浅谈物联网技术在上海某综合管廊中的应用

图5物联网环境与设备监控系统布置图

传输层主要包括由主干光纤、交换机及物联网网关等，通过构建自愈型光纤干线环网实现中心层与接入层的信息上传下达。

接入层主要包括物联网无线网络设备、物联网边缘接入设备、现场机电设备及环境监测仪表等，物联网无线网络设备用于构建现场网格网络（Mesh），物联网边缘接入设备用于现场机电设备及环境监测仪表无线联网、边缘计算与机器通信（M2M）等。

2.3方案比选

综合管廊一般呈“群状”分布，由同一规划片区内的若干个综合管廊组成，具有狭长、舱室多、入廊管线种类复杂等特点，为了保障良好的运行环境，需要配置通风、排水、照明等机电设备，并设置环境与设备监控系统实现环境监测与机电设备监控等功能。

传统方案中，环境与设备监控系统主要采用可编程逻辑控制器，一般以通风区间为基本监控单元，每个基本监控单元设置一套可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器通过有线方式与基本监控单元内各现场机电设备及传感仪表相连，实现对机电设备及传感仪表的集中控制与统一管理。

物联网作为一种新型技术，主要采用边缘计算、终端无线联网、机器通信（M2M）等，物联网方案与传统方案的比较如下表1所示。

比较内容

传统方案

物联网方案

核心设备

可编程逻辑控制器

物联网边缘接入设备

现场设备接入网络方式

硬接线、通信口及以太网等有线方式

窄带、低延时及低功耗无线方式

适用场景

小场景、少连接、密集交互、低时延、高可靠，如密集型工业制造和生产工艺过程控制等

大场景、广连接、少交互，时延相对不敏感，如综合管廊和城市隧道等

应用业务部署

部署较慢，线缆敷设与调试占比较高

部署较快，免去大量的线缆敷设和调试，大大缩短建设周期

可靠性

单机可靠性高，但也存在着单机损坏而导致局部系统瘫痪的风险，进而影响整个系统稳定性

采用冗余链路组网策略和边缘计算技术，去中心化架构，每个节点参与全网业务，当部分节点失效时，不影响其他节点执行任务，*大程度地保证了系统的整体可靠，降低了事故引发的系统整体宕机率

扩展性

终端联网扩展能力有限

终端联网扩展能力强

成本

需要配套较多线缆及管材，安装及调试周期长，成本相对高

采用窄带、低延时及低功耗无线物联方式，节省大量的线缆管材，安装及调试周期大大缩短，性价比相对高

运维

靠技术人员责任心和业务技能可能会导致的无效运维

利用手持式终端在现场和所有设备自动交互，诊断现场设备，避免无效运维

表１物联网方案与传统方案的比较

综合管廊机电设备众多，环境比较潮湿，传统方案容易出现接触不良等线路故障，导致系统失效，并且检修费时费力。物联网提供的终端无线联网可以使综合布线大大减少，不仅降低管线管材及安装调试成本，也降低因为线缆众多造成的故障，提高系统稳定性。

综合管廊入廊管线种类复杂，入廊时间不一，不同管线对管线监测内容有不同的要求，而管线入廊往往滞后综合管廊建设，传统方案在综合管廊建设之初一般会为管线监控接入预留接口[4]，但实际往往难以准确预留。预留的接口也对管线监控的内容和监测点设置等有一定的限制。物联网的终端无线联网相比传统方案可以很好的兼容未来入廊管线监控的接入和并网，节约后期管线入廊建设投资。

综合管廊在建设之初会部署一定的监控点位，但随着管线的逐步入廊和运维时间的增加，会产生新的动态监测需求，可能需要动态增加新的监控点位或对原监控点进行位置调整等，物联网的终端无线联网相比传统方案可以很好的满足监控动态调整需求。

此外，物联网采用边缘计算及机器通信（Ｍ２Ｍ）等技术，在边缘端部署相关算法可以提高系统智慧化程度。

综上，物联网具有终端无线联网、应用业务部署灵活、终端联网扩展容易、建设及维护成本低、智慧化程度高等优势，相比传统方案更适合具有环境差、广连接、入廊管线种类复杂及建设时序不一等特征的综合管廊。

