關(guān)鍵詞:綜合管廊;網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計;無線網(wǎng)絡(luò);人員
0 引 言
綜合管廊的控制部分是保證綜合管廊安全、可靠運行的**。區(qū)域控制器負(fù)責(zé)所在片區(qū)的綜合監(jiān)控任務(wù)及數(shù)據(jù)處理,將現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)上傳,同時下發(fā)上位的控制指令。因此,對產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性、環(huán)境耐受性提出很高的要求。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,綜合管廊自動化控制主要包含七大系統(tǒng):消防系統(tǒng),通風(fēng)系統(tǒng),供電系統(tǒng),照明系統(tǒng),監(jiān)控與報警系統(tǒng),排水系統(tǒng),標(biāo)示系統(tǒng)。實際應(yīng)用中,根據(jù)以上七大系統(tǒng),每個區(qū)域控制器(ACu)需要對本區(qū)域的信息進行,并且控制本區(qū)域內(nèi)的相關(guān)設(shè)備。一般綜合管廊中需要的信息:儀表,包括溫度、濕度、O2、CO、C02、CH4;通風(fēng),包括通風(fēng)機開啟、關(guān)閉狀態(tài)以及運行故障;照明,照明系統(tǒng)運行工況;給排水,排水泵運行工況,積水坑低液位、高液位及報警液位信號,水管上壓力;供電,電壓、電流、功率因數(shù)、電源進線信號;安防,紅外對射裝置報警信號;攝像機影像。需要控制的設(shè)備:通風(fēng),通風(fēng)機開啟、關(guān)閉;照明,照明系統(tǒng);排水,排水泵啟動、停止;供電,其他設(shè)備供電。
1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計
綜合管廊控制系統(tǒng)的可靠性要求高,且現(xiàn)場環(huán)境濕度大,存在腐蝕性、可燃性氣體,對硬件產(chǎn)品品質(zhì)有很高的要求。同時控制系統(tǒng)還需要有靈活的結(jié)構(gòu),以便于后期系統(tǒng)的擴展,冗余光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)及信息技術(shù)的高度集成也是項目的一個特點。綜合管廊是未來智慧城市重要組成部分,所以對綜合管廊自控系統(tǒng)的信息化程度要求很高。綜合管廊信息化程度很大程度上決定于綜合管廊的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
1.1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
一般,綜合管廊系統(tǒng)架構(gòu)可分為如下三類。
(1)傳統(tǒng)離散型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。每個ACu均配置PLc,再由交換機組成環(huán)網(wǎng)。傳統(tǒng)離散型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。
(1)硬件成本降低。將原來10個分區(qū)PLc縮減成為2個冗余PLc,ACu部分替換為遠(yuǎn)程IO,降低硬件成本。
(2)故障風(fēng)險降低。一般,與PLc同系列同檔次的遠(yuǎn)程IO接口模塊成本要比PLC低。但在穩(wěn)定性上,由于遠(yuǎn)程10模塊只處理信號轉(zhuǎn)換(不做邏輯運算),在硬件本身的設(shè)計上相對簡單、牢固、發(fā)熱量小、抗電磁干擾能力強,發(fā)生故障的概率小于PLc。而在分變電所采用異地冗余PLC本身的檔次定位、產(chǎn)品性能等各方面**離散式方案的*分區(qū)PLc,其發(fā)生故障概率小。又因為采用冗余系統(tǒng),故障概率進一步降低。綜上所述,采用分變電所異地冗余PLC+*分區(qū)Acu遠(yuǎn)程IO系統(tǒng)結(jié)構(gòu),其故障風(fēng)險會比傳統(tǒng)離散式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的穩(wěn)定性高。
(3)施工成本降低。程序調(diào)試時可以利用對象編程(每個*分區(qū)功能基本相同)來減少編程調(diào)試人員工作量。工作人員只需要在分變電所冗余PLC上對各個*分區(qū)完成編程,不需要到每個*分區(qū)設(shè)備間單獨調(diào)試,節(jié)省編程調(diào)試時間,加快項目進度。
(4)降低后期運維成本。在后期運維方面
如果采用離散式結(jié)構(gòu),若*分區(qū)PLc故障、損壞,則要廠家專業(yè)人員到現(xiàn)場安裝、下載程序、調(diào)試設(shè)備,運維成本增加,響應(yīng)時間延長。如果采用遠(yuǎn)程IO,若設(shè)備損壞,現(xiàn)場的管廊運維人員就可以完成更換操作(只需要拆裝接線),廠家可以通過遠(yuǎn)程調(diào)試完成設(shè)置?,F(xiàn)場維護人員不需要具有PLC編程經(jīng)驗,降低后期運維成本,加快故障處理響應(yīng)速度。
(5)網(wǎng)絡(luò)擴展性好。根據(jù)該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),可以將網(wǎng)絡(luò)劃分與道路客觀地理情況結(jié)合,按照道路的排布劃分為子網(wǎng)絡(luò)。在將來單條管廊形成路網(wǎng),綜合管廊擴建時仍可按照該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),將增加的道路以路段為環(huán)網(wǎng)單位整個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。因此,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可擴展性好,結(jié)構(gòu)層次清晰。
