一种管廊内部联动控制装置的制作方法

本发明属于智能综合管廊技术领域，涉及一种管廊内部联动控制装置，在物联网的基础上，通过触发部件间的事件协调部件之间物与物的相互通信，实现无人值守的管廊内部部件的自动化控制。

背景技术：
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管廊是管道的走廊，地下综合管廊是指在城市地下用于集中敷设电力、通信、广播电视、给水、排水、热力和燃气等市政管线的公共隧道，由钢结构或钢筋混凝土结构的立柱、横梁以及桁架所构成，管廊按类型可分为单层或多层，可通行的或不可通行的；积极推进城市地下综合管廊建设，统筹各类市政管线的规划、建设和管理，能够解决反复开挖路面、架空线网密集、管线事故频发等问题，是有利于保障城市安全、完善城市功能、美化城市景观、促进城市集约高效和转型发展的重要举措，是建设智慧城市的重要的基础设施之一，是国家重点支持的一项民生工程；2014年6月，国务院下发了《国务院办公厅关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》，指出2015年底前，要完成城市地下管线普查，编制完成地下管线综合规划，同时在全国36个大中城市全面启动地下综合管廊试点工程，计划3年内建设地下综合管廊389公里；目前，全国共有69个城市在建的地下综合管廊约1000公里，未来在试点城市成功的建设经验和样例基础上，地下综合管廊建设有望快速复制拓展到其他城市，后续建设进程有望加速；由于地下综合管廊的特殊性，管廊的管理跨度大，对物联网技术的要求比较高，传统的管廊监控方案架构为计算机通过RS232串口连接控制器，PID控制逻辑和专家控制逻辑处理是放在监控室计算机中完成的，控制器采集现场状态环境数据并上传到计算机，由计算机决定后续处理流程，然后下达控制指令来控制相关设备的动作，这样的控制方式存在较大的风险，如果计算机因病毒或线路通信故障的原因造成计算机停机以及人为误删文件，就会使计算机系统无法正常运行，并且计算机重新启动也需要一定的时间，传统的控制系统过于依赖监控室计算机。因此，研发设计一种基于管廊内部部件间的相互触发的物联网技术的联动控制装置，增加管廊对突发事件的处理速度，减少响应时间，节省人力值守的成本，能够在突发事件的初期进行处理，降低损失，具有良好的经济和社会效益，很有应用前景。

技术实现要素：
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本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种管廊内部联动控制装置，利用物联网编程技术实时监控和分析部件之间的关联关系，通过智能化处理部件间的相互通信事件触发的信息解决突发事件，符合智慧城市—智慧管廊的发展趋势。

为了实现上述目的，本发明涉及的管廊内部联动控制装置的主体结构包括PLC、CAN总线、进风口、摄像头、温湿度仪、出风口、风机、水泵、液位仪和管线阀门开关；管廊的每个防火分区设置1套管廊内部联动控制装置，PLC设置在防火分区的就地箱中，CAN总线设置在防火分区内管廊的四周并形成闭合的回路，进风口设置在防火分区的入口处顶部，摄像头设置在防火分区内的顶部，温湿度仪设置在防火分区的底部，出风口设置在防火分区的出口处顶部，风机设置在防火分区的中部，水泵设置在防火分区的排水沟内，液位仪设置在防火分区的集水坑内，进风口、温湿度仪和出风口设置在防火分区的横向墙体一侧，风机设置在防火分区纵向墙体一侧，水泵、液位仪和管线阀门开关设置在防火分区的横向墙体另一侧，进风口、温湿度仪和出风口所在的水平面与水泵、液位仪和管线阀门开关所在的水平面平行；PLC通过CAN总线分别与进风口、摄像头、温湿度仪、出风口、风机、水泵、液位仪和管线阀门开关电连接；进风口与摄像头之间的水平距离大于3米，进风口与出风口之间的水平距离大于200米，水泵与液位仪之间的水平距离大于3米。