2.4网格网络（Mesh）

网格网络（Mesh）即无线网格网络，是一种多跳网络，是一个动态的可以不断扩展的网络架构。无线Mesh网络是去中心化的，当有中间节点设备离线时，可以重新计算新路由，满足业务交互，可以大大降低整体故障率。任意的两个设备均可以保持无线互联，相比单跳网络具有网络更强壮、网络扩展更灵活及网络架构动态调整等优点。

网格网络如图6所示，以防火分隔为基本通信单元，每个基本通信单元包含电力舱防火分区和综合舱防火分区。在每个基本通信单元设置１套物联网网关，在每个基本通信单元的每个防火分区设置4套物联网无线网络设备实现支持多种物联网协议的网格网络组网。

物联网网关主要用于网格网络管理，包括网络节点管理、网络拓扑管理、协议转换、分组交换、路由选择、差错校验、流量控制、拥塞控制等功能，并采用软件定义网络（SDN）架构，将网络控制平面和数据平面分离、解耦。

图6网格网络示意图

2.5功能实现

环境与设备监控系统主要功能包括环境监测、设备监控及电力监控等，为综合管廊稳定运行提供保障。环境监测内容主要包括综合管廊内的温湿度、氧含量及液位等；设备监控内容主要包括综合管廊内排水设备、通风设备及照明设备的联动控制及运行状态等；电力监控内容主要包括综合管廊内高低压配电柜、EPS装置及UPS装置的供电状态等。

物联网边缘接入设备就近部署在现场机电设备控制箱或环境监测仪旁边，通过I/O或通信口与机电设备控制箱或环境监测仪相连，并通过网格网络实现机电设备或环境监测仪无线联网，同时实现如下功能：

（1）接收物联网管理平台下发的应用业务并进行边缘侧部署；

（2）实现数据发布/订阅、机器通信（M2M）与边缘计算等；

（3）向物联网管理平台反馈环境监测数据及机电设备运行状态信息。

3 AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台

3.1平台概述

AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台集电力监控、能源管理、电气安全、照明控制、环境监测于一体，为建立可靠、安全、高效的综合管廊管理体系提供数据支持，从数据采集、通信网络、系统架构、联动控制和综合数据服务等方面的设计，解决了综合管廊在管理过程中存在内部干扰性强、使用单位多及协调复杂的根本问题，大大提高了系统运行的可靠性和可管理性，提升了管廊基础设施、环境和设备的使用和恢复效率。

3.2平台组成

安科瑞城市地下综合管廊能效管理系统是一个深度集成的自动化平台，它集成了10KV/O.4KV变电站电力监控系统、变电所环境监控系统、智能马达监控系统、电气火灾监控系统、消防设备电源系统、防火门监控系统、智能照明系统、消防应急照明和疏散指示系统。用户可通过浏览器、手机APP获取数据，通过一个平台即可全局、整体的对管廊用电和用电安全进行进行集中监控、统一管理、统一调度，同时满足管廊用电可靠、安全、稳定、高效、有序的要求。

3.3平台拓扑

3.4平台子系统

3.4.1电力监控

电力监控主要针对10/0.4kV地面或地下变电所，对变电所高压回路配置微机保护装置及多功能仪表进行保护和监控，对0.4kV出线配置多功能计量仪表，用于测控出线回路电气参数和用能情况，可实时监控高低压供配电系统开关柜、变压器微机保护测控装置、发电机控制柜、ATS/STS、UPS，包括遥控、遥信、遥测、遥调、事故报警及记录等。

3.4.2环境监测

环境监测包括温湿度、烟感温感、积水浸水、可燃气体浓度、门禁、视频、空调、消防数据的采集、展示和预警，同时也可接入管廊舱室内的水泵和通风排烟风机等设备集成的第三方系统完成管廊环境综合监控。

3.4.3电气安全

AcrelEMS-UT能效管理系统针对配电系统的电气安全隐患配置相应的电气火灾传感器、温度传感器，消防设备电源传感器、防火门状态传感器，接入消防疏散照明以及指示灯具的状态实时显示，并且对UPS的蓄电池温度、内阻进行实时监视，发生异常时通过声光、短信、APP及时预警。

