CN109298740A - 管廊控制柜及管廊控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管廊控制柜及管廊控制系统，该管廊控制柜包括：柜体和设置于柜体内的可编程控制器、交换机和输入输出接口，交换机、输入输出接口均与可编程控制器连接；其中，交换机与监控主机通信，用于接收监控主机下发的第一控制指令，并转发至可编程控制器；输入输出接口与管廊内的待监控设备通信，用于接收可编程控制器发送的第二控制指令，并发送给管廊内的待监控设备；其中，可编程控制器还用于将输入输出接口接收到的数据，通过交换机发送给监控主机。本发明可以提高管廊监控系统的可靠性和可扩展性。

Description

管廊控制柜及管廊控制系统

技术领域

本发明涉及城市综合管廊领域，尤其涉及一种管廊控制柜及管廊控制系统。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

综合管廊工程在全国各地相继建设，环境与设备监控系统作为综合管廊工程项目必要的附属设施，管廊内的检测仪表的检测信号及管廊内电气设备的工作状态等信息均上传至中心控制室中的监控计算机上显示。监控系统可根据仪表检测值采用自动或手动的控制方式控制相应区域通风系统启停，也可根据仪表检测值及集水坑泵的工作状态初步判定管廊中相应区域中各种管线的工作状态等。

目前，为了实现对管廊内仪表或电气设备的监控，现有技术方案是：在管廊廊道内的各个舱室，分别布置防护等级高于IP65的控制箱，其箱体采用壁挂安装。控制箱内集成了运算处理器、通讯接口和固定数量的输入输出接口，以连接管廊内需要监控的仪表或电气设备。柜子对外接口采用航空插头式接线器。这种方案存在如下缺点：

第一，由于管廊廊道内的工作环境恶劣，潮湿且常有腐蚀性气体，会直接影响设备的运行寿命，以及采集和传输信号的准确性和稳定性，因此，在实际工程时难以获得预期的效果，甚至工程未完工，之前采购安装的设备已经报废。另外，控制箱体内通常采用自制电路板，安全性、稳定性、可靠性都不够。

第二，管廊廊道内安装设备的空间往往十分有限，且管廊建成后，管线入廊施工也需要留有空间，导致控制箱体积过小，限制了箱体上通讯接口数量、类型，且箱体上用于连接仪表或设备的输入输出接口数量也有限，往往没有备用接口，增加了维护难度，容错率低。

第三，扩展性较差，如果管廊内接入的仪表或设备较多，就会出现原有电路板设计不满足需求的现象，往往需要重新设计制板，箱体重新制模。

由上可以看出，现有的管廊监控系统，通过设置于廊道内的控制箱对管廊内的各种仪表或电气设备进行监控，导致监控系统的可靠性低、扩展性差。

发明内容

本发明实施例提供一种管廊控制柜，用以解决现有技术采用设置于廊道内的控制箱对管廊内的待监控设备进行监控导致监控系统可靠性低、扩展性差的问题，该管廊控制柜包括：柜体和设置于柜体内的可编程控制器、交换机和输入输出接口，交换机、输入输出接口均与可编程控制器连接；其中，交换机与监控主机通信，用于接收监控主机下发的第一控制指令，并转发至可编程控制器；输入输出接口与管廊内的待监控设备通信，用于接收可编程控制器发送的第二控制指令，并发送给管廊内的待监控设备；其中，可编程控制器还用于将输入输出接口接收到的数据，通过交换机发送给监控主机。

本发明实施例还提供一种管廊控制系统，用以解决现有技术采用设置于廊道内的控制箱对管廊内的待监控设备进行监控导致监控系统可靠性低、扩展性差的问题，该管廊控制系统包括：监控主机、核心交换机、上述的管廊控制柜、待监控设备；其中，管廊控制柜与监控待监控设备通信，用于监控所述待监控设备；核心交换机，与管廊控制柜的交换机连接，用于传输以太网数据；监控主机，与核心交换机连接，用于通过核心交换机接收管廊控制柜上传的监控数据，以及向管廊控制柜下发第一控制指令。

本发明实施例中，管廊控制柜采用可编程控制器对廊道内的各种设施设备进行监控，并通过交换机实现与监控主机的以太网通信，以向监控主机上报数据或接收监控主机下发的远程控制指令，大大提高了监控系统的可靠性。另外，由于本发明实施例的管廊控制柜采用可编程控制器，使得输入输出接口的数量不受限制，可以备用一些输入输出接口，以提高监控系统的可扩展性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明实施例中提供的一种管廊控制柜示意图；