(6)網(wǎng)絡(luò)容錯性好。環(huán)網(wǎng)上的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)越多,網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障的風(fēng)險越高。當(dāng)環(huán)網(wǎng)兩個節(jié)點以上故障時,整個故障節(jié)點區(qū)間的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備全部掉線、失聯(lián)。故環(huán)網(wǎng)上節(jié)點數(shù)越少,環(huán)網(wǎng)故障率越低。對于分變電所異地冗余PLC+*分區(qū)Acu遠(yuǎn)程IO網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),主干網(wǎng)絡(luò)上只有分變電所PLC為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(即可以理解為l~2 km設(shè)一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點),可以把主干網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點數(shù)量控制在非常少的范圍內(nèi)。每個分變電所冗余PLC下的子環(huán)網(wǎng)只有遠(yuǎn)程IO作為子環(huán)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點,即每個子環(huán)網(wǎng)約10個遠(yuǎn)程IO節(jié)點。故采用此種架構(gòu),可以減少環(huán)形網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)和網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷降低網(wǎng)絡(luò)故障風(fēng)險。
1.2開放式實時以太網(wǎng)協(xié)議
由于存在遠(yuǎn)程IO,同時網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量多,拓?fù)鋸?fù)雜,故對現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)實時性有很高的要求。傳統(tǒng)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)已成為辦公網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),但由于其協(xié)議本身的缺點,不能作為工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)協(xié)議?;诖朔N需求,近年來工業(yè)實時以太網(wǎng)協(xié)議在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境得到廣泛應(yīng)用。目前,主流工業(yè)實時以太網(wǎng)協(xié)議主要有PROFINET和Ethernet/IP兩種。其中Ethernet/IP具有數(shù)據(jù)量小、速度快等特點,主要適用于運動控制領(lǐng)域;PROFINET具有數(shù)據(jù)量大、實時性好等特點,特別適用于大型網(wǎng)絡(luò)。采用PROFINET協(xié)議組成網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),硬件上可以做到“一網(wǎng)到底”,現(xiàn)場光纖環(huán)網(wǎng)可同時接入視頻信號、電話信號等網(wǎng)絡(luò)通信。PROFINET是新一代基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的自動化總線標(biāo)準(zhǔn),可以確保在網(wǎng)絡(luò)傳輸中重要數(shù)據(jù)的傳輸可靠性。每個區(qū)域內(nèi)需要將攝像機影像傳送至監(jiān)控中心。攝像機影像數(shù)據(jù)與信號采制數(shù)據(jù)特點如表1所示。
將PROFINET應(yīng)用于管廊監(jiān)控,可以將數(shù)據(jù)采集、控制信號、視頻影像信號在同一個物理網(wǎng)絡(luò)傳輸。PROFINET協(xié)議相較于普通以太網(wǎng)協(xié)議具有較高的數(shù)據(jù)可靠性,確保整個監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)正常運行。
1.3控制層系統(tǒng)配置
PLC是控制層邏輯控制的**,根據(jù)綜合管廊使用環(huán)境、功能要求等,可分為如下幾種類型。
(1)監(jiān)控中心PLc。負(fù)責(zé)與下層PLc通信,將所有收集數(shù)據(jù)進行匯總,并提供開放數(shù)據(jù)接口,與上位信息系統(tǒng)進行通信。一般采用大型冗余PLc,以保穩(wěn)定性、可靠性。
(2)*分區(qū)PLC。如采用離散式系統(tǒng)架構(gòu),則該PLC負(fù)責(zé)該*分區(qū)采集與邏輯運算,并與監(jiān)控中心PLc進行數(shù)據(jù)交換。由于管廊現(xiàn)場環(huán)境惡劣(高溫、高濕、多塵),一般也建議采用中型PLc(小型PLC普遍環(huán)境耐受性差,市場定位一般為0EM工廠客戶,雖然邏輯功能和處理速度等方面勉強能滿足系統(tǒng)要求,但在構(gòu)成大型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕M網(wǎng)能、對上位信息系統(tǒng)的開放性支持及鏈接數(shù)量、整個產(chǎn)品定位及產(chǎn)品所采用的元器件方面均導(dǎo)致該產(chǎn)品在整體性能上不能滿足綜合管廊苛刻的環(huán)境及功能要求)。管廊系統(tǒng)龐大,子站多,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,整個項目對*分區(qū)PLc組網(wǎng)能、可擴展性能上要求很高。另管廊所處地帶氣候潮濕,土地鹽堿,因此在管廊中的凝結(jié)水一般都具有很高的鹽堿性,對設(shè)備腐蝕及損害大。故對在該環(huán)境下運行的設(shè)備具有很高的要求。