3.5相关平台部署硬件选型清单

3.5.1电力监控及配电室环境监控系统

应用场合（10KV）

产品

型号

功能

10KV进/馈线

AM6-L

相间电流速断保护，相间限时电流速断保护（可带低压闭锁），相间过电流保护（可带低压闭锁），两段式零序过流保护，反时限相间过流保护（可带低压闭锁），零序反时限过流保护，过负荷保护，控制回路异常告警。

10/0.4KV变压器

AML-S

分合闸位置、手车工作/试验位置、接地刀闸位置、硬接点信号(保护跳闸、装置告警、控制回路断线、装置异常、未储能、事故总等)、报文(过流、过负荷、超温报警、过温报警、装置告警、PT断线、CT断线、对时异常等)、遥控开关、故障波形分析(故障录波、故障波形、故障记录、跳闸、故障电流电压)等。

智能操控装置

ASD500

一次回路动态模拟图、弹簧储能指示、高压带电显示及闭锁、验电、核相、自动温湿度控制及显示（标配一路强制加热）、远方/就地旋钮、分合闸旋钮、储能旋钮、人体感应、柜内照明控制、RS485接口、高压柜内电气接点无线测温。

10KV计量

PZ72L-

E4/UT

该仪表采用交流采样技术，能分别测量电网中的电流、电压、功率、功率因数和电能等参数，可通过面板薄膜开关设置倍率。带RS-485通讯接口，采用Modbus协议;也可将电量信号转换成标准的直流模拟信号输出;或带开关量输入/输出，继电器报警输出等功能。具有许昌开普研究院有限公司、国家继电保护及自动化设备质量监督检验中心检测合格的型式检验报告证书和电磁兼容检验证书，产品防护等级均达到IP65，符合管廊综合监控系统中对相关产品功能、防护等级及电磁兼容的要求。

应用场合（0.4KV）

产品

型号

功能

0.4KV进/出线

PZ72L-

E4/UT

该仪表采用交流采样技术，能分别测量电网中的电流、电压、功率、功率因数和电能等参数，可通过面板薄膜开关设置倍率。带RS-485通讯接口，采用Modbus协议;也可将电量信号转换成标准的直流模拟信号输出;或带开关量输入/输出，继电器报警输出等功能。具有许昌开普研究院有限公司、国家继电保护及自动化设备质量监督检验中心检测合格的型式检验报告证书和电磁兼容检验证书，产品防护等级均达到IP65，符合管廊综合监控系统中对相关产品功能、防护等级及电磁兼容的要求。

无功补偿

ARC

测量I、U、Hz、cosΦ，具备过电压保护、欠流锁定、电网谐波过大保护功能,可控制电容器的投切，RS485/Modbus协议

ANSVC

ANSVC低压无功功率补偿装置并联在整个供电系统中，能根据电网中负载功率因数的变化通过控制器控制电力电容器投切进行补偿,无功功率补偿装置采用散件组成方案，主要以电容电抗、投切开关、控制器等组成。

ANSVG

补偿方式:线性补偿，全响应时间s，瞬时响应时间≤100us;补偿效果:≥0.99，可补偿容性无功和感性无功，滤除5、7、9、11、13次以内的谐波;自身损耗:≤2%，效率:>98%;监控以及显示具备远程通讯接口，可以通过PC机实时监控;具有人性化的人机交互界面，可通过该界面看到系统和本体的实时电能质量信息，操作简单，可以远控，也可以本控;标准模块化设计，缩短交付周期，同时提高了使用的可靠性和可维护性。

温湿度控制器

WHD72-

11/UT

智能型温湿度控制器以数码管方式显示温湿度值，有加热器、传感器故障指示、变送功能、带有RS485通讯接口可供远程监控，用户可通过按键编程自行设定系统参数。该仪表集测量、显示、控制及通讯于一体，精度高、测量范围宽，是一种适合于各个行业和领域的温湿度测量控制仪表。具有许昌开普研究院有限公司、国家继电保护及自动化设备质量监督检验中心检测合格的型式检验报告证书和电磁兼容检验证书，产品防护等级均达到IP65，符合管廊综合监控系统中对相关产品功能、防护等级及电磁兼容的要求。