图2为本发明实施例中提供的一种管廊控制柜的供电系统示意图；

图3为本发明实施例中提供的一种管廊控制柜的正面示意图；

图4为本发明实施例中提供的一种管廊控制柜的背面示意图；

图5为本发明实施例中提供的一种管廊控制系统的以太网连接示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明实施例中提供了一种管廊控制柜，图1为本发明实施例中提供的一种管廊控制柜示意图，如图1所示，该管廊控制柜10包括：柜体10-1、设置于柜体内的可编程控制器10-2、交换机10-3和输入输出接口10-4；其中，交换机10-3、输入输出接口10-4均与可编程控制器10-2连接。

交换机10-3与核心交换机50连接，通过核心交换机50实现与监控主机20的通信，可以接收监控主机20下发的第一控制指令(远程控制指令)，并转发至可编程控制器10-2；输入输出接口10-4与管廊内的待监控设备30通信，可以接收可编程控制器10-2发送的第二控制指令(第二控制指令可以与第一控制指令相同，也可以是根据第一控制指令生成的控制指令)，并发送给管廊内的待监控设备10-4。

可编程控制器10-2还可以将输入输出接口10-4接收到的数据，通过交换机10-3发送给监控主机20。

需要说明的是，上述待监控设备30可以是管廊内需要监控的各种设施设备，包括但不限于各种仪表和电气设备(例如，风机、空调、照明装置等)。作为一种可选的实施方式本发明实施例提供的管廊控制柜中的可编程控制10-2可以是可编程逻辑控制器PLC。

由于现有技术采用设置于廊道内的控制箱对管廊内的各种设施设备进行监控，受廊道空间和环境的限制，使得监控系统的可靠性和可扩展较差；而本发明实施例采用的管廊控制柜通过可编程控制器对廊道内的各种设施设备进行监控，并通过交换机实现与监控主机的以太网通信，以向监控主机上报数据或接收监控主机下发的远程控制指令(即第一控制指令)，大大提高了监控系统的可靠性。另外，由于本发明实施例的管廊控制柜采用可编程控制器，使得输入输出接口的数量不受限制，可以备用一些输入输出接口，以提高监控系统的可扩展性。

可选地，上述交换机10-3可以采用光纤接口的以太网交换机。

此外，还需要说明的是，本发明实施例提供的管廊控制柜10可以部署于管廊内的任意位置，其部署方式可以是落地安装。作为一种可选的实施例，可以安装在管廊各个防火分区的风井夹层或机柜室内。

一种实施例中，图1中所示的输入输出接口可以为对外接线端子。作为一种可选的实施方式，其中，管廊控制柜的柜体内设有端子排，通过端子排布置管廊控制柜的对外接线端子。通过端子排布置管廊控制柜的对外接线端子，可以实现方便接线，提高维护人员工作效率的目的。

作为一种可选的实施例，本发明实施例提供的管廊控制柜10还可以包括：设置于柜体内的温度传感器和湿度传感器(图1中未示出)；其中，温度传感器用于检测柜体内的温度，湿度传感器用于检测柜体内的湿度；其中，温度传感器和湿度传感器分别与可编程控制器连接，可编程控制器根据温度传感器检测到的温度和湿度传感器检测到的湿度，控制与可编程控制器连接的空调器调节管廊控制柜所处环境的温度和湿度。

一种可选的实施例中，本发明实施例提供的管廊控制柜还可以包括：供电插座，与管廊控制柜的供电电源相连，用于向外接设备供电。

作为一种优选的实施例，本发明实施例提供的管廊控制柜的供电电源可以采用不间断电源，以满足管廊控制柜需要一直处于监控状态的要求。

可选地，由于管廊控制柜连接的各个模块不一定都需要一直处于工作状态，因而，作为一种可选的实施方式，本发明实施例提供的管廊控制柜还可以包括：多个连接于管廊控制柜的供电电源与各个模块之间的断路器，以用于接通或断开各个模块的电源。

