重大安全事故的特征風(fēng)險(xiǎn)因素，搭建了由系統(tǒng)工作站和數(shù)據(jù)傳輸模塊構(gòu)成的系統(tǒng)硬件系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了由環(huán)境設(shè)備監(jiān)控、壓縮編碼、打包封裝和無線模塊構(gòu)成的軟件系統(tǒng)平臺(tái)，構(gòu)建了集環(huán)境監(jiān)測(cè)、照明控制和設(shè)備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)為一體的連續(xù)在線的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng).

地下綜合管廊；環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控；硬件設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)

1 項(xiàng)目概況

六盤水市育德路地下綜合管廊工程南起育德路(K2+660)，北到天湖路(K5+600)，全長(zhǎng)約3 000 m.育德路綜合管廊分為三艙：電力艙寬度2 m，熱力水信艙寬度6.4 m，天然氣艙寬度1.4 m，各艙結(jié)構(gòu)凈高2.9 m.環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)設(shè)備放置在1#分控中心，各區(qū)域控制設(shè)備放置在1#～8#風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)，各風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)的區(qū)域控制設(shè)備負(fù)責(zé)本風(fēng)機(jī)房和鄰近管廊(約400 m范圍內(nèi))的設(shè)備供電、通訊、控制等功能.由于育德路地下綜合管廊因其所收容的管線種類較多，部分管道具有較大危險(xiǎn)性，在使用過程中易導(dǎo)致觸電、有毒有害或爆炸性氣體泄漏等狀況，進(jìn)一步威脅管廊正常的運(yùn)行使用.因此，在育德路地下綜合管廊中設(shè)置環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)預(yù)防事故發(fā)生具有重大意義.

2 地下綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)組成及特點(diǎn)

2.1 系統(tǒng)組成

育德路地下綜合管廊環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)由環(huán)境監(jiān)測(cè)、照明控制、設(shè)備控制和擴(kuò)展接口4個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成[1]，其中環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)包含甲烷監(jiān)控、硫化氫監(jiān)控、氧氣監(jiān)控、溫度監(jiān)控、濕度監(jiān)控和水位監(jiān)控單元構(gòu)成；設(shè)備控制子系統(tǒng)由通風(fēng)設(shè)備監(jiān)控、排水泵單元和電氣設(shè)備監(jiān)控單元構(gòu)成(見圖2).系統(tǒng)功能依靠設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)工作站、工業(yè)以太網(wǎng)通信模塊、現(xiàn)場(chǎng)控制單元(PLC)、智能傳感器、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備儀表和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備反饋開關(guān)裝置等設(shè)備模塊來實(shí)現(xiàn)[2].

圖1 環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)組成圖

2.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

育德路地下綜合管廊環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)管廊內(nèi)環(huán)境參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，其系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：

(1)通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及實(shí)施數(shù)據(jù)庫對(duì)各個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和保存[3].以采集整理后的數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管廊運(yùn)營(yíng)現(xiàn)場(chǎng)狀況，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)、人機(jī)、工作面等安全運(yùn)行模型；同時(shí)整合各類數(shù)據(jù)為各級(jí)管理、技術(shù)、監(jiān)控人員、單位提供分析、決策的支持，主要包括綜合監(jiān)測(cè)、運(yùn)營(yíng)調(diào)度、安全管理、數(shù)據(jù)分析等功能.

(2)實(shí)現(xiàn)綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一的權(quán)限管理.開發(fā)統(tǒng)一的權(quán)限管理模塊，包含角色劃分、權(quán)限分配等功能.通過設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)工作站系統(tǒng)，不同的人員就有不同的配置和權(quán)限，根據(jù)他們的權(quán)限進(jìn)入系統(tǒng)胡的功能界面也不一樣.

(3)進(jìn)行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集、歸類和長(zhǎng)期存儲(chǔ)[4].對(duì)管廊運(yùn)行過程中涉及到的環(huán)境參數(shù)、設(shè)備故障等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、歸類和長(zhǎng)期存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)預(yù)警及報(bào)警、基礎(chǔ)參數(shù)數(shù)據(jù)的錄入、系統(tǒng)數(shù)據(jù)在線監(jiān)視集成等功能.

(4)環(huán)境設(shè)備的控制.根據(jù)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)工作站的設(shè)置和傳感器實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)對(duì)環(huán)境設(shè)備如通風(fēng)機(jī)、排水泵等進(jìn)行智能控制.

