管廊環(huán)境與設備監控架構與系統功能介紹

摘要：目，城市的管廊弱電系統并沒(méi)有形成規范化、標準化的系統方案，大多都是借鑒地鐵、隧道等的綜合監控或者是樓宇間的自動(dòng)化系統方案，所以現階段的管廊弱電系統方案并不完善，還需要不斷探索與進(jìn)步。城市管廊弱電系統的門(mén)檻比較低，從而導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，在方案設計上也是意見(jiàn)不同，設計不過(guò)關(guān)。鑒于此，主要對管廊環(huán)境監控系統進(jìn)行了分析，總結了相關(guān)的技術(shù)要點(diǎn)，以供參考。
關(guān)鍵詞： 綜合管廊； 弱電系統； 設備監控系統； 
 
引言
近幾年，我國很多城市逐步規劃并建設了地下綜合管廊。地下綜合管廊的建設，符合國家對綜合走廊的要求，也滿(mǎn)足了一些城市在新道路上的功能要求，且市政管線(xiàn)的集約化布置有利于管道的維護和保養。同時(shí)，地下綜合管廊擴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部各個(gè)網(wǎng)線(xiàn)的運行安全，就必須與監控系統、報警系統等配套使用，以此提高網(wǎng)線(xiàn)的安全運行效率。為保證管廊內部運行的信息能夠得到反饋，就要采取智能化的固定監測和人工巡檢相結合的方式。本文結合地鐵廊道弱電系統的實(shí)際情況，對城市綜合走廊監控報警系統的設計進(jìn)行了分析。
 
1廊內設備與環(huán)境監控系統
1.1廊內設備
在綜合管廊的內部的每個(gè)防火分區里都需建一套PLC控制單元，主要負責監控每個(gè)區域內的設備監控，比如有風(fēng)機、照明、排水泵、綜合氣體檢測儀、供配電系統信息化數據設備等。其中，出／入口控制器和供配電系統信息化等設備是自帶控制單元的，它們可以利用RS485總線(xiàn)接入到PLC，經(jīng)過(guò)處理后由TCP/IP通信模塊接入到工業(yè)級的交換機內；對于管廊內的風(fēng)機、照明、水泵、井蓋等設備來(lái)說(shuō)，可以利用點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸方式接入到PLC，進(jìn)而將得到的數據上傳到監控中心。PLC可以接受遠程控制，在接收到監控中心所發(fā)送的指令之后可以對上述的設備進(jìn)行監控。除了遠程控制外，還有本地控制模式，可將各個(gè)設備的運行狀態(tài)上傳到PLC內預設的程序中并進(jìn)行控制，從而接收控制信號再控制本地。以往的工程分區需要控制的點(diǎn)比較少，所以一般都是采用多個(gè)分工共用一個(gè)PLC主機和數套分布式I/O系統的方式。這種方式導致在實(shí)際的施工過(guò)程中PLC主機與數套分布式I/O模塊的分布間距過(guò)長(cháng)，不利于擴展；而且有一部分PLC主機和分布式I/O模塊間連接的纜線(xiàn)需要特殊定制，這就增加了成本。所以，針對以上兩種情況，建議綜合管廊內部的每個(gè)分區都建設一個(gè)ＰＬＣ自控單元，既可以提高設備的穩定性，又可以提升它的延展性。
1.2監控系統功能
根據國家《城市綜合管廊工程技術(shù)規范》提出的要求，必須具備地下綜合管廊的監控系統。監控系統要結合多種技術(shù)進(jìn)行有效的監測和管理，如計算機、通信、控制等技術(shù)，并且要保證管廊內部各專(zhuān)線(xiàn)如電力電纜、燃氣管道等，以及管廊內的溫濕度設備、風(fēng)機、水泵、井蓋等的運行安全。此外，要對人員定位、遠程廣播等方面進(jìn)行監控和管理，要求地下管廊內設備的運行狀態(tài)與管廊的環(huán)境狀態(tài)要保持一致，保證管廊環(huán)境與設備監控系統實(shí)現自動(dòng)化、智能化的控制。圖１顯示了城市地下綜合管廊監控系統功能。
 