由于管廊控制柜内不同模块所需的供电电压不同，因而，作为一种可选的实施例，本发明实施例提供的管廊控制柜10还包括：电压转换器，连接于管廊控制柜的供电电源与各个模块之间，用于将供电电源的电压转换为各个模块所需要的电压。

图2为本发明实施例中提供的一种管廊控制柜的供电系统示意图，如图2所示，图标1所示为控制单元(供电电压为220V)、图标2所示为温湿度检测模块(供电电压为220V)，图标3所示为柜内灯管(供电电压为220V)，图标4所示为插座(供电电压为220V)，图标5所示为空调器(供电电压为220V)，图标6所示区域控制模块(供电电压为24V)，图标7所示为交换机(供电电压为24V)，图标8所示为仪表(供电电压为24V)，图标9所示为电磁阀(供电电压为24V)，图标22所示为供电电压为24V的备用接线端子，图标11所示为220V的备用接线端子。如图2所示，管廊控制柜通过不间断电源UPS44实现220V交流电的不间断供电；通过电压转换器33将220V电压转换为24V电压。

为了实现合理布线，本发明实施例提供的管廊控制柜的柜体内还可以设有走线槽，用于布置管廊控制柜的进出线。进一步地，在柜体上进出线的位置可以设有隔兰头，以满足在管廊环境中应用的需求。

图3和图4示出了一种可选的管廊控制柜的设计示意图，其中，图3为本发明实施例中提供的一种管廊控制柜的正面示意图，图4为本发明实施例中提供的一种管廊控制柜的背面示意图。由图3所示的正面示意图可以看出，管廊控制柜的正面从上往下的区域可以依次设计为交换机10-3、可编程控制器10-2、供电电压为220V的第一断路器55、插座4、供电电压为24V的第二断路器66、继电器77、稳压电源33、接地母排88和走线槽99。由图4所示的背面示意图可以看出，管廊控制柜的背面可以设置端子排100和走线槽99。

为了实现高速网络传输，确保系统具有高效数据交换和I/O处理能力。作为一种优选的实施方式，本发明实施例提供的管廊控制柜的插槽备用可以10％，I/O点可以备用20％。另外，在具体实施过程中，本发明实施例提供的管廊控制柜可以采用如下参数数据：

①管廊控制柜内控制模块的基本数据如下：

CPU(含机架、存储卡)：工作内存大于等于100KB，数据存储大于等于750KB，位运算<＝60ns，存储卡大于等于12M，宽温-20～+60℃；

开关量输入模块(DI)：16通道24V直流输入，宽温-20～+60℃；

开关量输出模块(DO)：16通道24VDC/0，5A输出，宽温-20～+60℃；

模拟量输入模块(AI)：8通道4～20mA电流信号输入，宽温-20～+60℃；

MODBUS接口模块：支持RS-422、RS-485、RS-232、自由端口、3964(R)、USS、MODBUSRTU Master、从站，115200KBit/s，宽温-20～+60℃；

总线适配器2xRJ45：2xRJ45，使用于以太网工业标准协议连接，宽温-20～+60℃；

24V稳压电源：AC220V/DC24V，10A，宽温-20～+60℃；

可选地，所有控制模块选用工业级产品，带三防涂层，防盐雾和气体腐蚀，在冷凝/结霜工况下正常工作，通过IEC 60068-2-38检验。

②管廊控制柜的网络基本数据如下：

通信网络：采用100Mbps工业以太网，TCP/IP协议；ACU通过单模光纤环网连接；监控主机通过双绞电缆与交换机连接；

交换机：不少于2光口4电口，百兆单模，双电源输入，宽温-20～+60℃；

光纤采用阻燃单模铠装光缆。

交换机选用品牌工业级产品，带三防涂层。

③管廊控制柜的柜体技术数据如下：

柜体采用封闭自立式；

尺寸：W×D×H(800×800×1800)；优选地，柜体的尺寸可以调节。

防护等级：IP54及以上；

材质：不锈钢材质，能提供UL、CE、IP66认证及测试报告；

安装方式：落地安装；

包含内容：柜体、温湿度检测、接地铜排、柜内灯管、插座、安装导轨、断路器、端子等。

可选地，在实施过程中，本发明实施例提供的管廊控制柜的柜体可以采用防水、防尘、防静电及无风扇设计，以满足综合管廊的应用环境。柜体内的可编程控制器采用防水、防尘、防静电设计，并加防腐涂层，满足综合管廊的应用环境。一种可选的实施例中，本发明实施例中的可编程控制器可以采用工业PLC模块(包括CPU运算处理模块、RAM存储模块、通讯接口模块、IO接口扩展模块)，使得单台控制柜具有CPU运算功能，具有自诊断功能，能够实现综合管廊内水泵、风机及照明等设施设备的远程监控。柜体内的交换机也可以采用防水、防尘、防静电设计，并加防腐涂层，以满足综合管廊的应用环境。

