淺談城市管廊配電能效監控平台的應用

摘要：在城市化進程推進、大城市人口急劇膨脹的背景下，為(wei) 了解決(jue) 城市發展和建設的需要，城市基礎設施建設。方興(xing) 未艾，各城市綜合管廊項目也呈現蓬勃發展的趨勢，建設規模和水平上有了很大的提高。綜合管廊的管理模式已從(cong) 傳(chuan) 統的管理模式向信息化智能化管理的方向發展，依托大數據信息分析能力和智能化運營管理手段，為(wei) 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(jue) 方案。作為(wei) 綜合管廊管理的大腦中樞係統，“一體(ti) 化監控運管平台"集數據收集、遠程控製、預案執行、連鎖聯動、智慧運管和狀態信息數據分析指導決(jue) 策等多功能為(wei) 一體(ti) ，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(guan) 於(yu) 城市綜合管廊一體(ti) 化監控運管平台係統的建設技術思路和技術應用，希望能為(wei) 後續管廊建設和運營管理提供借鑒。

關(guan) 鍵詞：城市綜合管廊；監控運管平台；三層次係統架構；軟硬件智能聯動

1城市綜合管廊監控運管平台係統的建設意義(yi)

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(wei) 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控係統。

綜合管廊屬於(yu) 地下封閉空間，並且管理區域和管廊位置有一定的距離，如果管廊內(nei) 發生突發事件，依靠人力去處理，在及時性上無法的得到保證；並且日常巡檢和設備狀態信息的采集，也不是單純依靠人力和單一統軟件就能有效的完成的。因此，建設一套完善的、可擴展的、模塊化的綜合監控係統，變成綜合管廊智能化應用的重要一環。

城市綜合管廊監控運管平台為(wei) 管廊內(nei) 資產(chan) 管理、設備運行情況、管廊內(nei) 環境情況監測、設備遠程監測和控製、廊內(nei) 緊急情況處置5個(ge) 方麵提供智能化的設備監控及能耗管理解決(jue) 方案，助力管理企業(ye) 實現遠程設備監控、應急聯動處置和智能數據分析等功能。

2城市綜合管廊的維護與(yu) 管理

城市地下綜合管廊作為(wei) 城市市政地下空間配套工程，管廊內(nei) 敷設眾(zhong) 多不同作用的管線，管線的運行安全，需要定期巡檢，對於(yu) 管廊管理工作提出了比較高的要求。現在城市綜合管廊運營管理方式，大多數還采用人工巡查，單係統管理的模式，因為(wei) 綜合管廊屬於(yu) 地下封閉空間設施，環境比較複雜，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，隨著技術的發展，管理手段的豐(feng) 富，應用了一些自動化和信息化的手段來管理，但是還是存在各係統之間比較獨立，存在信息孤島，沒有實現信息共享、智能聯動和數據分析應用等功能。

結合城市綜合管廊的運營特點和管理側(ce) 重，城市綜合管廊監控運管平台係統開發采用三層次係統架構體(ti) 係，係統實現“高內(nei) 聚、低耦合"，打通各係統間的數據壁壘，實現數據共享，在設備遠程監控方麵也解決(jue) 了多係統、多協議的問題。

3城市綜合管廊監控運管平台係統技術應用

2019年我參與(yu) 了某市商務區綜合管廊項目的智能化建設，本工程涉及三條市政道路，為(wei) 三艙管廊（包括：綜合艙、電力艙和燃氣艙），綜合管廊總長度為(wei) 2.4公裏，監控調度中心距離管廊現場約1.5公裏，是典型的異地監控、本地執行的綜合管廊智能化建設項目。

綜合管廊涵蓋的主要業(ye) 務子係統有環境與(yu) 設備監控子係統、管廊安防視頻監控子係統、入侵報警及巡查子係統、子係統、無線通信子係統、結構監測子係統、配電子係統、資產(chan) 管理子係統等。

綜合管廊監控運管平台係統部署在監控調度中心，使用多台數據庫服務器和應用服務器實現軟件基礎環境功能，服務器都配置了冗餘(yu) 熱備份。平台係統與(yu) 深度集成的各子係統之間，通過約定的協議及接口方式連接，實現綜合監控平台與(yu) 各子係統的數據對接和指令下發。

本文我結合所參與(yu) 的項目，主要介紹城市綜合管廊監控運管平台軟件的架構、接入技術，以及平台軟件開發技術和監控運管平台應用效果等。

3.1平台軟件係統架構

綜合管廊監控係統軟件平台采用三層次架構（3-tierapplication），將整個(ge) 業(ye) 務應用劃分為(wei) ：表現層（UI）、業(ye) 務邏輯層（BLL）、數據訪問層（DAL，按照數據接入技術屬性一般拆分成兩(liang) 層，包括數據服務層、數據采集層，在軟件架構劃分同屬數據訪問層），在不同層次采用不同計算機信息技術，實現有效、穩定、先進的係統應用。

