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九思易城市智慧管廊综合管控方案

供稿:北京九思易自动化软件有限公司 2016/8/5 13:49:04

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  • 关键词: 城市智慧管廊 地下管线
  • 摘要:城市地下管线是指城市范围内供水、排水、燃气、热力、电力、通信、广播电视、工业等管线及其附属设施,是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。近年来,随着城市快速发展,地下管线建设规模不足、管理水平不高等问题凸现,一些城市相继发生大雨内涝、管线泄漏爆炸、路面塌陷等事件,严重影响了人民群众生命财产安全和城市运行秩序。

一、项目概况

城市地下管线是指城市范围内供水、排水、燃气、热力、电力、通信、广播电视、工业等管线及其附属设施,是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。近年来,随着城市快速发展,地下管线建设规模不足、管理水平不高等问题凸现,一些城市相继发生大雨内涝、管线泄漏爆炸、路面塌陷等事件,严重影响了人民群众生命财产安全和城市运行秩序。

城市综合管廊是指在城市地下建造的管线公共隧道,将电力、通信、燃气、给水、热力、排水等两种以上市政管线集中敷设在该隧道内,实施统一规划、设计、施工和维护。综合管廊在日本被称为“共同沟”,在我国亦被称为“共同管道、综合管沟”。日本是目前世界上综合管廊建设最先进的国家。目前,日本综合管沟建设已经处于国际领先水平,实现了大规模综合管沟建设,其国内管线管理以综合管廊管理为主。


推进城市地下综合管廊建设,是创新城市基础设施建设的重要举措,能够逐步消除“城中看海”“马路拉链”“空中蜘蛛网”等问题。实行“统一规划、统一建设、统一管理”,以做到地下空间的综合利用和资源的共享。

建设管廊综合管控系统,能够全面了解管廊大量设备的运行情况以及环境参数、集成多个子系统,如火灾报警、消防、安防、语音通讯、视频监控等,从而实现不同子系统的联动,并为城市中多个区域的管廊提供集中的综合管理监控平台。

1.设备和环境监控

管廊中有大量不同种类的设备,如风机、水泵、气体检测仪等环境设备,通过对设备的监控能够全面了解管廊内环境以及设备的运行情况。

2.电力监控

管廊中具有大量的电力设备,如高低压柜、变压柜、UPS等,通过对这些电力设备的监控能够了解电力系统的运行状态和管廊的用电量等信息。

3.火灾报警监控

火灾报警监控系统用于管廊内发生火灾时,自动或人工发出报警信号,在综合管廊内部及监控中心进行声光报警, 系统同时在监控中心进行声光报警,迅速通告管廊监控室,请求灭火、救援等活动,并完成相应的消防联动。

4.消防系统

主要对各种消防器件进行监控。并编制大量的消防预案。

5.语音通讯系统

语音通讯系统可以分为紧急电话系统、无线通信系统和广播系统。

6.安防系统

安防系统包含视频监控、红外入侵报警、门禁出入口控制、电子巡查等功能。一旦安防系统产生报警,可在监控中心大屏幕上看到报警详细位置并引发声光报警,并联动视频系统等。

7.视频监控

对管廊关键位置和主要设备进行视频监控,一方面能更直接、清楚的掌握管廊关键部位和设备的状态,另一方面视频监控还能够与火灾报警系统、安防系统等子系统无缝集成从而实现整个系统层面的联动。

8.设备维护和管道养护

管廊中使用到的设备数量大,种类多,管道养护复杂,管廊综合管控系统能够对设备和管道养护进行统一的管理维护。

9.预案管理

针对管廊综合管控系统中可能发生的报警、预警,制定一系列紧急事故处理预案。

10.远程监控

管廊综合管控系统提供多种远程监控的方式,如通过网页浏览器、手机、平板电脑等,便于实现管廊现场无人值守的监控系统。

11.信息展示平台

管廊综合管控系统信息展示部分,能够适应复杂的显示设备,如大屏幕或电视拼接墙,便于在监控中心搭建综合的信息展示平台,实现对一个城市所有管廊的综合监控。


二、系统方案

1.技术原则

(1)业务流程的统一整合:管廊是一个综合建筑体,包含众多的复杂的业务流程,包括智能监控、管网运行、设备维修、应急作业、运维调度、隐患管理,等等,这些业务流程需要统一整合到管廊综合管控方案中。

(2)软硬件新技术融合:管廊综合管控方案中将利用到大量的最新的软硬件技术,例如设备监控技术、物联通讯技术、智能终端技术、数据中心技术、智能报表技术、数据挖掘分析技术、数据仓库技术,等等。

(3)数据集成与智慧决策:管廊综合管控方案是一个数据集成与智慧决策系统,包括大量的、多种类的数据集成,保证数据的完整性,各系统之间的数据关联性,利用专家库实现知识挖掘,利用大量的预案实现智慧决策。