圖１　城市地下綜合管廊監控系統功能
 
2綜合管廊設備監控系統分析
2.1管廊環(huán)境監控
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)機等內容，環(huán)境監控就是要對以上內容進(jìn)行監測。管廊內部是一個(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，才能允許檢查維護人員進(jìn)入到管廊內部，這也是對人員安全的負責。監測系統的自動(dòng)化、智能化可以保證管廊環(huán)境的安全，如當廊內氧氣過(guò)低、溫度濕度等過(guò)高時(shí)，監測系統會(huì )自動(dòng)發(fā)出警報并開(kāi)啟通風(fēng)設備，強行換氣；如若積水坑的水位過(guò)高，它同樣會(huì )發(fā)出警報并停止排水泵的運行。
2.2火災監控系統
火災監測適合采用以光纖測溫機和感溫光纖等作為主要的火災監測裝置。測溫光纖負責確定火災發(fā)生的具體位置，然后再將這些信息傳輸給光纖測溫主機；測溫光纖主機的任務(wù)就是將火災發(fā)生的位置、溫度以及火災的報警信號傳輸給火災報警裝置，火災報警系統再發(fā)動(dòng)消防聯(lián)動(dòng)信號。部分管廊內部會(huì )設置一些其他主要的火災監測裝置，如感煙探測器、感溫光柵等。感煙探測器的使用效果其實(shí)并不理想，主要是因為管廊內部的給排水管、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，所以當管廊內部出現火或大量煙氣時(shí)，感溫裝置早就發(fā)出動(dòng)作了，而感煙器反應較慢，所以安裝感煙探測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，且監測時(shí)間是非連續性的，所以綜合管廊內部不適合將感煙探測器和感溫光柵作為主要的火災探測器，感溫光纖測溫是很好的選擇。
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，本工程將管廊內部的PLC控制器、門(mén)禁監控系統、巡管理系統等與監控中心建設一個(gè)傳輸主干網(wǎng)，并結合綜合管廊的特點(diǎn)及走向，設置兩個(gè)千兆光纖環(huán)網(wǎng)的傳輸主干網(wǎng)，設置兩臺S9700核心層交換機，在現場(chǎng)設置120臺S2700接入層交換機，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)機的自控系統可以根據溫度自行開(kāi)啟通風(fēng)機，并在２４小時(shí)內自動(dòng)完成通風(fēng)工作。自控系統會(huì )在人員進(jìn)入管廊內部時(shí)自動(dòng)提通風(fēng)換氣，進(jìn)而保障人員的安全；同時(shí)，它還能根據火災報警系統或者是燃氣探測報警系統的需要，自動(dòng)控制通風(fēng)排風(fēng)機的運行，如果發(fā)生該系統與火災報警系統同時(shí)作用的狀況，那么火災報警系統會(huì )先動(dòng)作。在集水坑位運行的控制方面，消防系統會(huì )在集水坑內安裝壓差液位計，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 )出現在監控中心的顯示屏上；排水泵的自控系統還具有自動(dòng)控制和現場(chǎng)手動(dòng)控制的功能。照明開(kāi)關(guān)與聲光報警信號的主要作用就是當防火分區的報警或其他報警裝置響起后，該裝置會(huì )自動(dòng)打開(kāi)該區域的照明裝置并由自控系統向監控中心發(fā)出警報?？捎蛇h程控制來(lái)開(kāi)關(guān)電控井蓋。
 
2.5消防聯(lián)動(dòng)系統
自動(dòng)狀態(tài)下的消防系統會(huì )在火災監測設備檢測到火災的很短時(shí)間自動(dòng)啟用事先編制好的消防方案，控制相關(guān)的消防設備進(jìn)行消防措施，如切斷非消防的電源，啟動(dòng)排風(fēng)機進(jìn)行排煙，開(kāi)啟滅火裝置等。如果是在手動(dòng)的狀態(tài)下，則需要相關(guān)人員確認火災之后，自行啟用消防預案，控制消防設備，手動(dòng)控制相關(guān)報警設備與消防設備的開(kāi)與關(guān)。
 
3 安科瑞管廊產(chǎn)品介紹
3.1 管廊電力監控系統（10/0.4kV地面變電所、配電箱）
針對管廊環(huán)境供電設備監控，安科瑞可提供10kV，0.4kV進(jìn)出線(xiàn)配電監控裝置。選型如下：

