浅谈城市管廊配电能效监控平台的应用

关键词：城市综合管廊；监控运管平台；三层次系统架构；软硬件智能联动
1城市综合管廊监控运管平台系统的建设意义
       城市地下综合管廊指城市地下空间集中敷设电力、通信、给排水、热力、燃气等各类管线的公共隧道，也包括消防、照明、监控、通风、排水等自身设备。城市地下综合管廊的管线种类日益增加，需要利用到的地下空间越来越大，为了保证地下综合管廊的设备设施安全运行，就需要拥有一套行之有效的综合智能监控系统。
       综合管廊属于地下封闭空间，并且管理区域和管廊位置有一定的距离，如果管廊内发生突发事件，依靠人力去处理，在及时性上无法的得到保证；并且日常巡检和设备状态信息的，也不是单纯依靠人力和单一统软件就能有效的完成的。因此，建设一套完善的、可扩展的、模块化的综合监控系统，变成综合管廊智能化应用的重要一环。
       城市综合管廊监控运管平台为管廊内资产管理、设备运行情况、管廊内环境情况监测、设备远程监测和控制、廊内紧急情况处置5个方面提供智能化的设备监控及能耗管理解决方案，助力管理企业实现远程设备监控、应急联动处置和智能数据分析等功能。
2城市综合管廊的维护与管理
       城市地下综合管廊作为城市**地下空间配套工程，管廊内敷设众多不同作用的管线，管线的运行安全，需要定期巡检，对于管廊管理工作提出了比较高的要求。现在城市综合管廊运营管理方式，大多数还采用人工巡查，单系统管理的模式，因为综合管廊属于地下封闭空间设施，环境比较复杂，一般管廊长度都比较长，重要设备安装点位比较多等特点，不太适合人工巡查，随着技术的发展，管理手段的丰富，应用了一些自动化和信息化的手段来管理，但是还是存在各系统之间比较独立，存在信息孤岛，没有完全实现信息共享、智能联动和数据分析应用等功能。
       结合城市综合管廊的运营特点和管理侧重，城市综合管廊监控运管平台系统开发采用三层次系统架构体系，系统实现“高内聚、低耦合”，打通各系统间的数据壁垒，实现数据共享，在设备远程监控方面也解决了多系统、多协议的问题。
3城市综合管廊监控运管平台系统技术应用
       2019年我参与了某市商务区综合管廊项目的智能化建设，本工程涉及三条**道路，为三舱管廊（包括：综合舱、电力舱和燃气舱），综合管廊总长度为2.4公里，监控调度中心距离管廊现场约1.5公里，是典型的异地监控、本地执行的综合管廊智能化建设项目。
       综合管廊涵盖的主要业务子系统有环境与设备监控子系统、管廊安防视频子系统、入侵报警及巡查子系统、有线电话子系统、无线通信子系统、结构监测子系统、配电子系统、资产管理子系统等。
       综合管廊监控运管平台系统部署在监控调度中心，使用多台数据库服务器和应用服务器实现软件基础环境功能，服务器都配置了冗余热备份。平台系统与深度集成的各子系统之间，通过约定的协议及接口方式连接，实现综合监控平台与各子系统的数据对接和指令下发。
       本文我结合所参与的项目，主要介绍城市综合管廊监控运管平台软件的架构、接入技术，以及平台软件开发技术和监控运管平台应用效果等。
3.1平台软件系统架构
        综合管廊监控系统软件平台采用三层次架构（3-tierapplication），将整个业务应用划分为：表现层（UI）、业务逻辑层（BLL）、数据访问层（DAL，按照数据接入技术属性一般拆分成两层，包括数据服务层、数据层，在软件架构划分同属数据访问层），在不同层次采用不同计算机信息技术，实现有效、稳定、先进的系统应用。
（1）数据层
       数据采集层，属于数据层倾向于数据接入和数据采集，主要依托于现场网络架构，通过通信网络接入、汇聚，现场设备信息和命令执行，是平台和设备进行交互的桥梁。对通过各种通信接口，如TCP网络、UDP网络、RS485串口、RS232串口、CAN等，接入系统中的设备，按照设备自身的通信协议格式，进行设备实时参数和状态的收集、控制命令的下达。
       数据服务层，也属于数据层倾向于数据存储和数据管理，对采集到的各类设备数据，进行分类、清洗、计算、存储；根据用户功能要求，进行数据的分析、挖掘、处理，以标准服务方式提供给应用层，是应用层功能的支撑。

