1、1.1.1 設備監控系統1.1.1.1 概述設備監控系統(簡稱 BAS 是無錫長江電力電纜隧道綜合監控系統的重要 組成部分,系統主要由 PLC 、以太網交換機、遠程 I/O及光電纜等設備組成。它 是集數據采集、通信處理、協調控制、操作監視、設備控制于一體的綜合應用管 理系統,該系統主要作用是監測隧道環境質量、通風系統、給排水消防系統、照 明系統的設備工作狀態, 確保各系統設備工作正常, 并根據隧道正常運行需要對 各分系統設備實施遠程人工控制或自動控制, 異常工況下聯動各系統設備協同運 作,以達到設備運行智能化、自動化的需求,以達到改變環境狀況,營造隧道內 安全環境的目的。設備監控系統的設計實施

2、的中心指導原則是提供優化節能、 設備減損、 能降 級使用的設備控制運行方案,本方案中設備監控系統設計為三級控制構架。 第一級為計算機集中控制層, 主要實現設備監控預案制定、預案發布、多系 統協同控制等復雜功能,系統數據庫記錄、 報表生成、 設備管理等信息管理功能 也在本層實現,本層設備和軟件集中在監控中心進行實施。第二級為區域控制器分布控制層, 是設備控制系統主體, 主要用于實現預案 執行、設備閉環自動控制、設備運行信息采集等現場流程控制功能,本層設備包 括無錫長江電力隧道沿線逐次分部在工作井之內的區域控制器 ACU 。第三級為現場設備層、 主要由隧道內各分系統設備控制柜、智能儀表、硬件 執行

3、機構組成,主要用于執行控制系統發出的指令,實現硬件級自動控制、 硬件 自保護、以及人工現場手動操作功能。在以上三級構架中, 計算機集中控制層提供完善的管理以及監控功能, 預置 各種預案模式,以期節約能源、減輕設備損耗、優化設備管理;在第二級和第三 級主要強化安全、可靠等功能,保障財產不受損失。正常情況下, 位于計算機集中控制層的監控中心可根據環境條件和隧道運行 情況,合理調度、控制隧道內的機電設備,實現節能運行。系統也具有降級處理 功能, 當上一級控制出現故障時, 操作管養人員可以在低一級的層次上實現對設 備的監控操作, 繼續利用剩下的可用資源對受控系統進行控制, 而不會因為故障 導致系統完全

4、失效。1.1.1.2 系統圖17654328141312111091521201918171622282726252423A B C DF GH IJ KLM NO P QAB C D E F GH IJ KL M N O P Q無錫長江電力電纜隧道設備監控系統示意圖如上所示:現場數據傳輸網絡采用工業以太環網方式,在電纜隧道、弱電工作井 ACU 內設置 多臺百兆以太環網交換機 (如圖所示 , 將分布在隧道內的各臺 PLC 組成光纖控制環網, 完成現場的信息采集與控制。1.1.1.3 組成及功能無錫長江電力電纜隧道設備監控系統由計算機集中控制層的 I/O服務器和操作站; 分布控制層的 7套隧道

5、ACU, 以及工業級百兆以太網光交換機;現場設備層的各類機電 設備控制箱、采集儀表、智能斷路器等設備組成。ACU 按數據就近采集的原則設置在隧道沿線工作井的弱電設備箱內。每套 ACU 包 括 PLC 及現場總線設備和中繼繼電器等。分布控制層是設備監控系統的主體部分,在 整個設備監控系統中承上啟下。設備監控系統是整個隧道機電系統的重要組成部分, 它通過監控各分系統的設備工 作狀態, 確保各系統設備工作正常, 并根據隧道運行需要對各分系統設備實施自動控制, 聯動各系統設備協同運作,以達到設備運行智能化、自動化的需求。本工程中,隧道設備監控的對象包括通風系統、給排水消防系統、照明系統等。下 文就每個

6、子系統監控分別論述。通風設備監控通風設備包括安裝在隧道沿線頂部的通風井內的軸流風機備, 具體分為送風風機和 排風風機。設備監控系統監測通風設備的運行狀態,根據工藝要求實施中央自動 /手動控制, 采集設備的故障信號,在中控室顯示和報警。(1 隧道通風要求通風監控系統根據相關檢測數據,對風機實現通斷、控制、監測等操作,實現智能 調節風量工作。(2 信息采集監控系統實時采集各類風機等設備的運行狀態、故障狀態,主要包括:1軸流風機開關量(DI :受電開關合 /分狀態、電源故障狀態、風機運行 /停止狀態、本地 /遠程操作狀態、過載故障開關量(DO :風機運行控制、停止控制6設備用房送 /排風機開關量(D

