城市综合管廊智能监控与报警系统

资料来源:网络

一、概述

城市综合管廊是指将电力、通信、燃气、给排水、热力等市政公用管线集中敷设在同一地下建造的隧道空间内,进行综合开发利用,以节约城市建设用地,便于统一管理规划,美化城市的景观。城市综合管廊内部整合了维持城市功能的自来水、煤气、电力、通信管线,管廊自身功能使用的动力、照明、排水等设备繁多,无论纳入管线出现故障,还是自身附属设备出现故障,都将造成沿线城市功能的瘫痪甚至发生灾害性事故,因此城市综合管廊监控系统必须与综合管廊的建设统一规划、同步建设。监测的主要内容有:管廊内环境温、湿度,有害气体浓度,通风、水泵设备状态,集水坑液位,入侵监测,视频监控等。当监测到灾害及异常情况时,及时发出预警或报警信息至相关工作和管理人员,便于及时防范、指挥处理,对预防及减少管廊内灾害事故起着重要的作用。

本系统方案就是综合利用目前最先进的光纤环网技术、环境监测技术、分布式光纤传感器技术、通信技术、安全防范监控技术、地理信息技术以及系统集成技术,将地下管廊各类安全信息进行综合监控。

二、系统构成

城市综合管廊监控与报警系统分为环境与设备监控子系统、安全防范子系统、通信子系统、预警与报警子系统、地理信息子系统、统一管理信息平台、管线温度实时监测系统和电力电缆在线监测。本系统方案不仅从软件上通过数据中间件技术进行了数据接口的集成(不是简单的提供链接按钮方式),还从硬件设计上做到了从对环境多参数数据集成采集到多系统的接入集成。极大地减少设备的布线,不仅减少了投资,而且提高整个系统的稳定性,便于安装和维护,做到了真正意义上的“综合监控”。

2.1 环境与设备监控子系统

环境与设备监控子系统主要由本质安全型的自带液晶显示及声光报警功能的多参数(O2、CH4、H2S、CO、温度、湿度传感元件按需要自由组合)智能组合检测仪、设备开停传感器、水位传感器、风速传感器、烟雾传感器、本质安全型综合网络分站(内置光纤网络交换机,自带液晶显示屏和声光报警功能,能接入十六路模拟量/开关量/数字型传感器,可接十六路读卡器,具有八路控制输出)、本质安全型控制器、隔爆兼本安型不间断电源、地面监控主机及环境与设备监控系统软件等组成。

2.2安全防范子系统

安全防范子系统主要包含视频监控系统、防入侵系统和门禁系统三部分。

2.2.1 视频监控系统

在廊道中安装视频摄像头对廊道内的环境、异常情况和设备进行实时监视。实现对廊道的可视监管和远程巡检。摄像设备通过系统设置可与报警信息进行联动控制,当报警发生时自动转向和录制报警设备信息,且监控中心人员可远程调节摄像头。

2.2.2防入侵系统

• 红外入侵报警探测

• 通风口防入侵监测

• 管廊异常监测

2.2.3 门禁系统

管廊出入口设置门禁系统。根据现场情况还需要对进入管廊内的入口进行门禁控制管理,采用门禁控制器(TCP/IP型网络门禁控制器+电控锁+读卡器)的方式实现门禁现场及中心系统远程集中管理。

2.3 通讯系统

通信子系统主要由广播对讲基站、WIFI无线手机和语音调度服务器等设备组成。

通信子系统的功能是实现管理、巡检和施工人员的通信联络,管廊配备各区间工作人员之间、现场工作人员与监控中心之间保持信息通畅,确保前端巡检人员信息及时上报,监控中心命令及时下达。

2.4 预警与报警系统

预警与报警系统的功能是实现对综合管廊的全程监测,系统将预警和报警信息通过多综合分站、分布式光纤测温系统、光纤环网交换机及时、准确地传输到监控中心,实现灾情预警、报警、处理及疏散,同时通过广播系统,向综合管廊内的工作人员广播,使他们及时撤离现场,保证人身安全等功能。预警与报警系统由火灾报警系统和可燃气体探测报警系统两部分组成。

