横琴新区综合管沟计算机控制系统设计

2012-08-15珠海市规划设计研究院邓德源

智能建筑与智慧城市 2012年9期

文│ 珠海市规划设计研究院邓德源

1 引言

综合管沟是指设置于地面下，用于容纳两种及以上市政管线及其附属设施的构筑物，是一种集约度高、科学性强的城市综合管线敷设方式。随着我国城市建设的深入，综合管沟将是我国城市建设的一个发展方向，成为市政管线的主要敷设方式。

横琴新区是珠海市横琴岛所在区域，是继上海浦东新区、天津滨海新区之后，第三个由国务院批准的国家级新区。根据横琴新区的战略定位，高起点、高标准地开发建设横琴新区，推行绿色市政理念，《横琴城市综合管沟专题研究》报告提出沿市政道路设置双环型干线综合管沟。设计范围内的综合管沟总长约6.8km，横断面净尺寸为2.9m（高）×5.5m（宽）。每防火分区长度不大于200m（共38个防火分区），每个防火分区设排风室两座、进风室一座、投料口一座。进入综合管沟的管线种类包含通信电缆、真空垃圾管、给水管、中水管、冷水管等。

本综合管沟采用计算机控制系统对其进行分布式管理，系统整体可靠性高。计算机控制系统包括门禁控制、环境与设备监控、视频监控、电力监测等各子系统。

按照国家相关的消防规范，火灾报警系统与计算机控制系统各自独立设置。

2 计算机控制系统概述

管沟计算机控制系统包括组态软件层、网络层、设备层。

（1）软件层

组态软件层是计算机控制系统的监控中心，由工作站、服务器及配套的软件组成，网络采用星型结构，将现场各种设备数据流远程传输，实现资源共享，远程集中监控管理。

服务器负责管理协调计算机控制系统的工作，完成各子系统实时数据的储存。管理工作站完成相应子系统的监控、历史数据的查询和显示，生成和打印各类运行管理报表。

（2）网络层

网络层是计算机控制系统的信息高速通道。在管沟内的设备工作环境较为恶劣，因此，综合管沟内的网络层设备选用工业级以太网交换机作为中间连接设备，并采用光纤环网结构。光纤环网结构具有线路冗余功能，当光缆发生断点时，通信网能自动恢复。

在综合管沟内的每一个防火分区的进风室PLC柜内设置一台分区工业级交换机，这些交换机连接到各防火分区的现场设备，再通过网络通信光纤连接到主交换机。

（3）设备层

设备层包含各防火分区的监控系统、设备装置和仪表等，通过分区交换机与网络层连接。设备层包含网络门禁、视频监控及PLC控制系统（照明、风机、排水泵、环境监测、电力参数监测等）。

3 网络门禁系统

采用网络门禁系统管理管沟各防火分区的出入门，实现各出入门的远程控制和分布式管理。系统由网络门禁工作站、门禁管理软件、网络交换机、网络通信光纤、门禁控制器及配套设施组成。

控制中心管理人员通过门禁管理软件，实现各种管理功能。可根据实际情况设置门锁的关闭时间和开门超时报警时间，实时显示当前门状态，返回门的所有非法报警事件。并可实现网内联动（门间联动）与网外联动（事件服务器间联动），对门所有输入、输出节点或用户刷卡等触发事件产生联动。火灾时，门禁控制器根据程序设置自动打开所有或预先设定的门，以便于人员即时撤离。

4 环境与设备监控系统

4.1 环境探测系统

为保证进入综合管沟人员的安全，每个防火分区综合管沟内每隔100m均设有一套环境探测仪，监测参数包括CO（一氧化碳）、CH4（甲烷）、O2（氧气）、温度和湿度。

环境探测仪现场显示实际参数，同时以4～20mA模拟数据送PLC控制系统，作为沟内通风设备运行依据，并通过网络通信光纤送到控制中心设备监控工作站。环境探测仪的监测参数超过设定值时，具有本身的独立声音报警，也可在控制中心进行报警。