(4)系统的开放与扩展:由于管廊系统管理设备众多,监控内容庞杂,系统规模逐渐扩大,由现场监控系统到区域分监控中心到主控中心各层级逐步建设,因此对系统的开放性和扩展性要求很高,要求系统架构可灵活配置、监测设备可灵活配置、外围系统接口可灵活添加修改、功能模块可灵活添加、网络层级可延伸扩展,等等。

2.方案概述

依据城市综合管廊实施范围,并结合管理部门的运行管理需求,综合管廊监控系统构架可以分为主控中心——区域分监控中心——管廊现场监控系统三层。

主控中心需根据城市综合管廊的整体实施计划,除对所有区域综合管廊设备监控及环境监测系统、火灾报警系统、安防系统及通讯系统所需的上位系统外,还包括地理信息系统和统一管理信息平台等上级管理调度系统。

区域分监控中心负责各自片区范围内综合管廊具体的运行、维护及管理等功能,并将所有数据汇总至主控中心。

管廊现场监控系统负责管廊内各现场运行设备、在线检测设备的监控及报警等功能,并将所有数据汇总至对应的区域分监控中心。

系统设计为分布式的结构。本方案主要描述每个区域管廊现场的现场监控系统。现场监控系统负责采集管廊内环境设备和电力设备的数据和视频,实现对设备的自动化监控和视频监控,与火灾报警系统、安防系统、语音通讯系统等子系统进行数据交互,同时作为服务器为监控中心提供必需的数据、报警、视频等服务。管廊现场系统监控包设备和环境监控系统、电力监控系统、照明系统、火灾报警系统设备、消防系统、语音通讯系统设备、安防系统设备、视频监控设备等。现场监控系统包含数据采集服务器、报警和事件服务器、数据记录服务器、远程监控服务器以及大屏或电视拼接墙等显示设备。

3.系统架构图

系统架构设计如下图:


控制中心层:是计算机控制系统的监控中心,由工作站、服务器及配套的软件组成。实现现场各种设备数据流远程采集,实现数据共享,远程集中监控管理。服务器负责管理协调各子系统实时数据的储存。管理工作站完成相应子系统的监控、历史数据的查询和显示,生成和打印各类运行管理报表。

网络通讯层:网络层是计算机控制系统的信息高速通道。在管沟内的设备工作环境较为恶劣, 综合管沟内的网络层设备选用工业级以太网交换机作为中间连接设备,并采用光纤环网结构。光纤环网结构具有线路冗余功能,当光缆发生断点时,通信网能自动恢复。

设备监测层:设备层包含各防火分区的监控系统、设备装置和仪表等,通过分区交换机与网络层连接。设备层包含网络门禁、视频监控及PLC 控制系统(照明、风机、排水泵、环境监测、电力参数监测等)。


三、系统功能

1、设备和环境监控

管廊综合管控系统能够对管廊使用的设备进行监控,包括风机、水泵、气体检测仪等,还包括对管廊内一氧化碳浓度、可见度等环境参数进行监控。为保证进入综合管沟人员的安全,每个防火分区综合管沟内每隔1OOm均设有一套环境探测仪,监测参数包括CO(一氧化碳)、CH(甲烷)、0(氧气)、温度和湿度。风机设备由沟内的温湿度、氧气浓度、有害气体浓度、火灾警情控制。各防火分区集水坑设置超声波液位传感器,液位信号传入PLC控制系统进行自动和远程排水泵控制。设备和环境监控还可以包括管线监控,管廊内管线的振动、泄露、阴极保护、管道沉降监测,等等。

监控系统能够获取所有设备的运行状态和参数并记录,在监控系统界面上能够展示与设备和环境有关的实时数据、历史数据、报警等,并可根据需要对设备进行控制,如风机的启停、排水泵的启停等,从而实现对设备和环境的全面监控。易控天地可以通过数据、动画、图表曲线、3D、GIS等多种方式来展示。可以针对管廊内关键设备制作3D模型,并在监控系统画面上显示,支持鼠标的平移、缩放、旋转操作。可嵌入管廊GIS地理信息系统,并在GIS上面叠加监控对象和监控信息,实现数据采集系统和GIS系统的深度集成。

管廊GIS地理信息系统,包含:基本地理地图、管线单位、管线、增压站、配电站、闸门、泵站、进出户、管网监测点、地面附属设施、SCADA数据、报警标识等。

2、电力监控

综合管沟设沟外箱式配变电站与沟内分区配电柜,各系统回路设置智能多功能仪表。

管廊综合管控系统能够对管廊中的电力设备进行监控,如高低压柜、变压柜、UPS等,监控系统能够获取电力设备的运行状态和参数并记录,在监控系统界面上能够展示与电力设备有关的实时数据、历史数据、报警信息等,。包括输入/输出电压、输入频率、电池电压、环境温度、UPS类型、UPS故障等等设备具体信息。综合监控系统还可通过电力设备的关键参数监测(如高压侧的电量等)计算管廊的用电量,并根据需要定期出具管廊用电量报表。

3、照明系统

管沟内值班照度为10Lx,兼作火灾应急照明;管沟巡视或检修时照明灯全开启,设计照度为30Lx。可在分区照明配电箱现场控制、控制中心遥控实施照明方式的切换。

系统通过照明系统对各个照明节点和各个照明区域进行实时状态的监视和控制,并可自行设置照明节能的预案,自动化的进行开关灯光的控制来达到节能的效果,延长设备的使用寿命。