2.4.1火灾报警系统

火灾报警系统主要由多参数组合检测仪、烟雾传感器、分布式光纤测温系统(含系统软件、主机、测温光纤)、综合分站和智能广播基站等设备组成。

在每段防火分区内设置含CO、O2、温度探头的组合检测仪(自带声光报警器)、烟雾传感器、分布式测温光纤、手动报警按钮、火灾电话、多功能广播基站等设备。手动报警按钮设置在卸料口两边的防火门处。基站与基站之间采用可插拔光纤连接。光纤测温主机连接多条线性测温光缆,测温光缆主要监测管廊内电力电缆的温度是否在正常的范围内运行,对于管廊内110kv及以上的电力电缆,每根配置一条测温光缆监测其温度的变化;对于10kv的电力电缆,每层桥架上敷设如正弦波般走向的测温光缆。该系统温度监测精度为0.1℃,监测距离可达30km,定位精度可达1m,可任意设置多级温度报警值。在监控中心设置火灾报警屏,通过总线回路巡检、接收、显示每个报警点的工作情况。当火灾发生时,启动整个管廊内声光讯响器。

2.4.2可燃气体探测报警系统

可燃气体探测报警系统主要由多参数组合检测仪(含CH4检测探头)、分布式测温光纤、综合分站、远程控制器和智能广播基站等设备组成。

为使系统有效工作,在每段防火分区内设置多参数组合检测仪、手动报警按钮、报警电话、多功能广播基站和声光报警器等设备。多参数组合检测仪设置间距为10m;手动报警按钮设置在卸料口两边的防火门处。

监控中心可按需设定天然气报警浓度的上限值(小于其爆炸下限值的20%),多参数组合检测仪接入综合分站,当天然气管道舱天然气浓度超过报警浓度设定上限值时,由综合分站自动启动天然气舱事故段分区及其相邻分区的事故通风设备,并通过远程控制器切断施工动力电源,且紧急切断浓度设定的上限值要小于其爆炸下限值的25%,如果天然气管道发生泄漏,高压气体的体积膨胀将引起漏点附近温度的下降,分布式光纤测温系统同样可通过温度异常点的探测,发现并定位天然气管道的泄漏情况。并通过可燃气体报警系统解决燃气泄漏或危险气体累积带来的爆炸隐患,确保燃气管廊设施正常、稳定运行。

2.4.3联动功能

(1)消防联动:探测器发出检测信号,报警装置联动视频系统,跳出该防区的视频画面,确认报警。

(2)联动排烟/气系统:每段防火分区设置有排风及排烟/气系统,正常时用于排风。当确认探测到火灾/可燃气体时,监控中心可通过多功能基站传输指令实现远程启动风机排烟/气。

(3)联动电源:灾情探测信息确认后,监控中心可通过多功能基站进行指令传输以切断非消防电源。

(4)联动广播系统:灾情探测信息确认后,监控中心启动广播切换模块进行灾情信息广播,特别针对灾情确认区、相邻分区进行广播疏散。

(5)联动电话系统:监控中心可启动专用模块与任一广播基站通话;现场任一广播基站或电话通过监控中心确认后实现与调度主机通话录音。

2.5 地理信息子系统

地理信息子系统通过最先进的GIS地图方式对综合管廊进行地理标注和各类设备运行数据及状态信息展示。同时通过三维虚拟现实技术,渲染出逼真高效的地下综合管廊三维环境,可实现三维漫游功能,巡检功能,三维定位功能,设备或资源信息查询功能,交互操作功能等。系统能实时对数据采集系统的数据在模型上进行展示,直观的反应设备的工作状况,并能对告警等作出不同的状态展示。系统具有综合管廊和内部各专业管线基础数据管理、图档管理、管线拓扑维护、数据离线维护、维修与改造管理、基础数据共享等功能。显示内容大致可以分为2D地图显示和3D虚拟展示。