7、I :開機、關機、本地 /遠程操作狀態、過載報警開關量(DO :開機、關機(3通風模式控制對于模式控制,設有正常運行模式、阻塞模式、火災模式三種控制方案。各種模式 下的環境控制指標以及模式轉換條件按工藝要求實現。通風控制子系統控制方式要求有如下四級:監控室:自動控制、人工遠程控制隧道區域控制器 :自動控制、人工控制通風機開關箱:人工手動控制通風控制子系統根據檢測到的相關環境數據, 控制風機的運行臺數、 風向和運行時 間,實現節能運行和保持風機較佳壽命的控制運行;并在發生火災時,根據不同地點, 進行相應的火災排煙處理,以保證隧道的安全及運行環境的舒適性。1正常工況監控正常通風情況下,充分體現利用

8、三層網絡控制架構優點。計算機集中控制層分為中央手動和自動兩種控制方式。中央手動根據操作人員的主觀判斷決定風機采取何種操作, 在此模式下, 操作人員 可啟動或停止任何一臺設備。中央自動控制情況下, 計算機集中控制層預置風機控制模糊數學算法, 通過對隧道 溫度趨勢(由于外界溫度、隧道內照明燈具,造成空氣溫度上升 、隧道相關環境數據 趨勢分析和表決處理, 預見性實施自動化控制, 并在隧道的長期運行過程中, 產生經驗 值, 存儲在專家庫中, 從而實現智能化通風控制。 集中控制層將采用模糊控制模式計算 的結果發布到分布層區域控制器,執行控制輸出。區域控制器接受集中控制層的手 /自 動控制指令,執行輸出。

9、分布式控制層實現正常工況下的降級控制功能, 在集中層控制系統故障情況下, 區 域控制器 ACU 根據現場的探測數據,在環境數據超限且超時情況下,自動計算風機啟 動臺數,并執行控制輸出。設備控制層通過風機配電柜實現現場就地控制, 具有最高的優先級, 當設備需要進 行故障維修或正常保養時,可轉入就地控制,防止遠程誤操作帶來額外危險。2火災工況監控火災工況下,通風監控系統將及時接收火災報警信號,監視 FAS 系統的聯動工作, 并進行延時計時操作,當發現 FAS 聯動排煙設備失效時,自動執行與本系統相關的聯 動控制操作,監視各類設備運營狀態,確保煙霧就近及時排除,避免其在隧道中蔓延, 有利于疏散、救援

10、。(3設備故障監控隧道通風機都是機電設備, 其故障時常發生, 在自動控制模式下, 本系統能夠判斷 切除故障設備, 根據工藝需要自動投入足夠的風機數量, 保證隧道通風, 故障設備恢復 后,能自動投入或轉入備用狀態。(4設備平均磨損為了有效延長設備的使用壽命, 本監控系統根據需要內置設備平均磨損及判斷軟件 模塊, 在一組或者一個區域內的設備需要啟動部分數量時, 優先啟動運行時間或者啟動 次數少的設備。給排水設備監控給排水監控系統按照給排水消防系統的設置和動作要求,實現正常工況的現場手 動、中央手動 /自動控制,通過計算機集中控制層,區域控制器分布控制層以及現場設 備控制層控制箱完成各種排水泵的三級

11、網絡監控,在火災工況時監視消防泵工作情況、 排水泵實時配合控制等。監控系統實時采集的雨水泵、 廢水泵、 消防泵等工作狀態及相關水位狀態; 并能對 廢水泵實施必要的人工遠動控制。中央手動時,由操作員根據實際情況決定采取何種操作。中央自動時, 能根據隧道內各泵房集水池的水位判斷超限情況, 自動計算每組水泵 需運行臺數,并向分布控制層的區域控制器發出控制指令。區域控制器接受集中控制層發來的指令, 執行輸出; 根據水位自動控制可以在區域 控制中進行計算和邏輯判斷,中央控制系統只需要選擇自動模式并通知區域控制器即 可;區域控制器還就其所接入的泵組實現降級控制,在系統故障或者水位超限且超時, 卻沒有上級指

12、令的情況下強行啟泵或者停泵。設備控制層的水泵控制箱實現就地手動或依據水位自動控制。水泵監控信息內容如下:1江中廢水泵開關量(DI :水泵運行、水泵停止、高水位報警、水泵過載、本地 /遠程操作狀態 開關量(DO :水泵運行、水泵停止照明監控監控系統實時采集的各個照明回路工作狀態,根據操作模式進行手動 /自動控制。系統計算機集中控制層可以手動/自動控制隧道內各照明回路，在自動運行工況時， 系統依據不同的時間和季節，對各照明回路按時間及季節編制不同的照明預案，在無人 工干預的情況下，按照預案對各照明回路實現自動控制。 分布控制層同時實現加出入口強照明降級控制功能，在系統故障情況下，可以利用 區域控制