（2）应用层

       应用层，也称为业务逻辑层（BLL），位于物联网三层结构中的较层，其功能为"处理信息"，用户所需要的功能逻辑在本层实现。通过对用户的需求进行分析、归类，调用数据服务层提供的数据务，实现对物理世界的实时控制、准确管理和科学决策。

（3）表现层

       在软件体系架构设计中，本层的主要功能是数据信息展示、控件布置和应用界面设置等，是用户使用综合管廊监控系统软件平台的软件界面呈现，通过Web端、客户端、移动端、大屏、平板等方式，给用户丰富、方便的数据展现。

3.2平台系统软硬件接入
       综合管廊监控运管平台系统的建设主要目的是集中控制、环境监测、智能联动和应急指挥，主要功能包括水泵状态和控制、风机状态和控制、集水坑液位、温湿度检测、氧含量检测、甲烷检测、应电源EPS状态检测、防火阀控制、压差沉降仪、倾角测量仪、三轴测振仪等在内的多种设备仪表的探测和控制信息收集和执行命令下发，实现在监控运管平台系统上的各机组信息收集、自动控制，并终实现多系统联动和信息共享。
（1）PLC硬件接入
       本项目选择西门子S7-1500系列可编程控制器，S7-1500的特点有组网灵活、平台开放、编程软件灵活和模块智能等。
       S7-1500可编程控制器的基本硬件由电源模块、CPU模块、串口通讯模块、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块等部分构成，用于与现场设备进行通信和数据对接，以及执行平台系统控制命令等。
       现场ACU执行机构中，PLCETHERNET通讯模块与监控平台软件通过主干环型网络通信，S7-1500PROFINET以太网通信模块支持TCP/IP、UDP、MODBUSTCP等协议，速率10/100Mbit/s，采用标准的RJ45接口。
（2）软件接入协议
       综合管廊监控运管平台系统与各子系统的对接，包括接口设备名称、物理接口类型、软件接口协议、接口协议要求、功能达成目标等都做了详细的约定，在实施过程中，按照约定要求每个子系统整理一个接入技术规约书，用于软件开发和系统对接工作。
3.3平台智能监控联动应用
       在实际应用中，监控运管平台系统联动控制有三种方法：硬联动、软联动及远程控制。硬联动是指传感器之间的直接联动，如水位开关直接控制水泵的启停；软联动是指通过区域控制器的逻辑运算后，经指令动作，如水位开关的信号先送入区域控制器，经过逻辑运算得出的控制水泵的启停；远程控制是指在集中统一的管理监控平台上执行控制指令。
        应急联动控制管理方案：由于城市地下综合管廊现场管理与维修较困难，所以应有合理的应急方案，提高工作人员的工作效率。将城市地下综合管廊的运行方式分为正常工作方式和异常工作方式。正常工作方式又可以分为自动工作和巡检工作，自动工作就是在正常工作的情况下，区域控制器ACU按照设置的参数对设备进行控制，使地下综合管廊内的环境参数在安全范围内；巡检工作是为维修人员专门定制的一种工作方式，在人员进入地下综合管廊前30分钟，启动风机，确保人员进入地下综合管廊内的空气质量良好且空气流通；异常工作方式主要是指发生火灾、紧急情况等安全事故时的工作方式，这种工作方式是为了防止事故范围扩大，造成更大的损失，例如当发生火灾时，区域控制器ACU立即关闭所有风机和防烟防火阀门，在火灾扑灭后，再启动该防火分区的所有风机和风阀，进行排烟。
       管廊监控运管平台系统的建设，既满足了运管单位日常生产管理所需，并提高了工作效率，也降低了生产过程中的安全风险，也为管理决策提供了数据支持和指挥手段，平台系统利用智能化数字分析技术，实现了城市综合管廊运营管理的信息化、数字化、智能化，综合监控运管平台的应用是提高生产效率、整合管廊公共资源的关键所在，**了管廊设备设施的运行安全，为管廊在实际管理中提供了技术手段和保护承诺。
4城市综合管廊监控运管平台开发技术应用
       综合管廊监控运管平台系统主要由管理平台系统及各子系统*管理级设备组成，分层次、分模块进行开发和对接，实现对区域管廊的集中监控和管理，软件开发和功能实现主要技术应用有：