2.6 统一管理信息平台

综合管廊统一管理信息平台就是将以上环境与设备监控子系统、安全防范子系统、通信子系统、预警与报警子系统、地理信息子系统的信息通过统一的数据接口,由统一管理信息平台控制软件在一个界面上进行集成显示或管理切换,是监控中心的主要工作界面,对全部管廊的监测数据进行分级分层的展示,并实现预报警管理、联动控制操作应急处置等功能,以达到综合监控的目的。统一管理信息平台包括综合数据支撑平台和综合信息显示平台两大部分。

2.7 管线温度实时监测系统

管线温度实时监测系统主要以光纤测温传感技术,对温度的变化进行报警,主要解决电缆着火和热力管道泄漏的安全隐患。本系统利用分布式光纤传感器对热力管道泄漏进行实时监测,当热力管道发生泄漏或管道附近的机械施工和人为破坏等事件产生的振动、压力或温度变化信号作用于光纤时,光波在光纤中传输时产生的损耗具有不同的信号特征,分布式光纤传感器可以同时获取损耗的空间分布及其随时间的变化;在入射端利用光时域反射技术和在输出端利用光功率检测,可实现光纤上各点静态与动态损耗的测量和定位;计算机通过对数据进行分析和融合,根据信号特征判断并准确定位管道泄漏等事件的发生,提高热力管道的监测水平。

2.8 电力电缆在线监测

电力电缆在线监测预警系统是基于前端传感技术、无线网络技术、计算机技术、大数据分析的整体解决方案。通过建立地下电力管沟综合数据库、电力管沟地理信息系统平台、电力管沟综合管理平台、电力管沟三维分析系统、电力管沟巡检管理系统和电力管沟动态监控系统,最终实现电力管沟数据的查询、统计、分析、设计、竣工验收、预警、应急处理等一整套解决方案。


有正公司为客户提供地下综合管廊BIM咨询服务,综合管廊监控系统、管廊运维管理平台。欢迎致电400-029-3382咨询。

市政综合管廊智能监控管理系统

1.      系统设计

城市地下综合管廊安全监控预警系统,该系统通过实时综合监控平台,实现将XXX地下综合管廊内供电、电信、电视的运行情况以及供气、供热、供水管道泄漏的实时监测、报警与定位,综合管廊内智能视频监控,风机、水泵、阀门等的远程自动控制,为地下综合管廊的安全运行、应急处置提供先进的网络远程管理手段。

系统中将所有集水井的高液位数据和分布式管线测温系统的数据上传至监控中心,通过软件接口获实时数据。实现供热及供水管道分段控制,一旦发生泄漏时,及时发出声光报警,启动决策人员和管理人员应急预案,第一时间远程自动/手动控制分段控制泄漏管段,关断供热/供水阀门,并抑制倒灌回流,方便后期工作人员的维护,最大程度减少停止供热/水面积。

2.      系统组成

该系统主要由自动化系统、电气系统、消防系统、弱电系统组成。其中自动化系统包括环境检测、设备监测、电气管理等;电气系统包括供配电系统、照明系统等;弱电系统包括视频监控系统、预警系统、对讲系统等。

3.      系统架构

6.1.    系统架构图

环网是链接各区域集中器的以太网络,将多个集中器采集到的实时监测数据保存到监控中心的数据服务器,各电气控制设备主要由整体开关型电动执行器、数字量I/O模块、光纤交换机、以太网交换机、路由器、服务器、上位管理平台等组成。

从网路结构划分为:传感器信号采集段,该段采用RS485方式或DP总线模式;区域集中器通过光纤环网进行联网,并最终与管理平台服务器联网。

6.2.    监测层

6.2.1. 地下管廊环境监测概述

地下管廊装有各种线信号线、热力管、燃气管、电信管道、给水管道、电力管道等等,是一个多种信号与传输对象交汇的场所,为了充分保障管廊内环境安全,需要对其内部环境进行监测,以达到实时、自动监测地下管廊内的环境,其重要性不言而喻。

