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浅谈物联网技术在上海某综合管廊中的应用

更新时间: 2023-03-28   点击次数: 734次
摘要:以上海九星综合管廊的环境与设备监控系统物联网计为例,对物联网与传统方案进行了比较研究,物联网相比传统方案具有终端无线联网、应用业务部署灵活、终端联网扩展容易、建设及维护成本低等优势,并能提升综合管廊智慧化水平,促进综合管廊数字化转型。
 
关键词:综合管廊;环境与设备监控;物联网;数字化转型
 
0引言
       物联网(IoT)是指通过信息传感设备、射频识别技术、红外感应等各种装置与技术,采集需要监控、连接和互动的信息,通过约定的协议实现物与物、物与人的泛在连接,以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。
       —方面,环境与设备监控系统控制的对象主要是风机、水泵等,以阈值控制为主,控制逻辑简单,用物联网方案只要做个配置即可,不需要编程就能满足控制要求,大大降低了对运维人员的要求;另一方面,由于地下空间的工况环境不好,而综合管廊作为地下空间的“生命线"出现误报、错报的现象很高,物联网具有的边缘计算功能很好地解决了这一问题,减轻了统一管理平台的压力。即使统一管理平台宕机、通讯网络瘫痪的情况下,依靠现场的物联网边缘计算系统也能正常运行;地下空间的安全隐患是不确定的,若需要增加监测点,只需配个边缘接入设备就能接入系统,非常灵活。因此将具有窄带、低延时及低功耗等特征的物联网技术在综合管廊中应用,可以有效地提高综合管廊的智慧化功能,并降低建设和运维成本。
 
1项目背景
       九星综合管廊位于上海市闵行区七宝九星地区,包括星北路综合管廊、智联路综合管廊及监控中心,全长约2465m,布局为“厂"字形,其中:星北路综合管廊位于星北路南侧人行道及绿化带下,西起智联路、东至虹莘路,为综合舱和电力舱双舱,长约715m;智联路综合管廊位于智联路西侧人行道下,南起平延路,北至星北路,为综合舱单舱,长约1730m;监控中心位于东兰路、智联路路口北侧地块地下一层空间,通过联络通道与综合管廊进行衔接,九星综合管廊布局图如图1所示。
图1九星综合管廊布局图
 
