基于PLC控制系統(tǒng)的城市綜合管廊自動(dòng)化儀表解決方案

穆桐

摘要：綜合管廊工程是指在城市地下建造一個(gè)市政共用隧道，將給水、排水、電力、通信等城市工程管線進(jìn)行集中敷設(shè)在一起，實(shí)行“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一管理”的集約化建設(shè)和管理。文章以西藏那曲綜合管廊為設(shè)計(jì)背景，通過(guò)實(shí)際設(shè)計(jì)案例介紹了綜合管廊自動(dòng)化儀表設(shè)計(jì)、選型要求、PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：綜合管廊；自動(dòng)化儀表；PLC控制系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TU990 文章編號(hào)：1009-2374（2017）05-0097-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.05.047

1 城市綜合管廊設(shè)施基本情況

1.1 定義

城市綜合管廊是通過(guò)將電力、通訊、給水、燃?xì)狻崃?、給排水、垃圾真空管等兩種以上的管線集中設(shè)置到道路以下的同一地下空間而形成的一種現(xiàn)代化、科學(xué)化、集約化的城市基礎(chǔ)設(shè)施，設(shè)有專門的檢修口、吊裝口和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)施統(tǒng)一規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、建設(shè)和管理，它解決了城市發(fā)展過(guò)程中各類管線的維修、擴(kuò)容造成的“拉鏈路”和空中“蜘蛛網(wǎng)”的問(wèn)題，對(duì)提升城市總體形象，創(chuàng)造城市和諧生態(tài)環(huán)境起到了積極推動(dòng)

作用。

1.2 分類

綜合管廊根據(jù)其所收容的管線不同，可分為干線管廊、支線管廊、纜線管廊（電纜溝）三種：

1.2.1 干線管廊：一般設(shè)置于道路中央下方，主要收容的管線為電力、通訊、燃?xì)?、熱力、自?lái)水等，個(gè)別項(xiàng)目將雨水、污水納入管廊內(nèi)。

1.2.2 支線管廊：一般設(shè)置在道路兩側(cè)或單側(cè)，采用單艙或雙艙敷設(shè)配給管線，直接服務(wù)于臨近地塊終端用戶。主要收容的管線為電力、通訊、燃?xì)狻崃?、自?lái)水等。

1.2.3 纜線管廊：采用淺埋溝道方式建設(shè)，設(shè)有可開(kāi)啟蓋板，但其內(nèi)部空間不能滿足人員正常通行要求，用于容納電力電纜和通信電纜的管廊。

1.3 建設(shè)綜合管廊的意義

1.3.1 城市地下綜合管廊是新型城市市政管理基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。它對(duì)現(xiàn)代化城市環(huán)境、減少城市道路重復(fù)開(kāi)挖，起到良好的示范和推動(dòng)

作用。

1.3.2 地下綜合管廊對(duì)滿足民生基本需求和提高城市綜合承載力發(fā)揮著重要作用。

1.3.3 地下綜合管廊建設(shè)避免由于敷設(shè)和維修地下管線頻繁挖掘道路而對(duì)交通和居民出行造成影響和干擾，保持路容完整和美觀。

1.3.4 降低了路面多次翻修的費(fèi)用和工程管線的維修費(fèi)用，保持了路面的完整性和各類管線的耐久性。

1.3.5 倉(cāng)內(nèi)管線布置緊湊合理，有效利用了道路下的空間，節(jié)約了城市用地。

2 西藏那曲城市綜合管廊控制系統(tǒng)介紹及設(shè)計(jì)

2.1 概述

在綜合管廊內(nèi)部，設(shè)置管廊環(huán)境檢測(cè)儀表、視頻監(jiān)測(cè)設(shè)備、火災(zāi)報(bào)警裝置、控制設(shè)備（如防火門、通風(fēng)風(fēng)機(jī)、照明系統(tǒng)等）、管廊管道介質(zhì)測(cè)控儀表等，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和通訊網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)匯總至管廊信息管理平臺(tái)。建設(shè)統(tǒng)一的管理信息系統(tǒng)，集成相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地下管廊的屬性信息和狀態(tài)信息運(yùn)行透徹的感知和度量，并可進(jìn)行報(bào)警和預(yù)警。