（1）數據層

數據采集層，屬於(yu) 數據層傾(qing) 向於(yu) 數據接入和數據采集，主要依托於(yu) 現場網絡架構，通過通信網絡接入、匯聚，現場設備信息和命令執行，是平台和設備進行交互的橋梁。對通過各種通信接口，如TCP網絡、UDP網絡、RS485串口、RS232串口、CAN等，接入係統中的設備，按照設備自身的通信協議格式，進行設備實時參數和狀態的收集、控製命令的下達。

數據服務層，也屬於(yu) 數據層傾(qing) 向於(yu) 數據存儲(chu) 和數據管理，對采集到的各類設備數據，進行分類、清洗、計算、存儲(chu) ；根據用戶功能要求，進行數據的分析、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(wei) 業(ye) 務邏輯層（BLL），位於(yu) 物聯網三層結構中的較頂層，其功能為(wei) "處理信息"，用戶所需要的功能邏輯在本層實現。通過對用戶的需求進行分析、歸類，調用數據服務層提供的數據和服務，實現對物理世界的實時控製、準確管理和科學決(jue) 策。

（3）表現層：在軟件體(ti) 係架構設計中，本層的主要功能是數據信息展示、控件布置和應用界麵設置等，是用戶使用綜合管廊監控係統軟件平台的軟件界麵呈現，通過Web端、客戶端、移動端、大屏、平板等方式，給用戶豐(feng) 富、方便的數據展現。

3.2平台係統軟硬件接入

綜合管廊監控運管平台係統的建設主要目的是集中控製、環境監測、智能聯動和應急指揮，主要功能包括水泵狀態和控製、風機狀態和控製、集水坑液位、溫濕度檢測、氧含量檢測、甲烷檢測、應急電源EPS狀態檢測、防火閥控製、壓差沉降儀(yi) 、傾(qing) 角測量儀(yi) 、三軸測振儀(yi) 等在內(nei) 的多種設備儀(yi) 表的探測和控製信息收集和執行命令下發，實現在監控運管平台係統上的各機組信息收集、自動控製，並終實現多係統聯動和信息共享。

（1）PLC硬件接入

本項目選擇西門子S7-1500係列可編程控製器，S7-1500的特點有組網靈活、平台開放、編程軟件靈活和模塊智能等。

S7-1500可編程控製器的基本硬件由電源模塊、CPU模塊、串口通訊模塊、數字量輸入模塊、數字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊等部分構成，用於(yu) 與(yu) 現場設備進行通信和數據對接，以及執行平台係統控製命令等。

現場ACU執行機構中，PLCETHERNET通訊模塊與(yu) 監控平台軟件通過主幹環型網絡通信，S7-1500PROFINET以太網通信模塊支持TCP/IP、UDP、MODBUSTCP等協議，數據傳(chuan) 輸速率10/100Mbit/s，采用標準的RJ45接口。

（2）軟件接入協議

綜合管廊監控運管平台係統與(yu) 各子係統的對接，包括接口設備名稱、物理接口類型、軟件接口協議、接口協議要求、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(ge) 子係統整理一個(ge) 接入技術規約書(shu) ，用於(yu) 指導軟件開發和係統對接工作。

3.3平台智能監控聯動應用

在實際應用中，監控運管平台係統聯動控製有三種方法：硬聯動、軟聯動及遠程控製。硬聯動是指傳(chuan) 感器之間的直接聯動，如水位開關(guan) 直接控製水泵的啟停；軟聯動是指通過區域控製器的邏輯運算後，經指令動作，如水位開關(guan) 的信號先送入區域控製器，經過邏輯運算得出的結果控製水泵的啟停；遠程控製是指在集中統一的管理監控平台上執行控製指令。

應急聯動控製管理方案：由於(yu) 城市地下綜合管廊現場管理與(yu) 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(wei) 正常工作方式和異常工作方式。正常工作方式又可以分為(wei) 自動工作和巡檢工作，自動工作就是在正常工作的情況下，區域控製器ACU按照設置的參數對設備進行控製，使地下綜合管廊內(nei) 的環境參數在安全範圍內(nei) ；巡檢工作是為(wei) 維修人員專(zhuan) 門定製的一種工作方式，在人員進入地下綜合管廊前30分鍾，啟動風機，確保人員進入地下綜合管廊內(nei) 的空氣質量良好且空氣流通；異常工作方式主要是指發生火災、緊急情況等安全事故時的工作方式，這種工作方式是為(wei) 了防止事故範圍擴大，造成更大的損失，例如當發生火災時，區域控製器ACU立即關(guan) 閉所有風機和防煙防火閥門，在火災撲滅後，再啟動該防火分區的所有風機和風閥，進行排煙。

管廊監控運管平台係統的建設，既滿足了運管單位日常生產(chan) 管理所需，並提高了工作效率，也降低了生產(chan) 過程中的安全風險，也為(wei) 管理決(jue) 策提供了數據支持和指揮手段，平台係統利用智能化數字分析技術，實現了城市綜合管廊運營管理的信息化、數字化、智能化，綜合監控運管平台的應用是提高生產(chan) 效率、整合管廊公共資源的關(guan) 鍵所在，保障了管廊設備設施的運行安全，為(wei) 管廊在實際管理中提供了技術手段和保護承諾。

