城市地下综合管廊环境监测优化设计

引言

近年来, 为了准确、实时掌握城市地下综合管廊环境状况, 需建设在线监控系统, 对相关环境因子进行在线监测, 以实施更加有效的技术监督, 为综合管廊的安全运营和维护提供技术支持和服务。目前, 随着地下管廊被写入“十三五”规划, 全国掀起地下管廊建设大潮。面对这样一个发展迅速的城市地下空间设施, 如何构建有效经济的环境监测系统, 并对环境监测的海量数据进行合理的应用, 保证地下管廊正常运行成为环境监测体系有效运行的关键。

1 问题和挑战

首先, 地下综合管廊环境监控系统设计规范规定不明确, 系统没有统一的评判标准;其次, 环境监控系统较少考虑下端前置设备、上端管理节点和数据传输方式三者的协同;最后, 现在系统没有很好考虑监控数据与地下综合管廊的安全防范系统、火灾自动报警系统等的联动控制。这样造成了两方面问题, 一是系统设计不够经济或者有效, 二是地下综合管廊不能够智能化运行和维护。

2 环境监控系统优化原则设计

2.1 系统组成

管廊环境监控系统应包括环境监控主机、可编程控制器 (PLC) 、温湿度传感器、氧气传感器、液位计、风机控制单元、水泵控制单元。天然气舱内加装甲烷传感器;污水舱内加装硫化氢传感器。燃气舱单独设置一套环控系统。系统监测廊内环境, 对环境参数不达标的分区, 通过控制风机和水泵的启停, 使各项环境参数恢复正常;同时可以向控制中心报警。

环境与设备监控系统主机设于控制中心内, 内设监控工作站、服务器、打印机、网络通讯设备等, 对各监控设备进行统一监测、控制和管理, 并完成系统设置、数据处理、能耗统计管理等工作。

监控工作站与区域控制单元 (光端机、PLC) 之间宜通过8芯光纤以环网方式连接, 扩展模块与PLC之间通过总线方式连接, 扩展模块及PLC与现地探测器及监控设备之间通过屏蔽电缆连接。区域控制单元的I/O模块应可方便扩展, 使得管廊内其它专业管线所需的监控信号可以方便接入。

其中, PLC主要需要采集的信息应包括:

(1) 风机运行情况;

(2) 照明系统运行情况;

(3) 排水泵运行情况;

(4) 温湿度探测器、O2浓度探测器信号;

(5) 甲烷探测器、硫化氢探测器信号;

(6) 液位传感器信号;

(7) 红外对射装置信号; (8) 燃气舱阀室PLC的信号;

(9) 给水管线压力变送器、电磁流量计、电动蝶阀、控流阀的信号。

通过分区自控箱控制的设备应包括:

(1) 排水泵;

(2) 区段照明系统;

(3) 风机;

(4) 燃气舱阀室PLC;

(5) 给水管线电动蝶阀、控流阀。

分区自控箱UPS负责所辖其他监控设备的供电。

运行控制管理原则:

(1) 当某防火分区内温湿度高于设定值 (40℃、90%) 、氧气浓度低于设定值 (19%) 时, 监控系统启动该分区内的风机, 强制换气、保证综合管廊内设置和工作人员的安全。

(2) 当某防火分区发生入侵报警或其他报警时, 自动打开相关区域的照明。

(3) 当发生火警, 须关闭相应区域防火门、排风机, 控制中心显示大屏自动显示相应区间的图像画面。

(4) 根据集水坑内液位检测值, 自动起停水泵。

管廊监控与报警系统统一管理平台预留与管廊内各类管线配套检测设备、控制执行机构联通的信号传输接口。

2.2 前端设备布点原则

在每个防火分区的每个舱内的通风最不利处 (一般为通风口与投料口中间) 安装温湿度检测仪表和氧气监测仪表各1套。

在有水管的防火分区的每个舱内的最低处设置2个一组液位开关, 用以监测水管爆裂。

在污水舱、综合舱、天然气舱每个防火分区的人员进出口和通风口处各设置1套硫化氢和1套甲烷气体探测器。

传感器应在满足探测信号的技术条件下, 安装在便于维修施工的位置。

燃气舱各个传感器需满足防爆要求。

2.3 前端设备指标

注:*液位传感器量程根据分区集水坑深度选择。

2.4现场控制单元

现场控制单元采用PLC装置。安装与每段防火分区的分亭内, 接收前端设备的输入信号, 根据逻辑程序输出相关指令, 将所监控数据实时上传环境与设备监控主机。

2.5安装及布线要求

PLC安装在分区风亭机柜内, 感温光纤沿廊内顶部和入廊高压电力线缆敷设, 温湿度传感器和气体浓度传感器安装在廊内气体最佳采集位置, 液位计安装在集水坑内。

温湿度传感器、气体传感器、液位传感器可以采用电流式、电压式或电阻式, 宜采用电流式, 传感器电信号通过RVVP线缆将电信号传输至PLC, 传输距离不应大于100米。

2.6信号传输要求

温湿度传感器、气体传感器、液位传感器可以采用电流式、电压式或电阻式, 宜采用电流式, 传感器电信号通过RVVP线缆将电信号传输至PLC, 传输距离不应大于100米。

现场控制器 (PLC) 通过光纤网络与监控中心的环控主机连接, PLC上位机接口通过网络跳线+配线架连接接入交换机, 然后通过光纤网络与监控中心的核心交换机连接, 最后通过网络跳线+配线架与环控主机相连。其中网络线缆宜采用六类屏蔽网线, 光纤宜采用单模室外光纤。

2.7 联动要求

(1) 环境监控现场设备采用三级联动机制:

硬联动:传感器之间直接联动;

软联动:经监测系统内部逻辑处理之后进行的联动;

远程控制:在集中控制软件平台上, 进行远程控制;

(2) 气体浓度、温度与风机的联动控制

通过设置联动阀值方式来远程控制风机启停, 阀值可按需设置:

(1) 在温度较高时或者气体浓度异常时, 启动风机进行降温与稀释的动作;在温度恢复正常或者气体浓度值恢复正常时, 停止风机的操作;

(2) 在发生火灾时, 停止风机运行, 以免进一步加大火灾范围;此优先级高于1) 的内容。

(3) 水位传感器与水泵的联动控制

将管廊集水井和低地势区域安装的水位传感器与水泵进行联动, 主要通过配置两个水位开关直接控制水泵启停和根据设置的水位阀值远程控制水泵启停。

3 结语

地下综合管廊运行维护是长期存在的工作, 如何优化设计环境监控系统是管廊运行维护工作中必须面对的一项具有现实意义和挑战性的任务。笔者针对环境监控系统设计工作存在的问题, 从系统前端设备到数据运用整个过程提出了优化设计原则, 为后续设计者提供参考和建议。期望更多的工作者对这一问题进行研究和探讨, 共同致力于优化综合管廊环境监控系统运行模式和提升效益。

摘要：地下综合管廊是一个多种信号传输汇聚的场所, 如何达到实时、自动监测地下管廊环境与设备, 是保障地下综合管廊安全运营的重中之重。从综合管廊环境监控系统的概念出发, 论述环境与设备监控系统的组成和运行模式, 并结合规范要求, 探讨环境监控系统的优化配置方案, 为地下综合管廊环境与设备监控系统的前期方案设计提供参考依据。

关键词：综合管廊,环境监测,优化设计