本发明涉及的PLC与控制室的主控中心连接，PLC内集成有FLASH、风机、水泵和管线阀门开关的运行逻辑和保护逻辑，PLC的输出电路为4路，PLC的输出电流为16A，PLC的输入电压为24V，PLC的工作电流和静态电流分别为120mA和20mA，PLC的通信总线包括C4、RS485、RS232和TCP/IP，PLC的状态指示包括红色电源指示、绿色运行指示和黄色故障指示，PLC的触点寿命为10万次，PLC的可编程逻辑数为1000次，PLC的单网络安装数量为32个，PLC的通信距离为0-1200米，PLC的通信速率为9600bs，PLC的工作环境温度为-10-40℃，PLC的工作湿度为0-70％不结露；CAN总线采用通信线缆，CAN总线的数据传输距离为10Km，CAN总线的数据传输速率为1Mbit/s，CAN总线根据报文的ID决定接收或屏蔽该ID的报文，报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息和优先级信息，CAN总线具有可靠的错误处理和检错机制，节点在出现错误时自动退出CAN总线，CAN总线发送的信息遭到破坏后自动重发；进风口为管廊输送新鲜空气，进风口的电源电压为220V/50Hz，进风口的输入信号为4-20mA或1-5V.DC，进风口的输出信号为4-20mA.DC，进风口的防护等级为IP65，进风口的隔爆标志为ExdII BT4，进风口的工作环境温度为-25-+70℃，进风口的工作环境湿度≤95％；摄像头为Φ220×353.4mm的球形摄像头，用于拍摄管廊内的影像，摄像头的成像器件为1/3英寸CCD，摄像头的PAL有效像素为976H×582V，NTSC有效像素为976H×494V，摄像头的镜头为23倍变焦，焦距为4-92mm，摄像头的最低照度包括0.02Lux/F1.6，AGC ON、0.0008Lux/F1.6，AGC ON，感光度×256、彩色0.002Lux/F1.6，AGC ON、0.00008Lux/F1.6，AGC ON，感光度×256和黑白0Lux with IR，摄像头的彩色水平清晰度为7000TVL，黑白水平清晰度为750TVL，摄像头的电子快门速度为1-1/10000s，摄像头的信噪比大于50dB，摄像头支持动态侦测，摄像头采用16倍数字变倍，摄像头的红外照射距离为100米，摄像头的视频输出为1.0V[p-p]/75Ω，摄像头的视频头为PAL、NTSC或BNC头，摄像头的控制接口为RS-485，摄像头的防护等级为IP66，摄像头的电源电压为AC24V，摄像头的电源功率为30Wmax，摄像头的红外灯电源功率为6Wmax，摄像头的加热电源功率为9Wmax，摄像头的重量为5.5kg，摄像头的工作环境温度为-30-65℃，摄像头的工作环境湿度小于90％；温湿度仪监测管廊内的温湿度，温湿度仪的电源为12VDC或24VDC，温湿度仪的外传感探头配置0.5米标准接线，温湿度仪的温度量程为-40-80℃，温湿度仪的温度分辨率为0.1℃，温湿度仪的温度精度为±0.5℃，温湿度仪的湿度量程为0-100％RH，温湿度仪的湿度分辨率为1％RH，温湿度仪的湿度精度为±3％RH，温湿度仪的输出电流为4-20mA，温湿度仪的额定电流小于45mA，温湿度仪的工作环境温度为-20-80℃，温湿度仪的防护等级为IP65；出风口排出管廊内的废气和有毒气体，出风口的电源电压为220V/50Hz，出风口的输入信号为4-20mA或1-5V.DC，出风口的输出信号为4-20mA.DC，出风口的防护等级为IP65，出风口的隔爆标志为ExdII BT4，出风口的工作环境温度为-25-+70℃，出风口的工作环境湿度≤95％；风机的启闭方式包括自动控制、手动控制和机械紧急控制，风机的功率为15KW，风机的电源电压为220V，风机的转速为2800r/min，风机的风量为10000m³/h，风机的气压为170Pa，风机的噪音为80Db/A；水泵启闭方式包括自动控制、手动控制和机械紧急控制，水泵的电源电压为220V，水泵的功率为1100W，水泵的吸程为9米，水泵的扬程为35米，水泵的流量为6吨/小时，水泵的口径为1.5寸，水泵的转速为2860r/min，水泵的压力开关压力为2.5-3.3pa，水泵的工作环境温度为-2-120℃，耐高温；液位仪监测管廊内的积水深度，液位仪测量范围为0-200米，液位仪测量精度为0.5％，液位仪的材质为不锈钢，液位仪的电源电压为9-36V，液位仪的输出信号包括4-20mA、0-10V和0-5V，液位仪的测量介质包括水、油和各种液体；管线阀门开关的输入信号为4-20mA，管线阀门开关的输出信号为4-20mA，防护等级为IP67或IP68，管线阀门开关附属在CAN总线上，管线阀门开关的具体设置位置根据管廊设计图纸确定，管线阀门为含有电动执行器电子阀门，电动执行器内有定位控制器和阀位信号发送器，定位控制器接收4-20mA的外控给定信号，阀位信号发送器将阀位信号编程为4-20mA的反馈信号，定位控制器根据外控给定信号和阀位反馈信号的比较结果，自动输出正转或反转控制信号，通过驱动正反转接触器动作，使电动执行器的电机正转或反转，实现阀门的开大或开小的调整。