6.2.2. 地下管廊环境监测系统功能

主要涉及到管廊内的温湿度、燃气泄露、火险、有害气体、积水监测等,据实际情况,还可能涉及到其它监测。

通过在地下管廊配置相应的传感器及报警器,并通过通信将监测信号引到区域信号集中器,区域信号集中器再通过光纤环网传输到监控中心,通过配套的综合管理平台软件对数据进行存储、显示、分析等,并进行应用;通过软件平台对每个测点的地理位置、测量值或工作状态进行连续采集,如出现异常,系统会自动生成报警(声光报警、短信报警、邮件报警可选),第一时间通知到相关人员,将可能出现的险情消灭在萌芽状态,避免造成大的经济损失及影响管线的正常运行。

6.2.3. 地下管廊环境监测系统测点说明

由于管廊较长,需要选择合适的距离来设置监测点,

1、对于温湿度数据可以对参考200米一个测点

2、 对于燃气报警则要针对实现情况选择布的距离要大大缩短(或者选择可能会发生报警的特殊区域)

3、 对于积水报警则选择低洼或易积水区域监测。

4、 对于有害气体监测,则要判断具体是什么气体为主,为何产生,如果产生了积水(污水)可能会产生恶臭气体等。

5、 对于火情报警,按消防标准的话,会很密集,具体到管廊按什么标准,需要另行考虑。

6.3.    区域集中层

(1)热力运行监控

热力运行监控部分实现热力管网运行设备的远程控制功能,分为日常控制模式和报警处理控制模式。通过测温光纤,发现热力管线泄漏,监控中心控制系统可根据预设方案,自动或人工发送控制信号给现场控制器,完成热力调节阀门的远程控制。

(2)管线温度监视

能够实时监测热力管线运行情况,按不同区域、不同管线,用不同展示方式显示正在运行和未运行的管线。辅助相关人员进行控制决策。

(3)管线阀门控制

通过测温光纤,发现热力管线泄漏,监控中心控制系统可根据预设方案,自动或人工发送控制信号给管沟现场控制器,实现热力调节阀门的远程控制,阀门开关状态实时显示。

(4) 给水运行控制

给水运行控制部分实现给水管网运行设备的远程控制功能。通过绘制各管线工艺流程图,实时展示线路运行数据,显示阀门开关状态。当集水井高液位报警,监控中心控制系统可根据预设方案,自动或人工发送控制信号给管沟现场控制器,完成给水阀门的远程控制。

(5)集水井高液位监视

通过在各分控站给水工艺流程图上标记集水井位置,并监控集水井高液位报警,当发生高液位报警时实现弹窗报警提醒。

(6)管线阀门控制

通过集水井水位情况,分析管线故障,及时发现给水管线泄漏,监控中心控制系统可根据预设方案,自动或人工发送控制信号给现场控制器,实现给水线路阀门的远程控制,阀门开关状态实时显示。

(7)通风风机控制

通过检测管廊内的空气质量,根据检测到的有害气体及氧气得得浓度,分析管廊内空气质量是否符合人员生存条件,及时发现可能存在的隐患,监控中心控制系统可根据预设方案,自动或人工发送控制信号给现场控制器,实现给通风风机的远程控制,风机运行状态实时显示。

6.4.    网络层

网络层包括以太网交换机,光纤附件、执行单元、数字量I/O模块、光纤收发器等。网络层实现了区域集中器与管理层的一个数据交换,区域集中层可以通过网络层对执行层的设备发放指令,控制其现场各类电气设备的启停等,现场执行层并且把信号状态反馈给区域集中层设备。

6.5.    执行层

执行层的主要功能汇总本执行过程层的实时数据信息,实施对一次设备的控制功能,对现场电气设备的打开与关闭等控制,并把现场电气设备的反馈信号实时的反馈给区域集中层设备,使其在工程师站可以有效的观察到现场设备的一个状态。