4城市綜合管廊監控運管平台開發技術應用

綜合管廊監控運管平台係統主要由管理平台係統及各子係統中央管理級設備組成，分層次、分模塊進行開發和對接，實現對區域管廊的集中監控和管理，軟件開發和功能實現主要技術應用有：

1. 軟件平台在基礎平台基礎上進行二次開發，提供更豐(feng) 富的展現方式，包括統一客戶界麵、組態、報警、聯動、統計圖、趨勢圖等，並支持模塊化開發方法。2)軟件平台數據訪問層可接入常見的傳(chuan) 感器儀(yi) 表、PLC設備、通訊板卡、RTU、電氣自動係統等，還提供常用的各類子係統聯動等功能，將這些子係統有機集成在一起，並實現有效的係統間聯動。3)軟件平台可實現Web、PC端、手機端展示，展現效果相同，大大提高了用戶體(ti) 驗。4)軟件平台可在應用層提供聯動預案管理，將以往經驗整合在係統中，當觸發事件發生時，實現按照預定方案進行跨子係統、多設備的聯動控製，例如巡檢人員申請管廊內(nei) 作業(ye) 時，此時管廊內(nei) 氧氣含量低於(yu) 人體(ti) 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動風機預案，進行管廊內(nei) 通風換氣，使管廊內(nei) 氧氣濃度達到合格標準。5)軟件平台提供靈活的多級分布式部署方式，前後端均支持跨平台運行（Windows/Linux/Unix），支持各種應用功能擴展。6)軟件平台采用統一授權係統的安全機製，多級授權，不同級別的人員賦予不同的操作權限，防止係統信息泄露和被非授權人員所幹擾。7)軟件平台擁有多廠家協議、多子係統接入和整合能力，提供OPC\Modbus、數據庫、WebService等多種外部接口；8)軟件平台依據HTML5進行二次開發，可用瀏覽器遠程監視數據、查看報警情況、查詢報表等。

5AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平台

5.1平台概述

AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平台集18luck新客户端、能源管理、電氣安全、照明控製、環境監測於(yu) 一體(ti) ，為(wei) 建立可靠、安全、有效的綜合管廊管理體(ti) 係提供數據支持，從(cong) 數據采集、通信網絡、係統架構、聯動控製和綜合數據服務等方麵的設計，解決(jue) 了綜合管廊在管理過程中存在內(nei) 部幹擾性強、使用單位多及協調複雜的根本問題，大大提高了係統運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎設施、環境和設備的使用和恢複效率。

5.2平台組成

安科瑞城市地下綜合管廊能效管理係統是一個(ge) 深度集成的自動化平台，它集成了10KV/O.4KV變電站18luck新客户端係統、變電所環境監控係統、智能馬達監控係統、電氣火災監控係統、消防設備電源係統、防火門監控係統、智能照明係統、消防應急照明和疏散指示係統。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數據，通過一個(ge) 平台即可全局、整體(ti) 的對管廊用電和用電安全進行進行集中監控、統一管理、統一調度，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩定、有效、有序的要求。

5.3平台拓撲

5.4平台子係統

5.4.118luck新客户端

18luck新客户端主要針對10/0.4kV地麵或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀(yi) 表進行保護和監控，對0.4kV出線配置多功能計量儀(yi) 表，用於(yu) 測控出線回路電氣參數和用能情況，可實時監控高低壓供配電係統開關(guan) 櫃、變壓器微機保護測控裝置、發電機控製櫃、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄等。

5.4.2環境監測

環境監測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃氣體(ti) 濃度、門禁、視頻、空調、消防數據的采集、展示和預警，同時也可接入管廊艙室內(nei) 的水泵和通風排煙風機等設備集成的第三方係統完成管廊環境綜合監控。

5.4.3電氣安全

AcrelEMS-UT能效管理係統針對配電係統的電氣安全隱患配置相應的電氣火災傳(chuan) 感器、溫度傳(chuan) 感器，消防設備電源傳(chuan) 感器、防火門狀態傳(chuan) 感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態實時顯示，並且對UPS的蓄電池溫度、內(nei) 阻進行實時監視，發生異常時通過聲光、短信、APP及時報警。

5.5相關(guan) 平台部署硬件選型清單

5.5.118luck新客户端及配電室環境監控係統

6小結

城市綜合管廊監控運管平台係統是一個(ge) 軟件工程項目，是要從(cong) 整體(ti) 出發合理開發、設計、實施和運用係統科學的一項工程技術，是一個(ge) 係統性的綜合應用。它根據總體(ti) 需求，綜合應用社會(hui) 管理學、項目管理學和統計分析應用中有關(guan) 的思想、理論和方法，利用電子計算機作為(wei) 工具，對係統的結構、要素、信息和反饋等進行分析，以達到較優(you) 規劃、較優(you) 設計、較優(you) 管理和較優(you) 控製的目的，滿足項目的所有應用。在數字化經濟社會(hui) 的背景下，信息化、智能化的管理手段將成為(wei) 城市基礎設施管理的主要方式。

安科瑞侯文莉