本发明涉及的管廊内部联动控制装置使用时，把PLC安装在防火分区出入口的就地箱中，将管廊每个防火分区的PLC分别与控制室的主控中心连接，PLC通过摄像头实时查看管廊内部环境的影像，当维修人员进入管廊进行施工或维修时，外部技术人员能够及时掌握施工或维修进程，通过通讯设备指挥施工或维修，不需要进入管廊内部观察，增加了工作空间，降低了风险，温湿度仪监测到管廊内的温湿度超过临界值时，PLC发出报警并及时自动启动风机，风机带动进风口和出风口开始动作，新鲜的空气从进风口进入管廊，废气或有毒气体从出风口排出管廊，当温湿度仪监测到管廊内的温湿度符合设定值时，PLC自动关闭风机，风机带动进风口和出风口停止动作，液位仪监测到管廊内的积液深度超过设定的临界值时，PLC发出报警并及时自动启动水泵进行排水，当液位仪监测到管廊内的积液深度符合设定值时，PLC自动关闭水泵，当温湿度仪达到设定的火灾报警值或CAN总线的流量压力达到设定的报警值时，PLC打开摄像头，启动风机带动进风口和出风口开始动作，启动水泵关闭管线阀门开关，PLC实时监测风机、水泵和管线阀门开关的工作状态及设备状况并上传至主控中心，通过控制中心或PLC手动或自动能够操控进风口、出风口、风机和水泵，进风口、出风口、风机、水泵和管线阀门开关能够独立运行，也能够根据预先设置的运行程序联动运行，通过PLC或控制中心能够更改进风口、出风口、风机、水泵和管线阀门开关的动作参数，在控中心失电或发生故障时，PLC不受影响；当管廊内发生突发事故时，CAN总线能够在事故发生后1s内通过PLC设置的应急运行程序控制进风口、出风口、风机、水泵和管线阀门开关联动运行。

本发明与现有技术相比，设置在就地箱中的PLC根据实时监测管廊内的环境状况、温湿度和积液深度控制风机、水泵和管线阀门开关的动作，不再单纯的依靠人力值守通过系统界面对管廊内部进行控制，集成有FLASH的PLC运行时不需要电池和计算机的支持，发生线路故障时，也能保证管廊内的部件正常运转，计算机只是用来查看实时数据与历史数据，设置NCU(网络控制器)和现场的运行逻辑和参数，观察运行状态，摄像头便于监控管廊内的部件和环境，PLC的响应时间快，及时排除危险；其结构简单，原理科学，易于实现，操作简便，应用效果好，使用环境友好。

附图说明：

图1为本发明的主体结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

本实施例涉及的管廊内部联动控制装置的主体结构包括PLC1、CAN总线2、进风口3、摄像头4、温湿度仪5、出风口6、风机7、水泵8、液位仪9和管线阀门开关10；管廊的每个防火分区设置1套管廊内部联动控制装置，PLC(可编程逻辑控制器)1设置在防火分区的就地箱中，CAN总线2设置在防火分区内管廊的四周并形成闭合的回路，进风口3设置在防火分区的入口处顶部，摄像头4设置在防火分区内的顶部，温湿度仪5设置在防火分区的底部，出风口6设置在防火分区的出口处顶部，风机7设置在防火分区的中部，水泵8设置在防火分区的排水沟内，液位仪9设置在防火分区的集水坑内，进风口3、温湿度仪5和出风口6设置在防火分区的横向墙体一侧，风机7设置在防火分区纵向墙体一侧，水泵8、液位仪9和管线阀门开关10设置在防火分区的横向墙体另一侧，进风口3、温湿度仪5和出风口6所在的水平面与水泵8、液位仪9和管线阀门开关10所在的水平面平行；PLC1通过CAN总线2分别与进风口3、摄像头4、温湿度仪5、出风口6、风机7、水泵8、液位仪9和管线阀门开关10电连接；进风口3与摄像头4之间的水平距离大于3米，进风口3与出风口6之间的水平距离大于200米，水泵8与液位仪9之间的水平距离大于3米。