4.2 设备监控系统

每个分区设置一套相对独立的设备监控PLC控制系统， PLC控制系统与计算机通信网络、控制中心设备监控工作站、组态软件等组成管沟设备监控系统。PLC控制系统对综合管沟内各种设备的信号进行采集，并根据设置好的程序进行判断，发出相应控制指令到各执行机构进行设备的操作，并通过网络将信号反馈到控制中心，在控制中心设备监控工作站反映管沟内各设备的运行状态。

设备控制设现场控制、控制中心远程控制二级控制方式，现场控制优先级别高于远程控制，可不依赖于设备监控系统而对泵站设备实施手动控制。

就地控制可采用下列控制方式：其一是就地手动方式，通过现场控制箱控制按钮实施手动控制。其二是就地自动方式，由设备监控系统根据监测参数以及预定的控制要求对设备实施自动控制，无需人工干预。

远程控制应在控制中心实施。在远程控制方式下，设备监控系统提供站内设备的基本联动、连锁和保护控制。

PLC控制系统均设有触摸控制屏，用于排水泵、通风机、照明、水位、有害气体浓度等的集中显示和集中控制。

（1）照明监控

管沟内值班照度为10Lx，兼作火灾应急照明；管沟巡视或检修时照明灯全开启，此时设计照度为30Lx。可在分区照明配电箱现场控制、控制中心遥控实施照明方式的切换。

照明控制的合闸一分闸状态、失控报警由分区PLC控制系统从照明控制箱采集，并上传至控制中心。照明控制箱有手动和自动两种控制模式。手动模式下，操作照明控制箱面板上的按钮，控制照明的合闸或分闸，此时不执行来自PLC的控制命令。自动模式下，照明控制箱执行来自PLC控制系统的启闭控制命令。

（2）风机监控

风机设备由沟内的温湿度、氧气浓度、有害气体浓度、火灾警情控制。

PLC控制系统控制防火分区的风机启停，能自动、远距离手动和就地手动控制，控制级别为近高远低、手动高于自动。当某一防火分区的温度超过40℃、或氧气含量低于19%或CO/CH4浓度高于设定值或24小时周期内规定的某些时段时，PLC系统启动相应区的风机，直至各监测参数恢复正常数值。

管沟内发生火灾并确认后，火灾报警系统指令自动开启和停止通风机运行。此时，火灾报警系统指令可以屏蔽PLC控制系统指令，以保证各消防设备在消防控制系统的统一协调之下。

（3）排水泵监控

各防火分区集水坑设置超声波液位传感器，液位信号传入PLC控制系统。

自动模式时，控制系统按集水坑水位自动控制排水泵的运行，并监测潜水泵的手动/自动、运行、故障等状态。集水坑上、下限水位停泵、起动泵，一用一备，自动轮换。超高水位时同时开两台泵，并报警。

手动模式时，操作水泵控制箱面板上的按钮，控制水泵的启动和停止，此时不执行来自PLC的控制命令。

4.3 电力监测系统

综合管沟设沟外箱式配变电站与沟内分区配电柜，各系统回路设置智能多功能仪表。

PLC控制系统通过RS485总线、多功能仪表对各配电回路的电路、电压、功率、频率、功率因数等电气参量以及运行状态进行监测，并能把这些状态和数据与控制中心电力监测工作站通信。在电力监测工作站进行处理、分析、判断、显示和报警，根据设备故障的报警类别与等级分为事故报警和预告报警。除有声光报警外，还在监测工作站的图控画面上即时弹出相应的报警画面直至操作人员确认。同时系统将事故记入实时数据库，以便事后的分析与统计。

5 视频监控系统

为保证综合管沟管理及运行安全，以及进入综合管沟的工作人员的安全，同时考虑到管沟需监控的区域分布比较分散，信息传输线路长，管沟采用网络视频监控系统。通过基于网络视频服务器的远程监控集中管理软件系统就可以对综合管沟实现全面的网络监控。

每个防火分区的投料口、进风室各设网络摄像机一台，综合管沟内每隔100m均设有网络高速球一台。网络摄像机均采用数字技术将视频图像数字化，并通过网络接口传输至与之对应的防火分区交换机，再通过光纤网输送至监控中心主交换机、视频监控工作站、视频服务器等。视频管理工作站用于处理还原视频画面，并在监视器上显示。视频服务器用于视频的管理、视频录像和视频存储，报警信号能立即在指定屏幕中显示。