橫琴新區綜合管溝計算機控制系統設計

文│ 珠海市規劃設計研究院 鄧德源

1 引言

綜合管溝是指設置于地面下，用于容納兩種及以上市政管線及其附屬設施的構筑物，是一種集約度高、科學性強的城市綜合管線敷設方式。隨著我國城市建設的深入，綜合管溝將是我國城市建設的一個發展方向，成為市政管線的主要敷設方式。

橫琴新區是珠海市橫琴島所在區域，是繼上海浦東新區、天津濱海新區之后，第三個由國務院批準的國家級新區。根據橫琴新區的戰略定位，高起點、高標準地開發建設橫琴新區，推行綠色市政理念，《橫琴城市綜合管溝專題研究》報告提出沿市政道路設置雙環型干線綜合管溝。設計范圍內的綜合管溝總長約6.8km，橫斷面凈尺寸為2.9m（高）×5.5m（寬）。每防火分區長度不大于200m（共38個防火分區），每個防火分區設排風室兩座、進風室一座、投料口一座。進入綜合管溝的管線種類包含通信電纜、真空垃圾管、給水管、中水管、冷水管等。

本綜合管溝采用計算機控制系統對其進行分布式管理，系統整體可靠性高。計算機控制系統包括門禁控制、環境與設備監控、視頻監控、電力監測等各子系統。

按照國家相關的消防規范，火災報警系統與計算機控制系統各自獨立設置。

2 計算機控制系統概述

管溝計算機控制系統包括組態軟件層、網絡層、設備層。

（1）軟件層

組態軟件層是計算機控制系統的監控中心，由工作站、服務器及配套的軟件組成，網絡采用星型結構，將現場各種設備數據流遠程傳輸，實現資源共享，遠程集中監控管理。

服務器負責管理協調計算機控制系統的工作，完成各子系統實時數據的儲存。管理工作站完成相應子系統的監控、歷史數據的查詢和顯示，生成和打印各類運行管理報表。

（2）網絡層

網絡層是計算機控制系統的信息高速通道。在管溝內的設備工作環境較為惡劣，因此，綜合管溝內的網絡層設備選用工業級以太網交換機作為中間連接設備，并采用光纖環網結構。光纖環網結構具有線路冗余功能，當光纜發生斷點時，通信網能自動恢復。

在綜合管溝內的每一個防火分區的進風室PLC柜內設置一臺分區工業級交換機，這些交換機連接到各防火分區的現場設備，再通過網絡通信光纖連接到主交換機。

（3）設備層

設備層包含各防火分區的監控系統、設備裝置和儀表等，通過分區交換機與網絡層連接。設備層包含網絡門禁、視頻監控及PLC控制系統（照明、風機、排水泵、環境監測、電力參數監測等）。

3 網絡門禁系統

采用網絡門禁系統管理管溝各防火分區的出入門，實現各出入門的遠程控制和分布式管理。系統由網絡門禁工作站、門禁管理軟件、網絡交換機、網絡通信光纖、門禁控制器及配套設施組成。

控制中心管理人員通過門禁管理軟件，實現各種管理功能。可根據實際情況設置門鎖的關閉時間和開門超時報警時間，實時顯示當前門狀態，返回門的所有非法報警事件。并可實現網內聯動（門間聯動）與網外聯動（事件服務器間聯動），對門所有輸入、輸出節點或用戶刷卡等觸發事件產生聯動。火災時，門禁控制器根據程序設置自動打開所有或預先設定的門，以便于人員即時撤離。

4 環境與設備監控系統

4.1 環境探測系統

為保證進入綜合管溝人員的安全，每個防火分區綜合管溝內每隔100m均設有一套環境探測儀，監測參數包括CO（一氧化碳）、CH4（甲烷）、O2（氧氣）、溫度和濕度。

環境探測儀現場顯示實際參數，同時以4～20mA模擬數據送PLC控制系統，作為溝內通風設備運行依據，并通過網絡通信光纖送到控制中心設備監控工作站。環境探測儀的監測參數超過設定值時，具有本身的獨立聲音報警，也可在控制中心進行報警。

4.2 設備監控系統

每個分區設置一套相對獨立的設備監控PLC控制系統， PLC控制系統與計算機通信網絡、控制中心設備監控工作站、組態軟件等組成管溝設備監控系統。PLC控制系統對綜合管溝內各種設備的信號進行采集，并根據設置好的程序進行判斷，發出相應控制指令到各執行機構進行設備的操作，并通過網絡將信號反饋到控制中心，在控制中心設備監控工作站反映管溝內各設備的運行狀態。

設備控制設現場控制、控制中心遠程控制二級控制方式，現場控制優先級別高于遠程控制，可不依賴于設備監控系統而對泵站設備實施手動控制。

就地控制可采用下列控制方式：其一是就地手動方式，通過現場控制箱控制按鈕實施手動控制。其二是就地自動方式，由設備監控系統根據監測參數以及預定的控制要求對設備實施自動控制，無需人工干預。