本实施例涉及的PLC1与控制室的主控中心连接，PLC1内集成有FLASH(存储芯片)、风机7、水泵8和管线阀门开关10的运行逻辑和保护逻辑，PLC1的输出电路为4路，PLC1的输出电流为16A，PLC1的输入电压为24V，PLC1的工作电流和静态电流分别为120mA和20mA，PLC1的通信总线包括C4、RS485、RS232和TCP/IP，PLC1的状态指示包括红色电源指示、绿色运行指示和黄色故障指示，PLC1的触点寿命为10万次，PLC1的可编程逻辑数为1000次，PLC1的单网络安装数量为32个，PLC1的通信距离为0-1200米，PLC1的通信速率为9600bs，PLC1的工作环境温度为-10-40℃，PLC1的工作湿度为0-70％不结露；CAN总线2采用通信线缆，CAN总线2的数据传输距离为10Km，CAN总线2的数据传输速率为1Mbit/s，CAN总线2根据报文的ID决定接收或屏蔽该ID的报文，报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息和优先级信息，CAN总线2具有可靠的错误处理和检错机制，节点在出现错误时自动退出CAN总线2，CAN总线2发送的信息遭到破坏后自动重发；进风口3为管廊输送新鲜空气，进风口3的电源电压为220V/50Hz，进风口3的输入信号为4-20mA或1-5V.DC，进风口3的输出信号为4-20mA.DC，进风口3的防护等级为IP65，进风口3的隔爆标志为ExdII BT4，进风口3的工作环境温度为-25-+70℃，进风口3的工作环境湿度≤95％；摄像头4为Φ220×353.4mm的球形摄像头，用于拍摄管廊内的影像，摄像头4的成像器件为1/3英寸CCD，摄像头4的PAL有效像素为976H×582V，NTSC有效像素为976H×494V，摄像头4的镜头为23倍变焦，焦距为4-92mm，摄像头4的最低照度包括0.02Lux/(F1.6，AGC ON)、0.0008Lux/(F1.6，AGC ON，感光度×256)、彩色0.002Lux/(F1.6，AGC ON)、0.00008Lux/(F1.6，AGC ON，感光度×256)和黑白0Lux with IR，摄像头4的彩色水平清晰度为7000TVL，黑白水平清晰度为750TVL，摄像头4的电子快门速度为1-1/10000s，摄像头4的信噪比大于50dB，摄像头4支持动态侦测，摄像头4采用16倍数字变倍，摄像头4的红外照射距离为100米，摄像头4的视频输出为1.0V[p-p]/75Ω，摄像头4的视频头为PAL、NTSC或BNC头，摄像头4的控制接口为RS-485，摄像头4的防护等级为IP66，摄像头4的电源电压为AC24V，摄像头4的电源功率为30Wmax，摄像头4的红外灯电源功率为6Wmax，摄像头4的加热电源功率为9Wmax，摄像头4的重量为5.5kg，摄像头4的工作环境温度为-30-65℃，摄像头4的工作环境湿度小于90％；温湿度仪5监测管廊内的温湿度，温湿度仪5的电源为12VDC或24VDC，温湿度仪5的外传感探头配置0.5米标准接线，温湿度仪5的温度量程为-40-80℃，温湿度仪5的温度分辨率为0.1℃，温湿度仪5的温度精度为±0.5℃，温湿度仪5的湿度量程为0-100％RH，温湿度仪5的湿度分辨率为1％RH，温湿度仪5的湿度精度为±3％RH，温湿度仪5的输出电流为4-20mA，温湿度仪5的额定电流小于45mA，温湿度仪5的工作环境温度为-20-80℃，温湿度仪5的防护等级为IP65；出风口6排出管廊内的废气和有毒气体，出风口6的电源电压为220V/50Hz，出风口6的输入信号为4-20mA或1-5V.DC，出风口6的输出信号为4-20mA.DC，出风口6的防护等级为IP65，出风口6的隔爆标志为ExdII BT4，出风口6的工作环境温度为-25-+70℃，出风口6的工作环境湿度≤95％；风机7的启闭方式包括自动控制、手动控制和机械紧急控制，风机7的功率为15KW，风机7的电源电压为220V，风机7的转速为2800r/min，风机7的风量为10000m³/h，风机7的气压为170Pa，风机7的噪音为80Db/A；水泵8启闭方式包括自动控制、手动控制和机械紧急控制，水泵8的电源电压为220V，水泵8的功率为1100W，水泵8的吸程为9米，水泵8的扬程为35米，水泵8的流量为6吨/小时，水泵8的口径为1.5寸，水泵8的转速为2860r/min，水泵8的压力开关压力为2.5-3.3pa，水泵8的工作环境温度为-2-120℃，耐高温；液位仪9监测管廊内的积水深度，液位仪9测量范围为0-200米，液位仪9测量精度为0.5％，液位仪9的材质为不锈钢，液位仪9的电源电压为9-36V，液位仪9的输出信号包括4-20mA、0-10V和0-5V，液位仪9的测量介质包括水、油和各种液体；管线阀门开关10的输入信号为4-20mA，管线阀门开关10的输出信号为4-20mA，防护等级为IP67或IP68，管线阀门开关10附属在CAN总线2上，管线阀门开关10的具体设置位置根据管廊设计图纸确定，管线阀门为含有电动执行器电子阀门，电动执行器内有定位控制器和阀位信号发送器，定位控制器接收4-20mA的外控给定信号，阀位信号发送器(R/I变换电路)将阀位信号编程为4-20mA的反馈信号，定位控制器根据外控给定信号和阀位反馈信号的比较结果，自动输出正转或反转控制信号，通过驱动正反转接触器动作，使电动执行器的电机正转或反转，实现阀门的开大或开小的调整。