13、器 ACU 內置的或者已保持的照明控制預案自動進行照明回路控制。 開關量（DI） ：左合閘、分閘控制、右合閘、右分閘控制 開關量（DO） ：左合閘、分閘控制、右合閘、右分閘控制、手/自動狀態 1.1.1.4 設備選型及技術性能參數 為了保證系統的穩定性、可靠性、經濟性和技術先進性，在本項目方案主要設備 采用了國際的知名品牌，并對產品性能、售后服務、專業認證、工程業績等方面做了全 面考察，在滿足招標文件技術要求的基礎上，為用戶提供性價比最高的產品，從而為系 統的實施和運行奠定了堅實的基礎。 在選擇設備時， 我們選擇的產品具有很高抗干擾能力， 其中包括電磁兼容性 （EMC） ， 尤其是抗外部干擾能

14、力。我們選用的法國施耐德公司生產的 Unity 系列 PLC，屬于工業 級應用產品，具有很好的抵抗電磁干擾的能力，并獲得了多項國際認證。以上產品的抵 御電磁干擾的能力已經在多個現場得到有效的驗證，這些現場包括：地鐵、發電廠、煉 油廠、化工廠、鋼鐵廠、水處理廠、水泥生產線等多個生產現場。 隧道內 PLC(ACU, 其控制器采用法國施耐德公司生產的 Modicon TSX Quantum 系 列 PLC，處理器為 140CPU31110 處理器模板；CPU 的處理速度是 0.12µs。CPU 模板采用 雙處理器結構， 程序執行和以太網通訊由不同的處理器分擔， 以保證系統的高度可用性。 C

15、PU 上集成 Modbus Plus 口和 Modbus 口。 設備監控系統所選用主要設備性能指標： 可編程序邏輯控制器（PLC） ： （1） 采用國際上先進的施耐德品牌控制器，系統為模塊化結構，所有硬件應是制造 廠的標準產品或標準選件； （2） 結構形式為背板和功能模塊的任意組合，背板可以擴展，模塊配有防塵的帶鎖 扣的保護盒，插拔方便，標簽明顯，模塊允許帶電插拔； （3） 電源模塊冗余配置，安裝在背板上；供電電源為 AC220V/50Hz，電壓波動范圍 ±10，電源機架能承受 DC2300V/1min 或 AC1000V/1min 的電壓沖擊； （4） （5） 系統經過嚴格測試，能

16、在電磁干擾和振動的工業環境下連續可靠運行； CPU 采用 32 位工業級高速芯片，Quantum 31110 基本指令處理速度0.12s / 條； （6） （7） （8） （9） Quantum 31110 本地 I/O 容量可達 64K 點，CPU 內置通訊端口包含 Modbus 內存容量滿足系統功能要求，數據和程序所占用的內存分別不超過配置內存容 具有良好的操作權限和口令保護功能，包括整體權限等級、程序/數據文件的訪 具有工業以太網、 現場總線、 遠程 I/O 的連接和通信能力， 支持 TCP/IP、 ModBus、 RS232C/485 等多種協議，支持 Modbus、Profibus/

17、DP 等標準現場總線； 量的 50； 問權限保護； Profibus 等隧道監控系統所需的工業標準協議，具有 RS-232、RS-485 等標準接口， 具有用于編程調試診斷的連接便攜式 PC 的接口； （10） 可使用順序流程圖、功能塊圖、梯形圖、結構化文本和指令列表等編程語言， 支持多種語言和多種方式混合編程，符合 IEC6113 標準，控制程序可以在監控中心 遠程修改和下載； （11） 內部時鐘具有后備電池，支持網絡時間協議（NTP/SNTP 等） ，可通過系統網絡 保持與通道監控中心時間服務器同步，站間時間誤差不大于 10ms； （12） 具有自檢和故障診斷功能（包括通信、電源、I/O

18、等在內所有模塊的診斷） ，具 有瞬時掉電后再啟動的能力； （13） 當 PLC 控制器發生故障或其他問題時，其輸出保持現狀或置為預設狀態，不會 改變為任何不明運行狀態； （14） 輸入/輸出信號有電位隔離措施，I/O 點的數量滿足系統功能要求，并具有不少 于 20的富余量； （15） 開關量輸入（DI） ：光電隔離無源接點方式，狀態或計數脈沖，計數脈沖累加器 不小于 16 位二進制數； （16） 開關量輸出（DO） ：無源常開觸點輸出，觸點容量為 AC250V/2A； （17） 模擬量輸入（AI） ：對于來自不同回路的信號，其輸入通道（包括公共端）完全 隔離。A/D 轉換器字長12 位，轉換誤差滿量程的 0.1，采樣速度100 次s， 適應以下規格的輸入信號：DC420mA 電流；±20mA 電流；±10V 電壓；Pt100 電阻； （18） 模擬量輸出 （AO） 具有通道間的完全隔離， ： 輸出信號為 DC420mA 電流， 1 5V 電壓或 010V 電壓，D/A 轉換器字長12 位，轉換誤差滿量程的 0.1； （19） 環境適應條件：承受沖擊（峰值加速度）為 10g；承受振動為 10500Hz，峰 值加速度 1g。 （1） （1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） （8） （9） 單模光纜 結構形式：鎧裝，層絞式，中心金屬加強，