本发明实施例提供的管廊控制柜中，除了控制柜内的常规元器件外，还带有温湿度检测模块，能够实时监测柜内温湿度，并通过通讯接口控制所在机柜室的空调启停，保证柜体散热排湿需求。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例提供的管廊控制柜可以采用0.75平方毫米铜导线为柜内线，柜体内部设有端子排，可以合理布置对外接线端子，方便调试和检修维护。智能控制柜的进出线方式可以根据管廊设备夹层中的线槽位置调整，柜体进出线位置设有隔兰头，满足在管廊环境中应用。

本发明实施例中还提供了一种管廊控制系统，如图1所示，该管廊控制系统可以包括：待监控设备30、管廊控制柜10、核心交换机50和监控主机20。其中，管廊控制柜10可以是上述实施例中任意一项可选的或优选的管廊控制柜，与待监控设备30通信，用于监控待监控设备30；核心交换机50与管廊控制柜10的交换机连接，用于传输以太网数据；监控主机20与核心交换机50连接，通过核心交换机50与管廊控制柜10通信，用于接收管廊控制柜10上传的监控数据，以及向管廊控制柜10下发第一控制指令。

具体地，上述监控主机20可以是管廊控制中心的监控计算机，通过以太网与管廊现场的智能控制柜通讯，实现对管廊环境和设备的数据采集整理、连锁逻辑，并通过监控主机完成显示和报警。当管廊控制柜的可编程控制器采用PLC的情况下，可以利用PLC模块自诊断功能对控制系统自身状态进行分析预警。单台智能控制柜具有CPU运算功能，设备内部布置合理，具有强大的可扩展性，安全性和稳定性。

可选地，监控主机20的显示器上可以生动形象地反映出综合管沟建筑模拟图、沟内各设备的状态、仪表检测数据和动力配电的实时数据并报警。监控主机同时还向管廊现场的智能控制柜发出控制命令、启停现场附属设备。

此处需要说明的是，本发明实施例对监控主机20的形式不作具体限定，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、台式机等中的任意一种，或者是其他专门用于管廊监控的设备。

可选地，上述待监控设备可以包括：空调器，与管廊控制柜10通信，用于调节管廊控制柜所处环境的温度和湿度。

图5为本发明实施例中提供的一种管廊控制系统的以太网连接示意图，如图5所示，每个管廊包括多个防火分区，部署于每个防火分区的管廊控制柜10直接串联，且首尾的管廊控制柜10通过交换机10-3与通信机柜40的交换机40-2连接，以实现环形结构的以太网通信。由于通信机柜可以连接不同管廊的管廊控制柜10，从而构成环形+星型结构的以太网通信。图标40-3为与通信机柜40内主机连接的交换机，图标40-1所示为工业防火墙。

本发明实施例在系统结构上采用开放式的结构，具有极大的灵活性、可扩展性。采用可靠、高性能的系统总线，确保系统的高效I/O处理能力。采用集散控制技术、网络传输技术、硬件热拔插技术，确保系统具有高效数据交换能力和安全稳定性。

控制系统设备具有系统资源的共享性和兼容性，使操作监视集中化。监控系统可实现多个HMI的互为备用，HMI操作站具有完善的报警系统、趋势记录、报表记录、操作记录。实施设备的运转和状态控制以及过程参数的检测、调节和报警等。根据HMI的操作指令和现场各检测器的信号完成各个设备控制；进行环境参数和设备状态的实时数据采集、整理；完成各设备的故障报警处理及显示。

采用基于PLC的控制柜技术方案，能够实现网络和控制系统的诊断，监控PLC系统CPU运行状态、网络状态等。当系统出现故障，到诊断画面上可以非常清晰地看到故障的控制设备和通讯设备。

