要:在城市化进程推进、大城市人口急剧膨胀的背景下,为了解决城市发展和建设的需要,城市基础设施建设。方兴未艾,各城市综合管廊项目也呈现蓬勃发展的趋势,建设规模和水平上有了很大的提高。综合管廊的管理模式已从传统的管理模式向信息化智能化管理的方向发展,依托大数据信息分析能力和智能化运营管理手段,为综合管廊在基础设施集约化管理基础上,提供更多和更科学的解决方案。作为综合管廊管理的大脑中枢系统,“一体化监控运管平台”集数据收集、远程控制、预案执行、连锁联动、智慧运管和状态信息数据分析指导决策等多功能为一体,是名副其实的智慧指挥中枢。本文结合地级市综合管廊项目的项目实例,提出一些关于城市综合管廊一体化监控运管平台系统的建设技术思路和技术应用,希望能为后续管廊建设和运营管理提供借鉴。
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采集,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市政地下空间配套工程,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,本工程涉及三条市政道路,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、管廊安防视频监控子系统、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、数据采集层,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顶层,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和服务,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、应急电源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,数据传输速率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,用于指导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结果控制水泵的启停;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,保障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中央管理级设备组成,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:
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
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。
督控制和数据采集 (SCADA) 系统已经问世 40 多年,在可编程逻辑控制器 (PLC) 和工业计算机( IPC)。
物联网和云计算技术的出现正在改变现代监督控制和数据采集系统,这些技术可以在比以往更广泛的技术中提供可扩展性、增强的互操作性和更好的安全性。这种转变正在构建被称为第四代监督控制和数据采集的系统,也是被称为第四次工业革命的更广泛技术推动的一部分。
监督控制和数据采集系统通常用于通过使用传感器、可编程逻辑控制器、工业计算机、网络数据通信和图形用户界面来管理和监控物理过程。它们的广泛采用使它们与大量日常流程相结合,从管理天然气和电力的传输和运输,到交通管理系统和其他智能交通网络和功能的运行。
然而,借助物联网和云计算技术,这些系统的许多新应用程序和升级已经被设计和开发,以进一步将监督控制和数据采集系统集成到未来。
4代监督控制和数据采集系统
第一代监督控制和数据采集
第一个监督控制和数据采集系统运行在较大的小型计算机、比大型机小得多的计算机系统和当时也可用的微型计算机上。这些监督控制和数据采集系统没有联网,因为网络服务尚不存在,因此,早期的监督控制和数据采集系统是完全独立的,无法进一步连接到其他可用或什至不可能的系统。当备用主机系统连接到所有远程终端单元站点时,第一代监督控制和数据采集系统变得冗余,然后在主主机系统出现故障时使用。
第二代监督控制和数据采集
第二代监督控制和数据采集系统具有分布在多个站点上的信息和命令处理,然后使用专有通信协议通过大区域网络连接这些站点。这意味着可以近乎实时地共享信息,并且每个连接的站点都负责特定的任务或操作。此时,监督控制和数据采集系统的安全性通常被忽视,因为除了开发人员之外,很少有人对这些系统有足够的了解来分析它们并评估它们免受攻击的安全性。与第一代父模型相比,第二代监督控制和数据采集系统还节省了一些成本。
第三代监督控制和数据采集
与任何功能技术或应用程序一样,成本节约仍然是第三代监督控制和数据采集系统开发背后的推动力,因为对网络设计的日益关注意味着监督控制和数据采集系统可以在多个区域网络中进一步扩展,一种架构称为过程控制网络。使用网络架构,复杂的监督控制和数据采集系统能够减少到最简单的组件,并通过标准化的通信协议进行连接。这反过来又允许在更远的地理距离上实施更复杂的监督控制和数据采集系统的企业和组织进一步节省成本。
第四代监督控制和数据采集
回到更近的时代,第四代监控和数据采集系统主要是由云计算的进步和物联网的持续增长推动的。使用物联网和云计算技术,如 WebHMI 和 HTML5,第四代监督控制和数据采集系统能够实时报告远距离远程站点的状态,并利用云计算环境实施更先进的控制算法。监督控制和数据采集系统的安全性也受到了极大的关注,部分原因是对物联网和云计算的安全问题。这反过来又使许多开发商和制造商对监督控制和数据采集、云和物联网系统采用“安全设计”方法。
第四代监督控制和数据采集的驱动程序
物联网和云计算的出现从根本上改变了处理各种不同工业和商业部门的方式,不仅是监督控制和数据采集系统本身,还有各种其他监控、监督控制、监视、安全和管理流程。在监督控制和数据采集系统中不断实施物联网和基于云的技术的主要问题之一是监督控制和数据采集系统管理分散数据的方式。在典型的非物联网监督控制和数据采集系统中,数据存储在特定的可编程逻辑控制器内存地址中。然而,当使用具有集成物联网技术的监督控制和数据采集系统时,数据可能来自大量不同的传感器、数据库和控制器。
为解决这个问题提出的解决方案之一是数据建模。使用这种方法,连接到系统的所有不同设备和单元的虚拟表示在监督控制和数据采集系统内部构建。这些表示包括地址映射数据以及系统其他部分可能需要的其他有用信息。监督控制和数据采集与人工智能和无线通信技术等其他技术一样,也是正在进行的自动化革命中的重要系统。随着 5G 无线通信网络和网络安全高级人工智能分析等技术的不断实施和发展,第四代监督控制和数据采集系统和未来的系统可能与第一代系统看起来非常不同。
、研发目的
针对建筑工地安全事故频发的现状,信立科技为某建筑工地构建一套安全监控管理系统,提供实时监控、数据分析、报警推送等功能,有效提高工地安全性、管理效率和维护计划的可靠性。
二、系统功能亮点
1、Web访问
安全监控系统采用HTML5实现多端一体化的Web访问,通过Web端即可访问数据库,实时查看现场安装的智能移动检测传感器、气体检测传感器、电子门锁等终端监测设备的数据。
2、实时监控
首页实时显示处于报警状态的设备,设备当前状态、位置一目了然,管理人员根据监测数据及时作出应对处理,避免安全事故的发生。
3、自定义系统设置
可根据现场实际需求增减设备,对设备编号、类别、位置、采集类型等信息、报警规则和用户管理等进行自定义设置。
简、繁体中文、英语等多种系统语言可选,可根据用户需求提供,界面布局和模块颜色可自定义设置。
4、灵活的报警功能
可选择限值报警、异常报警等报警方式,还可通过对测量值进行数学运算,根据运算结果进行报警 。
报警信息通过微信公众号推送给管理人员,随时随地掌握现场设备动态,无需通讯费用,更省成本。
5、故障处理
管理人员接收到报警信息后,根据报警内容确认报警设备的位置,前往现场处理,处理完毕即可在系统进行报警确认,消除报警。
6、设备管理
可根据设备编号、类别、区域、状态等条件,筛选查询需要查看的设备信息;
可对需要维修的设备设置暂停管理。
▲设备查询界面
▲暂停管理界面
7、历史存储
可对实时数据进行历史存储,为现场生产管理提供数据支撑。
可筛选某个日期、设备编号、类别、区域的历史数据,一键导出为表格,便于分析、管理。
三、系统意义
安全监控系统为建筑工地的施工安全和管理效率提供保障,减少事故风险,从而实现可持续、更有序和更安全的施工过程。
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