本实施例涉及的管廊内部联动控制装置使用时，把PLC1安装在防火分区出入口的就地箱中，将管廊每个防火分区的PLC1分别与控制室的主控中心连接，PLC1通过摄像头4实时查看管廊内部环境的影像，当维修人员进入管廊进行施工或维修时，外部技术人员能够及时掌握施工或维修进程，通过通讯设备指挥施工或维修，不需要进入管廊内部观察，增加了工作空间，降低了风险，温湿度仪5监测到管廊内的温湿度超过临界值时，PLC1发出报警并及时自动启动风机7，风机7带动进风口3和出风口6开始动作，新鲜的空气从进风口3进入管廊，废气或有毒气体从出风口6排出管廊，当温湿度仪5监测到管廊内的温湿度符合设定值时，PLC1自动关闭风机7，风机7带动进风口3和出风口6停止动作，液位仪9监测到管廊内的积液深度超过设定的临界值时，PLC1发出报警并及时自动启动水泵8进行排水，当液位仪9监测到管廊内的积液深度符合设定值时，PLC1自动关闭水泵8，当温湿度仪5达到设定的火灾报警值或CAN总线2的流量压力达到设定的报警值时，PLC1打开摄像头4，启动风机7带动进风口3和出风口6开始动作，启动水泵8并关闭管线阀门开关10，PLC1实时监测风机7、水泵8和管线阀门开关10的工作状态及设备状况并上传至主控中心，通过控制中心或PLC1手动或自动能够操控进风口3、出风口6、风机7和水泵8，进风口3、出风口6、风机7、水泵8和管线阀门开关10能够独立运行，也能够根据预先设置的运行程序联动运行，通过PLC1或控制中心能够更改进风口3、出风口6、风机7、水泵8和管线阀门开关10的动作参数，在控中心失电或发生故障时，PLC1不受影响；当管廊内发生突发事故时，CAN总线2能够在事故发生后1s内通过PLC1设置的应急运行程序控制进风口3、出风口6、风机7、水泵8和管线阀门开关10联动运行。