 
2设计方案
2.1传统方案
       传统的环境与设备监控系统主要由工业以太网交换机、可编程控制器、远程I/O模块及环境监测相关检测仪表等组成。传统环境与设备监控系统构架如图2所示;传统环境与设备监控系统布置图如图3所示。
图2传统环境与设备监控系统构架
       传统的环境与设备监控系统从上至下可分为后台管理层、中间传输层及前端感知层。
       后台管理层位于综合管廊控制中心,主要由汇聚交换机、工作站、服务器等组成。后台管理层通过中间传输层将前端感知层采集的信息进行集中存储、处理及展示,并且实现对管廊的远程监控管理。
图3传统环境与设备监控系统布置图
       中间传输层主要由可编程控制器、远程I/O、接入交换机及线缆等组成。管廊内在每个分变电所设置可编程控制器,负责区域监控区间联动控制及监控信息上传。在每个进/排风井设置一套远程I/O模块,负责基本监控区间内所有防火分区内的监控数据采集、上传及联动控制信号的发出。可编程控制器通过远程I/O模块反馈的管廊内环境监测信息、设备监控信息及电力监控信息,完成设备的控制(联动),并通过信息传输网络实现与监控中心后台管理系统的信息交互前端感知层位于综合管廊内,主要由温湿度检测仪、含氧量检测仪、风机控制箱及水泵控制箱等现场设备和现场设备控制箱组成。通过现场设备对综合管廊内的温湿度、氧含量等环境参数进行检测和采集,从现场设备控制箱内获得风机、水泵等设备的状态信息。
控制方式分为中央级、就地级和现场级,可实现监控中心中央级远程控制、可编程站就地自动/手动控制和现场控制箱自动/手动控制。
2.2物联网方案
       物联网环境与设备监控系统从上至下可分为中心层、传输层和接入层。物联网环境与设备监控系统架构图如图4所示;物联网环境与设备监控系统布置图如图5所示。
图4物联网环境与设备监控系统架构图
       中心层主要包括物联网管理平台及其硬件支撑设备,部署在监控中心,实现应用业务统一部署与定期更新、环境与设备监控系统信息存储与可视化展示等功能,并与综合管廊统一管理平台进行信息共享。
图5物联网环境与设备监控系统布置图
       传输层主要包括由主干光纤、交换机及物联网网关等,通过构建自愈型光纤干线环网实现中心层与接入层的信息上传下达。
       接入层主要包括物联网无线网络设备、物联网边缘接入设备、现场机电设备及环境监测仪表等,物联网无线网络设备用于构建现场网格网络(Mesh),物联网边缘接入设备用于现场机电设备及环境监测仪表无线联网、边缘计算与机器通信(M2M)等。
2.3方案比选
       综合管廊一般呈“群状"分布,由同一规划片区内的若干个综合管廊组成,具有狭长、舱室多、入廊管线种类复杂等特点,为了保障良好的运行环境,需要配置通风、排水、照明等机电设备,并设置环境与设备监控系统实现环境监测与机电设备监控等功能。
传统方案中,环境与设备监控系统主要采用可编程逻辑控制器,一般以通风区间为基本监控单元,每个基本监控单元设置一套可编程逻辑控制器,可编程逻辑控制器通过有线方式与基本监控单元内各现场机电设备及传感仪表相连,实现对机电设备及传感仪表的集中控制与统一管理。
物联网作为一种新型技术,主要采用边缘计算、终端无线联网、机器通信(M2M)等,物联网方案与传统方案的比较如下表1所示。
表1物联网方案与传统方案的比较
       综合管廊机电设备众多,环境比较潮湿,传统方案容易出现接触不良等线路故障,导致系统失效,并且检修费时费力。物联网提供的终端无线联网可以使综合布线大大减少,不仅降低管线管材及安装调试成本,也降低因为线缆众多造成的故障,提高系统稳定性。
       综合管廊入廊管线种类复杂,入廊时间不一,不同管线对管线监测内容有不同的要求,而管线入廊往往滞后综合管廊建设,传统方案在综合管廊建设之初一般会为管线监控接入预留接口[4],但实际往往难以准确预留。预留的接口也对管线监控的内容和监测点设置等有一定的限制。物联网的终端无线联网相比传统方案可以很好的兼容未来入廊管线监控的接入和并网,节约后期管线入廊建设投资。
       综合管廊在建设之初会部署一定的监控点位,但随着管线的逐步入廊和运维时间的增加,会产生新的动态监测需求,可能需要动态增加新的监控点位或对原监控点进行位置调整等,物联网的终端无线联网相比传统方案可以很好的满足监控动态调整需求。
此外,物联网采用边缘计算及机器通信(M2M)等技术,在边缘端部署相关算法可以提高系统智慧化程度。
       综上,物联网具有终端无线联网、应用业务部署灵活、终端联网扩展容易、建设及维护成本低、智慧化程度高等优势,相比传统方案更适合具有环境差、广连接、入廊管线种类复杂及建设时序不一等特征的综合管廊。

 
3 AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台
3.1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、高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。
3.2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、高效、有序的要求。
3.3平台拓扑
3.4平台子系统
3.4.1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。
3.4.2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。
3.4.3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及时预警。
3.5相关平台部署硬件选型清单
3.5.1电力监控及配电室环境监控系统
3.5.2电气火灾监控系统
3.5.3消防设备电源监控系统
3.5.4防火门监控系统
3.5.5消防应急照明和疏散指示系统
 
4结语
       物联网作为十四五规划倡导的新型技术,是数字化转型的重要基础。物联网在综合管廊中应用具有显著优势,可以很好满足管线逐步入廊而伴随对监控需求的动态调整,并实现综合管廊物与物、物与人的泛在连接,为综合管廊数字化转型、数字赋能提供数据基础,后期结合大数据分析及AI辅助决策等技术,可以提供综合管廊的运行监控与运维管理智慧化程度。根据物联网技术在综合管廊应用的基础,一方面,可以将物联网技术与安全防范系统、火灾自动报警系统、通信系统等进行结合;另一方面可以进一步将物联网技术在地下空间中进行推广,解决类似的环境恶劣造成的一系列问题。