智能网关

Anet系列

8个RS485串口 2kV隔离，2个以太网接口，支持Modbus RTU、IEC-60870-5-101/103/ 104、CJ/T188、DL/T645等通讯协议设备的接入，支持Modbus RTU、Modbus TCP、IEC-60870-5 -104等上传协议、支持多中心不同数据服务要求，支持断点续传，装置电源:220V AC/DC。

应用场合（配电室）

产品

型号

功能

环境监测

温湿度

/

用于配电房温度和湿度。工作电源：AC/DC 85～265V工作温度：-40.0℃～99.9℃工作湿度：0%RH～99%RH

烟雾

/

光电式烟雾传感;电源正极（DC 12V）：+12V，继电器输出：常开触点

水侵

/

接触式水浸传感器，监测变电所、电缆沟、控制室等场所积水情况，工作电源：DC 10-30V工作温度：-20℃~+60℃工作湿度：0%RH~80%RH 响应时间：1s 继电器输出：常开触点

局方检测

/

监测变压器、开关、开关柜的局部放电

门禁

/

常开型；感应距离：30-50mm材质：锌合金，银灰色电度干接点输出

摄像机

/

视频监控

开关量模块

ARTU-KJ8

8路开关量输入,8路继电器输出

智能网关

ANet-2E4SM

4路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA、ModbusTCP（主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模块）输入电源：DC 12 V～36 V 。支持4G扩展模块，485扩展模块,*多可扩展16路。

3.5.2电气火灾监控系统

应用场合

产品

型号

功能

各变电所

0.4KV出线

ARCM200

系列

用于检测TN-C-S、TN-S及局部TT系统中的剩余电流、温度等电气参数，从而预防电气火灾的发生。

各舱室

末端配电箱

ARCM300

系列

用于检测TN-C-S、TN-S及局部TT系统中的剩余电流、温度等电气参数，从而预防电气火灾的发生。

区域

变电所

区域分机

Acrel-6000/B3

接收电气火灾监控探测器信号，实现对被保护电气线路的报警、监视、控制与管理，采用485通讯

主变点所

监控中心

控制主机

Acrel-6000/B

接收电气火灾监控探测器信号和各区域分机数据，实现对被保护电气线路的报警、监视、控制与管理，可采用485通讯。

配套附件

0.4kV电流

互感器

AKH-0.66

测量型互感器，采集交流电流信号。

3.5.3消防设备电源监控系统

应用场合

产品

型号

功能

消防设备电源电压监控

AFPM3-2AVM

监测两路三相交流电压，二总线通讯。

区域

变电所

区域分机

AFPM100/B3

接收消防设备电源监控探测器信号，实现对被保护电气线路的报警、监视、控制与管理，可采用二总线通讯。

主变点所

监控中心

控制主机

AFPM100/B1

接收消防设备电源监控探测器信号和各区域分机数据，实现对被保护电气线路的报警、监视、控制与管理，可采用二总线通讯。

3.5.4防火门监控系统

应用场合

产品

型号

功能

普通舱室

配电室

常开防火门

AFRD-CK(YT)-65

AFRD-CK(YT)-85

AFRD-CK(YT)-120

监测常开防火门的开闭状态。

常闭防火门

单扇：AFRD-CB1(YT)

双扇：AFRD-CB2(YT)

监测常闭防火门的开闭状态。

防爆舱室

常开/常闭

防火门

AFRD-MC

监测常开、常闭防火门的开闭状态。

监测模块

AFRD-CK/CB

接收AFRD-MC的状态信息同步传输至防火门监控主机。

区域

变电所

区域分机

AFRD100/B3

接收防火门监控模块和防火门一体式探测器的信号，实现对防火门开闭状态的报警、监视、控制与管理，采用二总线通讯。

主变点所

监控中心

控制主机

AFRD100/B

接收防火门监控模块和防火门一体式探测器的信号以及各区域分机的实时数据，实现对防火门开闭状态的报警、监视、控制与管理，采用二总线通讯。

3.5.5消防应急照明和疏散指示系统

应用场合

产品

型号

功能

各变电所和非防爆舱室

集中电源集中控制型消防应急标志灯具（高防护）

A-BLJC-1LROEII1W-A431H (单面安全出口)