1)软件平台在基础平台基础上进行二次开发，提供更丰富的展现方式，包括统一客户界面、组态、报警、联动、统计图、趋势图等，并支持模块化开发方法。

2)软件平台数据访问层可接入常见的传感器仪表、PLC设备、通讯板卡、RTU、电气自动系统等，还提供常用的各类子系统联动等功能，将这些子系统集成在一起，并实现有效的系统间联动。

3)软件平台可实现Web、PC端、手机端展示，展现效果相同，大大提高了用户体验。

4)软件平台可在应用层提供联动预案管理，将以往经验整合在系统中，当触发事件发生时，实现按照预定方案进行跨子系统、多设备的联动控制，例如巡检人员申请管廊内作业时，此时管廊内氧气含量人体呼吸所需要的氧气浓度，可以提出预警，也可以提**小时启动联动风机预案，进行管廊内通风换气，使管廊内氧气浓度达到合格标准。 

5)软件平台提供灵活的多级分布式部署方式，前后端均支持跨平台运行（Windows/Linux/Unix），支持各种应用功能扩展。

6)软件平台采用统一授权系统的安全机制，多级授权，不同级别的人员赋予不同的操作权限，防止系统信息泄露和被非授权人员所干扰。

7)软件平台拥有多厂家协议、多子系统接入和整合能力，提供OPC\Modbus、数据库、WebService等多种外部接口；

8)软件平台依据HTML5进行二次开发，可用浏览器远程监视数据、查看报警情况、查询报表等。

5AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台

5.1平台概述

       AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台集电力监控、能源管理、电气安全、照明控制、环境监测于一体，为建立可靠、安全、有效的综合管廊管理体系提供数据支持，从数据采集、通信网络、系统架构、联动控制和综合数据服务等方面的设计，解决了综合管廊在管理过程中存在内部干扰性强、使用单位多及协调复杂的根本问题，大大提高了系统运行的可靠性和可管理性，提升了管廊基础设施、环境和设备的使用和恢复效率。

5.2平台组成
       安科瑞城市地下综合管廊能效管理系统是一个深度集成的自动化平台，它集成了10KV/O.4KV变电站电力监控系统、变电所环境监控系统、智能马达监控系统、电气火灾监控系统、消防设备电源系统、防火门监控系统、智能照明系统、消防应急照明和疏散指示系统。用户可通过浏览器、手机APP获取数据，通过一个平台即可全局、整体的对管廊用电和用电安全进行进行集中监控、统一管理、统一调度，同时满足管廊用电可靠、安全、稳定、有效、有序的要求。

5.3平台拓扑

5.4平台子系统
5.4.1电力监控
       电力监控主要针对10/0.4kV地面或地下变电所，对变电所高压回路配置微机保护装置及多功能仪表进行保护和监控，对0.4kV出线配置多功能计量仪表，用于测控出线回路电气参数和用能情况，可实时监控高低压供配电系统开关柜、变压器微机保护测控装置、发电机控制柜、ATS/STS、UPS，包括遥控、遥信、遥测、遥调、事故报警及记录等。

5.4.2环境监测
      环境监测包括温湿度、烟感温感、积水浸水、可燃气体浓度、门禁、视频、空调、消防数据的采集、展示和预警，同时也可接入管廊舱室内的水泵和通风排烟风机等设备集成的第三方系统完成管廊环境综合监控。

5.4.3电气安全
        AcrelEMS-UT能效管理系统针对配电系统的电气安全隐患配置相应的电气火灾传感器、温度传感器，消防设备电源传感器、防火门状态传感器，接入消防疏散照明以及指示灯具的状态实时显示，并且对UPS的蓄电池温度、内阻进行实时监视，发生异常时通过声光、短信、APP及时报警。

5.5相关平台部署硬件选型清单
5.5.1电力监控及配电室环境监控系统

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6小结
       城市综合管廊监控运管平台系统是一个软件工程项目，是要从整体出发合理开发、设计、实施和运用系统科学的一项工程技术，是一个系统性的综合应用。它根据总体需求，综合应用社会管理学、项目管理学和统计分析应用中有关的思想、理论和方法，利用电子计算机作为工具，对系统的结构、要素、信息和反馈等进行分析，以达到较优规划、较优设计、较优管理和较优控制的目的，满足项目的所有应用。在数字化经济社会的背景下，信息化、智能化的管理手段将成为城市基础设施管理的主要方式。
参考文献
[1]刘航.信息安全技术在城市地下综合管廊监控系统中的应用[J].网络安全技术与应用.
[2]徐林.城市综合管廊监控运管平台系统技术的应用
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.0

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