4.      系统功能

XX综合管廊专业管线运行监控系统通过分布式布置的温湿度监测系统实现对现场管廊温湿度的采集,同时对现场电气设备的控制与反馈状态信号的采集,实现了对现场排水、排风及照明系统等的控制。

7.1.    系统主界面

包含供水、蒸汽、热水管路图,防区位置信息,电气设备位置信息,总站及分站位置信息,防区内报警信息等。

7.2.    防区监控画面

包含防区附近的摄像头视频画面,温湿度,照明等基础信息,防入侵信息和火灾报警信息。

7.3.    电气控制界面

实现对防区电气设备的远程控制。

5.      视频监控系统

视频监控系统可以实现综合管廊全域内人员的监控,便于中控室值班人员及时发现现场问题,排除故障以及对警情的及时处理,保证管沟内正常运行。

监控系统通过系统前端监控点摄像机采集图像信息,系统主机处理后在相连的监视器上反映监控场景;综合管廊每X米为一段防火分区,共有X个防火分区,每段防火分区设置1台工业交换机,在每段防火分区内设置X台摄像机(区段出入口),分别监测任何进入防火分区内的人员情况及内部环境情况。

所有的视频监控画面都可以通过媒流体服务器控制、显示,实现全范围监控并且可在监视器上切换显示各防火分区的监视画面。

6.      火灾报警系统

火灾自动报警系统的功能是实现对综合管廊的全程监测,将火灾报警信息及时、准确地传输到监控中心,实现火情预警、火灾报警、火灾处理及疏散,同时通过广播系统,向综合管廊内的工作人员广播,使他们及时撤离现场,保正人身安全等功能。

系统设计:

为使系统安全有效地进行工作,在每段防火分区内设置智能感烟探测器、手动报警按钮、火灾电话、火灾广播扬声器、声光报警器、分布式测温光纤等设备。系统采用总线连接,感烟探测器设置间距为10米;手动报警按钮设置在卸料口,两边的防火门处。

光纤测温主机连接多条线性测温光缆,测温光缆主要监测管沟内电力电缆的温度是否在正常的范围内运行,对于管沟内110kV的电力电缆,每根配置一条测温光缆监测其温度的变化;对于10kV的电力电缆,每层桥架上敷设如正弦波般走向的测温光缆。该系统温度监测精度为1°C,可任意设置多级温度报警值,光纤测温主机可提供一组继电器输出报警信号。

消防联动:

探测器发出检测信号,火灾报警装置联动视频监控系统,跳出该防火分区的视频画面,确认报警。

联动排烟系统:每段防火分区设置有排风及排烟系统,正常时用于排风,火灾时通过火灾联动控制器启动风机排烟。

联动电源:火灾确认后,通过火灾联动控制器切断非消防电源。

联动消防广播系统:火警时,监控中心启动广播切换模块进行消防广播,特别针对报警的防火分区、相邻的防火分区进行广播疏散。

联动消防电话系统:控制中心可启动消防专用模块与任一电话分机通话,现场任一分机或电话插孔处话机,通过火灾报警控制器确认后与消防主机通话录音。

7.      专用以太网络系统

网络系统建设:本工程局域网采用千兆位以太网技术,整个网络采用自适应以太技术,网络拓扑结构采用环型结构,在中心控制室通过控制系统和视频监控系统的中心交换机实现两系统的连接及数据交换,火灾报警系统控制站接入控制系统交换机,火灾报警装置接入视频监控系统,实现控制中心各系统的集成及关联互动。

网络操作系统:采用windows2003 Advanced Server作为应用系统的网络操作系统以及Internet/Intranet服务和数据库服务器的操作平台。

交换机:控制系统及视频监控系统的中心交换机采用千兆交换机。

网络安全:网络操作系统限制网络的非法访问为网络系统安全提供了基本的保证;组网方式采用采用网络分段(物理分段和逻辑分段);设置防火墙。

 


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