防护等级：IP67

设备尺寸：145*400*15

安装方式：壁挂

A-BLJC-1LROEII1W-A431H (单面疏散出口)

防护等级：IP67

设备尺寸：145*400*15

安装方式：壁挂

集中电源集中控制型消防应急照明灯具（高防护）

A-ZFJC-E*W-A604T8单管式应急照明灯具

防护等级：IP67

设备尺寸：Φ26*L 400、Φ26*L 600、Φ26*L 1200

安装方式：吸顶、吊挂

设备功率：3、6、9、12、15W

A-ZFJC-E*W-A603HC高防护应急照明灯具

防护等级：IP67

设备尺寸：Φ175*H 60

安装方式：吸顶、壁挂

设备功率：3、6、9、12、15W

A-ZFJC-E*W-A603HE高防护应急照明灯具

防护等级：IP67

设备尺寸：198*98*55

安装方式：吸顶、壁挂

设备功率：3、6、9、12、15W

消防应急灯具专用电源

A-D-0.3KVA-A200L

A-D-0.5KVA-A200L

A-D-0.75KVA-A200L

A-D-0.1KVA-A200L

防护等级：IP65

设备尺寸：500*400*200、600*480*230

安装方式：壁挂

设备功率：0.3、0.5、0.75、1KVA

回路数量：8路

防爆舱室

集中电源集中控制型消防应急防爆标志灯具

A-BLJC-1LROEI1W-A431EX（防爆单面出口)

防护等级：IP65

防爆等级：Ex de IIC T6 Gb/Ex tD A21 IP66 T80℃

设备尺寸：165*375*65

安装方式：壁挂

A-BLJC-1LROEI1W-A431EX（防爆单面左向)

防护等级：IP65

防爆等级：Ex de IIC T6 Gb/Ex tD A21 IP66 T80℃

设备尺寸：165*375*65

安装方式：壁挂

集中电源集中控制型消防应急防爆照明灯具

A-ZFJC-E*W-A630EX

防护等级：IP65

防爆等级：Ex de IIC T6 Gb/Ex tD A21 IP66 T80℃

设备尺寸：256*243*78

安装方式：壁挂

设备功率：3、6、10W

A-ZFJC-E*W-A632EX

防护等级：IP65

防爆等级：Ex de IIC T6 Gb/Ex tD A21 IP66 T80℃

设备尺寸：Φ135mm*H 168mm

安装方式：吊管安装

设备功率：3、6、9、12、15W

消防应急灯具专用电源(防爆)

A-D-0.3KVA-A200EX

A-D-0.5KVA-A200EX

A-D-1KVA-A200EX

防护等级：IP43

设备尺寸：904*702*220、1354*702*220

安装方式：壁挂

设备功率：0.3、0.5、1KVA

回路数量：8路

区域

变电所

区域分机

A-C-A100/B3

区域分机通过总线网络实时监控各个终端，在险情发生时，自动将信息指令发布到每个终端，终端收到指令之后自动开始工作，如频闪、变向、开、灭灯等工作，实时指示*佳、*安全的疏散路线。

中继器

CAN转光纤中继

通过CAN转光纤中继实现把CAN总线传输转换至光纤传输延长通讯距离增加方案多样性。

主变电所

监控中心

监控主机

A-C-A100

监控主机通过总线网络实时监控各个终端，在险情发生时，自动将信息指令发布到每个终端，终端收到指令之后自动开始工作，如频闪、变向、开、灭灯等工作，实时指示*佳、*安全的疏散路线。

4结语

物联网作为十四五规划倡导的新型技术，是数字化转型的重要基础。物联网在综合管廊中应用具有显著优势，可以很好满足管线逐步入廊而伴随对监控需求的动态调整，并实现综合管廊物与物、物与人的泛在连接，为综合管廊数字化转型、数字赋能提供数据基础，后期结合大数据分析及AI辅助决策等技术，可以提供综合管廊的运行监控与运维管理智慧化程度。根据物联网技术在综合管廊应用的基础，一方面，可以将物联网技术与安全防范系统、火灾自动报警系统、通信系统等进行结合；另一方面可以进一步将物联网技术在地下空间中进行推广，解决类似的环境恶劣造成的一系列问题。

标签：物联网管廊应用