注：地下管廊使用的動(dòng)力箱/柜符合管廊相關(guān)標準，防護等級達IP65
 
3.2 管廊風(fēng)機水泵監控用電動(dòng)機保護器選型方案
l 功能
安科瑞ARD智能電動(dòng)機保護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。采用單片機技術(shù)，具有抗干擾能力強、工作穩定可靠、數字化、智能化、網(wǎng)絡(luò )化等特點(diǎn)。保護器能對電動(dòng)機運行過(guò)程中出現的起動(dòng)超時(shí)、過(guò)載、堵轉、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、阻塞、過(guò)壓、欠壓、溫度、tE保護等多種情況進(jìn)行保護，設有SOE故障事件記錄功能，方便現場(chǎng)維護人員查找故障原因，并通過(guò)LCD中文液晶顯示屏、狀態(tài)指示燈等各種方式，將電機的運行狀態(tài)清晰、直觀(guān)地顯示出來(lái)。該保護器具有RS485遠程通訊接口，DC4~20mA模擬量輸出，方便與PLC、PC等控制機組成網(wǎng)絡(luò )系統，實(shí)現電動(dòng)機運行的遠程監控。
 
l 技術(shù)參數

l ARD電動(dòng)機智能保護功能
(1)阻斷保護：電動(dòng)機在起動(dòng)過(guò)程中，如果由于負荷過(guò)大或自身機械原因，造成電動(dòng)機軸被卡住，而未及時(shí)解除故障，將造成電機過(guò)熱，絕緣降低而燒毀電機，堵轉保護適用于電動(dòng)機起動(dòng)發(fā)生故障保護。
(2)過(guò)流保護：不正確的起動(dòng)和負載轉矩過(guò)大，也常常引起電機出現很的過(guò)電流，一般情況下當電機線(xiàn)路電流在其額定電流 1．5-6倍之間時(shí)，保護器進(jìn)行反時(shí)限過(guò)流保護，過(guò)流保護時(shí)間一般為幾秒鐘。
(3)斷相保護：電機在正常運行中，保護器能根據三相電流的差值自動(dòng)檢測出來(lái)，并進(jìn)行斷相動(dòng)作保護。
(4)三相電流不平衡保護：當電動(dòng)機發(fā)生斷三相電流嚴重不平衡時(shí)，如不平衡率達到保護設定時(shí)，保護器按照設定的要求保護，發(fā)出停車(chē)或警報，確保電動(dòng)機的運行。
(5)過(guò)載保護：電動(dòng)機在過(guò)負載情況下當保護器監測到電動(dòng)機過(guò)載運行了，保護器應在警報或脫扣（延時(shí)）設定時(shí)間內發(fā)出警報或脫扣信號。
 
(6)欠電壓保護：電機在有些應用場(chǎng)合下，當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，這種保護成為欠電壓保護 。
(7)堵轉保護：電動(dòng)機在起動(dòng)過(guò)程中，如果由于負荷過(guò)大或自身機械原因，造成電動(dòng)機軸被卡住，而未及時(shí)解除故障，將造成電機過(guò)熱，絕緣降低而燒毀電機.
(8)漏電接地保護：對于中性點(diǎn)絕緣或小電流接地系統，當零序電抗器檢測到的零序電流超過(guò)整定值時(shí)漏電保護動(dòng)作。
（9）短路保護：當電動(dòng)機運行電流超過(guò)設定的保護電流是保護器按設定的要求進(jìn)行保護，在脫扣（延時(shí)）設定時(shí)間內脫扣。
4結束語(yǔ)
地下綜合管廊的建設、維護與管理是一項需要不斷完善的長(cháng)期過(guò)程，如何將管廊環(huán)境與設備監控系統設計得加合理，加化，是現階段對系統設計的難點(diǎn)，希望多的設計者能夠提出相應的建議與意見(jiàn)，為綜合管廊環(huán)境監控系統做出多的貢獻。
 
【參考文獻】
 [1] 城市綜合管廊工程技術(shù)規范. GB50838-2015[S]
[2] 李曉明 綜合管理環(huán)境與設備監控系統分析 北京中科軟科技有限公司
[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊. 2019.11版