2.2 自動(dòng)化儀表監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)原則

2.2.1 設(shè)計(jì)原則。依據(jù)國(guó)家節(jié)能環(huán)保要求，結(jié)合國(guó)家相關(guān)規(guī)范，設(shè)計(jì)采用的測(cè)控儀器儀表和控制系統(tǒng)考慮其先進(jìn)性、安全性、可靠性、實(shí)用性、性能價(jià)格比，同時(shí)考慮業(yè)主的要求和操作便利、易于維護(hù)等因素，并適應(yīng)測(cè)控儀表和控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

2.2.2 設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

第一，采用集散型控制架構(gòu)，徹底貫徹“集中管理、分散控制”的思想，將控制權(quán)下放到每一個(gè)防火分區(qū)。當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，即使某一個(gè)分區(qū)的控制系統(tǒng)遭到破壞，也不影響相鄰分區(qū)和其他分區(qū)的控制，將災(zāi)害的破壞壓縮到最低。

第二，本工程從儀表數(shù)據(jù)采集、通信網(wǎng)絡(luò)、控制系統(tǒng)架構(gòu)、智能聯(lián)動(dòng)和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)等方面的設(shè)計(jì)，解決了管廊監(jiān)控與報(bào)警建設(shè)中存在著內(nèi)部干擾性強(qiáng)、使用單位多及協(xié)調(diào)復(fù)雜的根本問(wèn)題，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境和設(shè)備的恢復(fù)效率。

第三，本系統(tǒng)支持工業(yè)環(huán)網(wǎng)技術(shù)，具備毫秒級(jí)解環(huán)，單個(gè)設(shè)備或某一段線路出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)在系統(tǒng)中有相應(yīng)的顯示，提示維護(hù)，從而避免因單個(gè)設(shè)備或某一段線路出現(xiàn)故障而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成影響。

2.2.3 主要檢測(cè)控制項(xiàng)目及控制回路說(shuō)明。

第一，管廊內(nèi)部溫濕度檢測(cè)、顯示、報(bào)警聯(lián)鎖。當(dāng)某防火分區(qū)室內(nèi)溫度過(guò)高于40℃時(shí)或濕度高于90%時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)該區(qū)通風(fēng)機(jī)強(qiáng)制換氣，保障綜合管廊內(nèi)設(shè)施和工作人員的安全；室內(nèi)溫度低于27℃同時(shí)濕度低于80%時(shí)，風(fēng)機(jī)自動(dòng)關(guān)閉。

第二，管廊內(nèi)部O2、CO2含量檢測(cè)、顯示、報(bào)警聯(lián)鎖。當(dāng)某防火分區(qū)CO2濃度高于1000ppm或O2含量濃度低于下限值時(shí)，禁止工作人員進(jìn)入該區(qū)工作，同時(shí)控制系統(tǒng)啟動(dòng)該區(qū)通風(fēng)機(jī)強(qiáng)制換氣，保障綜合管廊內(nèi)工作人員的安全；CO2濃度降至1000ppm以下或O2含量濃度達(dá)標(biāo)時(shí)，工作人員方可入艙工作。

第三，管廊內(nèi)部甲烷含量檢測(cè)、顯示、報(bào)警聯(lián)鎖。當(dāng)某防火分區(qū)甲烷濃度超過(guò)報(bào)警濃度設(shè)定值（上限值）時(shí)，應(yīng)由可燃?xì)怏w報(bào)警器或者消防聯(lián)動(dòng)控制器聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)天然氣艙事故段分區(qū)及相鄰分區(qū)的事故通風(fēng)設(shè)備。