遠程控制應在控制中心實施。在遠程控制方式下，設備監控系統提供站內設備的基本聯動、連鎖和保護控制。

PLC控制系統均設有觸摸控制屏，用于排水泵、通風機、照明、水位、有害氣體濃度等的集中顯示和集中控制。

（1）照明監控

管溝內值班照度為10Lx，兼作火災應急照明；管溝巡視或檢修時照明燈全開啟，此時設計照度為30Lx。可在分區照明配電箱現場控制、控制中心遙控實施照明方式的切換。

照明控制的合閘一分閘狀態、失控報警由分區PLC控制系統從照明控制箱采集，并上傳至控制中心。照明控制箱有手動和自動兩種控制模式。手動模式下，操作照明控制箱面板上的按鈕，控制照明的合閘或分閘，此時不執行來自PLC的控制命令。自動模式下，照明控制箱執行來自PLC控制系統的啟閉控制命令。

（2）風機監控

風機設備由溝內的溫濕度、氧氣濃度、有害氣體濃度、火災警情控制。

PLC控制系統控制防火分區的風機啟停，能自動、遠距離手動和就地手動控制，控制級別為近高遠低、手動高于自動。當某一防火分區的溫度超過40℃、或氧氣含量低于19%或CO/CH4濃度高于設定值或24小時周期內規定的某些時段時，PLC系統啟動相應區的風機，直至各監測參數恢復正常數值。

管溝內發生火災并確認后，火災報警系統指令自動開啟和停止通風機運行。此時，火災報警系統指令可以屏蔽PLC控制系統指令，以保證各消防設備在消防控制系統的統一協調之下。

（3） 排水泵監控

各防火分區集水坑設置超聲波液位傳感器，液位信號傳入PLC控制系統。

自動模式時，控制系統按集水坑水位自動控制排水泵的運行，并監測潛水泵的手動/自動、運行、故障等狀態。集水坑上、下限水位停泵、起動泵，一用一備，自動輪換。超高水位時同時開兩臺泵，并報警。

手動模式時，操作水泵控制箱面板上的按鈕，控制水泵的啟動和停止，此時不執行來自PLC的控制命令。

4.3 電力監測系統

綜合管溝設溝外箱式配變電站與溝內分區配電柜，各系統回路設置智能多功能儀表。

PLC控制系統通過RS485總線、多功能儀表對各配電回路的電路、電壓、功率、頻率、功率因數等電氣參量以及運行狀態進行監測，并能把這些狀態和數據與控制中心電力監測工作站通信。在電力監測工作站進行處理、分析、判斷、顯示和報警，根據設備故障的報警類別與等級分為事故報警和預告報警。除有聲光報警外，還在監測工作站的圖控畫面上即時彈出相應的報警畫面直至操作人員確認。同時系統將事故記入實時數據庫，以便事后的分析與統計。

5 視頻監控系統

為保證綜合管溝管理及運行安全，以及進入綜合管溝的工作人員的安全，同時考慮到管溝需監控的區域分布比較分散，信息傳輸線路長，管溝采用網絡視頻監控系統。通過基于網絡視頻服務器的遠程監控集中管理軟件系統就可以對綜合管溝實現全面的網絡監控。

每個防火分區的投料口、進風室各設網絡攝像機一臺，綜合管溝內每隔100m均設有網絡高速球一臺。網絡攝像機均采用數字技術將視頻圖像數字化，并通過網絡接口傳輸至與之對應的防火分區交換機，再通過光纖網輸送至監控中心主交換機、視頻監控工作站、視頻服務器等。視頻管理工作站用于處理還原視頻畫面，并在監視器上顯示。視頻服務器用于視頻的管理、視頻錄像和視頻存儲，報警信號能立即在指定屏幕中顯示。

6 系統供電

系統供電性質按二級負荷設計，高壓電源采用環網供電，引自橫琴新區專屬的20kV電力電網。選用的雙變壓器（20/0.4kV）按分列運行方式（明備用），并采用低壓雙回路（末端切換）放射式供電于每個防火分區總配電箱。

計算機控制系統各設備另設UPS裝置作為后備電源，后備電源的供電時間為不小于30min。

7 系統接地

系統接地設專用的接地干線，并在控制中心、防火分區進風室設置專用接地板。專用接地干線從專用接地板引至接地體。

計算機控制系統接地與管溝內電力、火災報警系統、各防火分區總及局部等電位系統接地共用接地裝置。接地裝置利用管溝底板結構主筋，接地電阻≤1Ω。

8 結束語

隨著城市建設的快速發展及市政管線的增加，綜合管溝將是保證城市可持續發展的重要基礎設施。綜合管溝配置計算機控制系統，將成為城市現代化建設的趨勢和潮流，有著廣闊的發展前景。橫琴新區綜合管溝計算機控制系統的建成將成為智能、生態橫琴島的一個重要組成部分。