管廊內(nèi)部需要共同人廊各種線纜,包括110 kV、10 kV高壓電以及各種通信電纜,內(nèi)部電磁環(huán)境復(fù)雜,要求設(shè)備本身具有良好的抗電磁干擾能力,不向外**電磁干擾,即設(shè)備具有良好的電磁兼容性。
2無線網(wǎng)絡(luò)特性
綜合管廊同時需要實現(xiàn)人員對講、人員、設(shè)備監(jiān)控維護等功能,而這些功能都可以通過無線網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。能否在同一個無線網(wǎng)絡(luò)下實現(xiàn)這些功能,避免重復(fù)投資浪費,節(jié)約成本,成為無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋首先考慮的因素。
HTML5是*新—代萬維網(wǎng)**語言。Windows、Android、IOS等系統(tǒng)均支持H】['ML5協(xié)議,移動設(shè)備的常用APP,如瀏覽器、微信、等也均支持HTML5協(xié)議。
利用該技術(shù)可以發(fā)布web網(wǎng)頁(相當(dāng)于集成在PLC內(nèi)的人機界面系統(tǒng)),達到對PLC的監(jiān)控和診斷維護。利用支持HTML5協(xié)議的移動端進行PLC的監(jiān)控和維護,實現(xiàn)人員定位和對講。
2.1設(shè)備監(jiān)控、維護
利用HTML5編寫的網(wǎng)絡(luò)界面下載到PLc中(網(wǎng)絡(luò)界面的內(nèi)容可根據(jù)項目具體情況編輯),通過現(xiàn)場工業(yè)以太網(wǎng)進行訪問。另外,也可為PLC配備無線模塊,接入移動端(如手機、Pad等)。將PLc發(fā)布的網(wǎng)頁訪問路徑制作成二維碼,通過移動端APP掃二維碼功能進入到PLC監(jiān)控界面。將PLC本體的運行狀態(tài)、故障信息等編輯到PLc發(fā)布的web畫面中,從而對PL設(shè)備進行維護。也可以在畫面中包含現(xiàn)場儀表、通風(fēng)、照明、給排水、供電等狀態(tài)和控制信號,實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控和維護。因此,利用HTML5技術(shù)為每臺PLC節(jié)省觸摸屏,同時方便人員對現(xiàn)場設(shè)備進行監(jiān)控和維護。
2.2人員定位
為現(xiàn)場ACu配置無線模塊,巡檢人員通過移動設(shè)備(手機、Pad、智能穿戴設(shè)備)接入到現(xiàn)場無線中,通過IP—Tech技術(shù)將巡檢人員連接數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心實時監(jiān)測巡檢人員的當(dāng)前位置。巡檢人員定位示意如圖4所示。
進一步,可以將管廊實際地圖以及每套ACu的實際位置寫入到現(xiàn)場PLC的HTML5畫面中,現(xiàn)場人員通過移動設(shè)備訪問PLc,從而巡檢人員和監(jiān)控中心都可了解巡檢人員的實際位置,在發(fā)生危險情況時協(xié)助救援和巡檢人員自救。
3.4平臺子系統(tǒng)
3.4.1電力監(jiān)控
電力監(jiān)控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所,對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監(jiān)控,對0.4kV出線配置多功能計量儀表,用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況,可實時監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關(guān)柜、變壓器微機保護測控裝置、發(fā)電機控制柜、ATS/STS、UPS,包括遙控、遙信、遙測、遙調(diào)、事故報警及記錄等。
3.4.2環(huán)境監(jiān)測
環(huán)境監(jiān)測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃?xì)怏w濃度、門禁、視頻、空調(diào)、消防數(shù)據(jù)的采集、展示和預(yù)警,同時也可接入管廊艙室內(nèi)的水泵和通風(fēng)排煙風(fēng)機等設(shè)備集成的第三方系統(tǒng)完成管廊環(huán)境綜合監(jiān)控。
3.4.3電氣安全
AcrelEMS-UT能效管理系統(tǒng)針對配電系統(tǒng)的電氣安全隱患配置相應(yīng)的電氣火災(zāi)傳感器、溫度傳感器,消防設(shè)備電源傳感器、*門狀態(tài)傳感器,接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態(tài)實時顯示,并且對UPS的蓄電池溫度、內(nèi)阻進行實時監(jiān)視,發(fā)生異常時通過聲光、短信、APP及時預(yù)警。
3.5相關(guān)平臺部署硬件選型清單
3.5.1電力監(jiān)控及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)
3.5.2電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)
3.5.3消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)
4 結(jié)語
介紹了便于綜合管廊運維的系統(tǒng)集成方案,可負(fù)責(zé)所在片區(qū)的綜合監(jiān)控任務(wù)和數(shù)據(jù)處理,將現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)上傳,下發(fā)上位的控制指令,同時系統(tǒng)還需要有靈活的結(jié)構(gòu),以便于后期系統(tǒng)的擴展。
參考文獻
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詞條說明
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