2.3 監(jiān)控系統(tǒng)作用

育德路地下綜合管廊環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)通過對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過程中的環(huán)境、設(shè)備和運(yùn)行管理進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行中的危險(xiǎn)預(yù)警和安全管理[5-6]，其主要作用體現(xiàn)在：

(1)通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站(PLC)和智能傳感器對(duì)管廊溫度、濕度、水位、O2、H2S、CH4等環(huán)境要素實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)源管理、辨識(shí)、評(píng)估和控制，從而消除環(huán)境的不安全因素.

(2)通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站(PLC)和智能傳感器對(duì)照明設(shè)備、排水設(shè)備、 通風(fēng)設(shè)備、風(fēng)機(jī)房高低壓配電設(shè)備、防入侵設(shè)備等進(jìn)行實(shí)時(shí)在線感知、報(bào)警聯(lián)動(dòng)、遠(yuǎn)程控制和指揮調(diào)度，使之始終處于安全狀態(tài).

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

育德路地下綜合管廊包含三個(gè)管艙，分別為電力艙、天然氣艙、熱力艙.在育德路1#～8#風(fēng)機(jī)房設(shè)有環(huán)境監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)控制單元(PLC)、風(fēng)機(jī)控制箱和照明配電箱，風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)對(duì)CH4、H2S參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè).綜合管廊內(nèi)對(duì)各艙O2、溫度、濕度參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，燃?xì)馀撛黾訉?duì)CH4參數(shù)的監(jiān)測(cè).系統(tǒng)具備可擴(kuò)展性，可對(duì)管廊內(nèi)各管線專業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，必要時(shí)可對(duì)管線配套執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制.系統(tǒng)功能關(guān)系(見圖2).

圖2 環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)功能關(guān)系圖

3.1 環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)工作站設(shè)計(jì)

環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)工作站位于在1#分控中心.環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)工作站和現(xiàn)場(chǎng)控制單元(PLC)通過以工業(yè)交換機(jī)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互來實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)房的環(huán)境及設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控.此外，環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)工作站用于顯示風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)現(xiàn)場(chǎng)控制單元(PLC)實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)報(bào)表打印及傳輸?shù)缴弦患?jí)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)工作總站和服務(wù)器.在育德路地下綜合管廊的每個(gè)風(fēng)機(jī)房配有環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制單元，現(xiàn)場(chǎng)控制單元由網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)PLC工作站.現(xiàn)場(chǎng)PLC工作站設(shè)置在1#～8#風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)，每個(gè)風(fēng)機(jī)房的現(xiàn)場(chǎng)控制單元連接400 m左右范圍內(nèi)的環(huán)境監(jiān)測(cè)儀表，并能夠管理控制該區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備.PLC工作站能夠采集CH4、H2S、O2、溫度、濕度、水位等傳感器的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并能夠通過風(fēng)機(jī)控制箱、水泵控制箱、照明配電箱對(duì)相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行控制，其功能關(guān)系(見圖3).

圖3 管廊現(xiàn)場(chǎng)控制單元功能設(shè)計(jì)圖

現(xiàn)場(chǎng)控制單元(PLC)是用于自動(dòng)控制、參數(shù)采集和網(wǎng)絡(luò)連接的PLC系統(tǒng)，包括CPU模塊、電源模塊、DI、DO、AI、AO模塊和網(wǎng)絡(luò)通信適配器等.控制站實(shí)現(xiàn)的主要功能包括：(1)檢測(cè)水泵和風(fēng)機(jī)等的工作狀態(tài)及設(shè)備狀況；(2)根據(jù)防火區(qū)內(nèi)的氧氣及溫濕度實(shí)時(shí)檢測(cè)值實(shí)現(xiàn)對(duì)各風(fēng)機(jī)的控制，并檢測(cè)風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)；(3)根據(jù)集水坑的液位實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵的控制；(4)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各防火分區(qū)內(nèi)的氧氣、溫濕度、甲烷、硫化氫、液位等參數(shù)；(5)現(xiàn)場(chǎng)可控設(shè)備除了可由操作人員通過就地箱控制外，也可交給PLC進(jìn)行自動(dòng)控制.操作終端作為現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)接口，操作人員通過對(duì)操作面板上的操作，由PLC可完成各相關(guān)設(shè)備的控制及相關(guān)參數(shù)修改設(shè)定.