集成系统同时能根据协议接受智能照明控制系统的各种故障、异常等报警信息,并可与预先设置的相关相应动作进行联动。

3、火灾报警监控

火灾报警监控系统用于管廊内发生火灾时,自动或人工发出报警信号,在综合管廊内部及监控中心进行声光报警,系统同时在监控中心进行声光报警,迅速通告管廊监控室,请求灭火、救援等活动,并完成相应的消防联动。发生火灾后,对火灾信号的处理可以有自动和人工两种方式,支持通过操作按钮启停相关报警设备和消防设备,通过监控平台进行消防联动,如启动风机进行排烟,启动气体灭火装置等。

4、消防系统

主要对各种消防器件进行监控。监视各类火灾报警探头、手动报警器的正常、报警、报警状态,以及火灾报警系统中硬联动设备的工作状态。

当出现消防报警时,报警情况直接反应在画面中的报警设备上,同时自动启动发生警报区的广播系统,进行消防广播,还可以联动视频系统采集消防区域图像信息,等等。该系统还包括大量的消防预案,例如:设备的启停控制、车辆和人员的疏散,等等。

5、语音通讯系统

语音通讯系统可以分为紧急电话系统、无线通信系统和广播系统。通过数字程控交换机系统的SDK(Software Development Kit)参与电话系统的监控。根据系统预案,将指定呼叫转移到相关的接警处,进行指挥调度等功能,当有紧急电话呼叫时,系统会自动切换到主叫电话所在区域,并且能够实时显示拨号、通话和挂机等状态,以及执行其他预案。

6、安防系统

安防系统可以利用视频手段和其他入侵检测手段,包括红外入侵检测、门禁出入口控制、电子巡查等功能。

本系统设计中可以将管廊环境数据提供给安防系统,便于在管廊入口处的门禁设备上显示管廊环境信息,为巡检、维修人员进入管廊提供安全确认数据。同时一旦安防系统产生报警,可在监控中心大屏幕上看到报警详细位置并引发声光报警,并联动视频系统,等等。

7、视频监控

为保证综合管沟管理及运行安全,以及进入综合管沟的工作人员的安全, 管沟采用网络视频监控系统。

管廊综合管控系统的视频监控功能能够对管廊的关键部位或关键设备进行视频监控,以便管廊运行维护人员更准确、直接的了解管廊的信息。监测范围覆盖管廊内所有重要节点,包括:人员出入口、投料口、通风口、引出段等。通过易控天地的视频监控功能,能够查看关键部位和关键设备的实时视频画面,并可对视频进行截图、录像、回放、云台调整、调用预置点和巡航路径、布防/撤防等操作。还可以实现与安防系统、火灾报警系统的联动。

8、设备维护和管道养护

管廊中使用的设备种类多、数量大、且需要定期检修和维护,以保证管廊的正常运行。在管廊综合管控系统中能够记录管廊使用的所有设备的厂家、型号、采购日期、检修记录等信息,并对对设备运行时间、故障时间等信息进行记录和分析,结合对设备运行时的报警和故障进行分析,提醒管廊运行维护人员定期对设备检修或更换备品备件,实现统一的设备维护及管理。操作员也能够在管廊综合管控系统中根据需要查询到任何一个设备的相关信息。

管道养护包括:制定养护计划、现场巡查管理、养护报告收集、养护完成情况统计、历史资料汇总查询、养护统计上传、积水点管理、排放点管理,等等。

9、预案管理

本系统中的预案子系统为重要部分,当管廊事故时,它将调动所集成的所有子系统进行联动控制,包括设备监控、电力监控、火灾报警监控、消防系统、语音系统、安防系统、视频监控等等。

例如,当某一火灾报警点发生火灾报警时,监控系统工作站首先将监控画面自动定位至报警点,并以对话框形式弹出火灾报警信息,同时联动视频监控子系统,自动切换报警点附近视频图像和本管廊入口处视频图像。

10、远程监控

通过管廊综合管控系统提供的远程监控功能,能够将管廊现场的监控站建设成为无人值守监控站。可以远程实现排水泵站、配电房、消防设施、通风系统、照明系等的实时远程监控。

综合监控系统的操作员能够通过网页浏览器、智能手机、平板电脑等多种方式浏览监控系统的画面、了解系统运行情况,并能在需要的时候进行控制。

使用易控天地的web和手机访问功能,在系统中配置远程监控服务器,能够实现远程监控的功能。

11、信息展示

在管廊综合监控中心可以设立大屏展示,通过多个显示器或者大屏完整呈现整个管廊的视频信息和数据信息。易控天地支持大屏展示,将系统画面不仅仅在显示器上显示,还可以在大屏或者电视拼接墙上也能够很好的显示,可对大屏进行多“窗口”布局,能构建简洁而灵活的视频、工艺、数据等展示系统,特别适合调度中心或者集中监控中心的应用。

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