第四，管廊內(nèi)部集水坑液位、水侵液位檢測(cè)、顯示、報(bào)警聯(lián)鎖。當(dāng)某防火分區(qū)內(nèi)集水坑液位達(dá)到監(jiān)測(cè)高位，兩臺(tái)泵輪換運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)液位達(dá)到監(jiān)測(cè)超高位，雙泵同時(shí)啟動(dòng)并報(bào)警；當(dāng)液位達(dá)到集水坑頂標(biāo)高時(shí)，監(jiān)控室發(fā)出侵水報(bào)警信號(hào)。

第五，管廊內(nèi)部風(fēng)機(jī)、排水泵、照明總開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)檢測(cè)、顯示。

第六，管廊配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)檢測(cè)、顯示。

第七，管廊出入口控制裝置信號(hào)檢測(cè)、顯示。

第八，管廊內(nèi)部熱力進(jìn)水、回水主管道的壓力、溫度檢測(cè)、顯示、報(bào)警聯(lián)鎖。

第九，管廊內(nèi)供熱管道回水流量檢測(cè)、記錄。

第十，管廊內(nèi)燃?xì)夤艿捞烊粴鈮毫?、溫度檢測(cè)、顯示、報(bào)警聯(lián)鎖。

第十一，主要受控設(shè)備：風(fēng)機(jī)，區(qū)間照明系統(tǒng)，出入口控制裝置（液壓井蓋），排水泵。

2.2.4 儀表選型。

第一，O2、CO2、甲烷、溫濕度檢測(cè)儀表：信號(hào)選用4～20mA DC（三線制），防護(hù)等級(jí)：IP65。

第二，壓力、差壓變送器：壓力、差壓變送器選用智能型，帶HART協(xié)議，帶數(shù)顯表頭，防護(hù)等級(jí)：IP65，信號(hào)采用4～20mA DC（二線制）差壓變送器帶三閥組。

第三，溫度檢測(cè)儀表：溫度測(cè)量采用熱電阻（Pt100），一般采用溫度變送器進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換進(jìn)入PLC。

第四，熱水流量測(cè)量，優(yōu)選電磁流量計(jì)或差壓式流量計(jì)。

第五，液位計(jì)：選用投入式液位計(jì)，數(shù)顯表頭，防護(hù)等級(jí)：IP65，信號(hào)采用4～20mA DC（二線制）。

2.2.5 控制中心的設(shè)置及PLC控制系統(tǒng)介紹?？刂葡到y(tǒng)采用集散型計(jì)算機(jī)控制架構(gòu)，本著“集中管理、分散控制”的原則，南北綜合管廊各設(shè)置一個(gè)控制中心（共2個(gè)），每個(gè)防火分區(qū)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置一套遠(yuǎn)程控制站（RTU）?？刂浦行呢?fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和管理工作，現(xiàn)場(chǎng)RTU控制站負(fù)責(zé)各自區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)的采集和設(shè)備控制?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制采用一套電儀一體化PLC系統(tǒng)。在綜合管廊每個(gè)路段的每個(gè)防火分區(qū)設(shè)置1套R(shí)TU柜，每個(gè)RTU柜內(nèi)安裝一臺(tái)千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、一套可編程控制器（PLC）、一套UPS。控制站帶有就地操作屏。所有區(qū)間的RTU柜通過(guò)千兆光纖環(huán)網(wǎng)（以太網(wǎng)）連接至管廊控制中心核心交換機(jī)。

現(xiàn)場(chǎng)控制站RTU對(duì)綜合管廊內(nèi)各設(shè)備、儀表進(jìn)行分散控制。RTU與測(cè)控儀表、受控設(shè)備之間由開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線或信號(hào)線連接?，F(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)光纖環(huán)網(wǎng)，TCP/IP通訊協(xié)議、分布式實(shí)時(shí)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備采用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。各現(xiàn)場(chǎng)RTU與控制中心之間由工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊?，F(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)具備設(shè)備的手動(dòng)/自動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)、啟?？刂啤⑦\(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障報(bào)警監(jiān)測(cè)、溫濕度檢測(cè)、空氣質(zhì)量檢測(cè)、集水坑水位監(jiān)測(cè)以及實(shí)現(xiàn)相關(guān)的各種邏輯控制關(guān)系等功能。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：蔣建華）