遠(yuǎn)程I/O站主要監(jiān)控相鄰三段防火分區(qū)內(nèi)的設(shè)備及儀表.主要設(shè)備是用于參數(shù)采集和網(wǎng)絡(luò)連接的系統(tǒng)，包括電源模塊、DI、DO、AI、AO模塊和網(wǎng)絡(luò)通信適配器等.遠(yuǎn)程I/O主要檢測(cè)水泵和風(fēng)機(jī)等的工作狀態(tài)及設(shè)備狀況，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各防火分區(qū)內(nèi)的氧氣、溫濕度、硫化氫、甲烷、液位等參數(shù).

3.2 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由100 M/1000 M工業(yè)交換機(jī)、光纖、雙絞線(網(wǎng)線)組成.現(xiàn)場(chǎng)控制單元(PLC)使用主CPU單元通過RS485總線連接溫濕度、氧氣、甲烷、硫化氫和水位傳感器，采集相關(guān)環(huán)境參數(shù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送給設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)工作站由設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)工作站顯示界面顯示相關(guān)環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)狀況.此外，設(shè)備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)由現(xiàn)場(chǎng)控制單元(PLC)采集后，通過1 000 M工業(yè)交換機(jī)傳輸至設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)工作站，再根據(jù)管理權(quán)限設(shè)置某一階段的控制信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)控制站實(shí)施具體控制操作.管廊監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(見圖4).

圖4 管廊監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)圖

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

育德路地下綜合管廊環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用Linux2.6.1.2內(nèi)核，軟件平臺(tái)由環(huán)境設(shè)備監(jiān)控、壓縮編碼、打包封裝、無線傳輸?shù)葮?gòu)成[7].本系統(tǒng)在Windows平臺(tái)下開發(fā)了客戶端應(yīng)用程序.遠(yuǎn)程用戶可以通過應(yīng)用程序登錄系統(tǒng)中心服務(wù)平臺(tái)訪問系統(tǒng)數(shù)據(jù).客戶端與服務(wù)器建立連接的流程(見圖5).

圖5 客戶端與服務(wù)器連接流程圖

該軟件具有可擴(kuò)展性，可以通過增加現(xiàn)地控制單元(PLC) 和總線型I/O模塊單元數(shù)量來將系統(tǒng)容量擴(kuò)展到企業(yè)級(jí)，并且擴(kuò)展系統(tǒng)容量并不會(huì)影響到現(xiàn)有在運(yùn)行的服務(wù)和功能[8].軟件平臺(tái)采用了中央集中化的架構(gòu)，所有相關(guān)配置數(shù)據(jù)都將被存儲(chǔ)在

設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)工作站.其他的所有服務(wù)和應(yīng)用，如市政外部英特網(wǎng)接入和客戶端都將從中心數(shù)據(jù)服務(wù)器上讀取相應(yīng)的配置數(shù)據(jù).

5 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)的六盤水市育德路地下綜合管廊環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)管廊運(yùn)行中的環(huán)境參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和遠(yuǎn)程控制的智能化綜合管理;同時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了硬件和軟件設(shè)計(jì)，為城市地下綜合管廊環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了參考.

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DesignofUndergroundIntegratedCorridorMonitoringSysteminYudeRoadinLiupanshui

YANG Tan1, LIU Xue-li1, WEI Li-yang2, WANG Lan-jing1, WANG Yang1
(1. Anhui Xinhua University, Hefei 230088, China; 2.Xi’an Boshen Security Technology Co., Ltd., Xi’an 710014, China)

In present, the construction experience of environment and monitoring system for urban underground integrated corridor is limited. In order to meet the needs of corridor environmental risk management, integrated road management system of Yude Road in Liupanshui City is designed. For the risk factors that can cause significant safety accidents, system hardware system combined by system workstations and data transmission module is built, and the software system platform is designed based on environmental equipment monitoring, compression coding, packaging and wireless modules constitute, therefore, the real-time monitoring system for environmental risk source is constructed, which integrates environmental monitoring, lighting control and equipment monitoring data, offering a certain reference for similar system design on engineering environment and equipment monitoring.

underground integrated corridor; environment and equipment monitoring; hardware design; software design

10.3969/j.issn.2095-7092.2017.04.011

U459.3

A

1008-536X(2017)04-0056-04

2017-04-18

安徽省高校自然科學(xué)研究項(xiàng)目(KJ2017A616)；國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201512216043)；安徽省新華學(xué)院校級(jí)科研項(xiàng)目(2016TD012)

楊 坦(1987-)，男，安徽合肥人，碩士，講師，研究方向?yàn)榻ㄖ踩珯z測(cè)、預(yù)測(cè)技術(shù).