检测仪表和设备可以通过丰富多样的接口形式接入PLC，包括modbus、PROFIBUS、PROFINET总线形式、4～20mA仪表模拟量信号、24v数字量信号等控制电缆硬线接入PLC，PLC完成数据采集整理、连锁逻辑，并通过监控平台完成显示、报警和设备连锁。并利用诊断系统对设备的运行状态进行分析判断。智能控制柜之间和控制中心控制柜以环形+星型结构100Mbps室外光纤以太网实现通讯。当现场环境异常时，系统快速采集、处理故障数据，同时完成在线计算、存储、统计、报警、分析报表和数据远传等功能。控制模块和交换机采用防护涂层处理，应对潮湿、腐蚀的环境。

本发明实施例提供的智能控制柜柜体，具有防水、防尘、防静电及无风扇设计，能够满足综合管廊的应用环境。柜内工业PLC模块和交换机，包括CPU运算处理RAM存储模块，通讯接口模块，IO接口扩展模块，具有防水、防尘、防静电设计，并加防腐涂层，单台控制柜具有CPU运算功能，具有自诊断功能。柜内除了控制柜内的常规元器件外，还带有温湿度检测模块，能够实时监测柜内温湿度，并通过通讯接口控制所在机柜室的空调启停，保证柜体散热排湿需求。柜内以0.75平方毫米铜导线为柜内线，柜体内部设有端子排，可以合理布置对外接线端子，方便调试和检修维护。智能控制柜的进出线方式可以根据管廊设备夹层中的线槽位置调整，柜体进出线位置设有隔兰头，保证电缆接线安全可靠。

本发明实施例将传统的廊内控制箱组成监控系统变为在综合管廊的排风井处机柜室内设置基于工业PLC的智能控制柜，能够兼容各种网络接口和IO接口，控制系统采用环形+星型结构100Mbps，单个智能控制柜内带温湿度检测和空调控制模块，内部PLC模块和交换机带有三防涂层，宽温，满足管廊环境需求，具有网络系统诊断，单个模块具有自诊断功能。本发明实施例提供的管廊控制柜不仅实现了对综合管廊监控系统的可扩展性、稳定性和安全性都有大幅提升，而且可以满足未来扩展智能化设备以及与智慧城市建设平台对接的需求。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种管廊控制柜，其特征在于，包括：柜体和设置于所述柜体内的可编程控制器、交换机和输入输出接口，所述交换机、所述输入输出接口均与所述可编程控制器连接；其中，所述交换机与监控主机通信，用于接收所述监控主机下发的第一控制指令，并转发至所述可编程控制器；所述输入输出接口与管廊内的待监控设备通信，用于接收所述可编程控制器发送的第二控制指令，并发送给管廊内的待监控设备；其中，所述可编程控制器还用于将输入输出接口接收到的数据，通过所述交换机发送给监控主机。

2.如权利要求1所述的管廊控制柜，其特征在于，所述管廊控制柜还包括：设置于所述柜体内的温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器用于检测柜体内的温度，所述湿度传感器用于检测柜体内的湿度；其中，所述温度传感器和所述湿度传感器分别与所述可编程控制器连接，所述可编程控制器根据所述温度传感器检测到的温度和所述湿度传感器检测到的湿度，控制与所述可编程控制器连接的空调器调节所述管廊控制柜所处环境的温度和湿度。

3.如权利要求1所述的管廊控制柜，其特征在于，所述输入输出接口为对外接线端子，其中，所述管廊控制柜的柜体内设有端子排，通过所述端子排布置所述管廊控制柜的对外接线端子。

4.如权利要求3所述的管廊控制柜，其特征在于，所述管廊控制柜的柜体内还设有走线槽，用于布置所述管廊控制柜的进出线。

5.如权利要求4所述的管廊控制柜，其特征在于，所述管廊控制柜的柜体上进出线的位置设有隔兰头。

6.如权利要求1所述的管廊控制柜，其特征在于，所述管廊控制柜的供电电源为不间断电源。

7.如权利要求6所述的管廊控制柜，其特征在于，所述管廊控制柜还包括：断路器，连接于所述管廊控制柜的供电电源与各个模块之间，用于接通或断开各个模块的电源。

8.如权利要求7所述的管廊控制柜，其特征在于，所述管廊控制柜还包括：电压转换器，连接于所述管廊控制柜的供电电源与各个模块之间，用于将供电电源的电压转换为各个模块所需要的电压。

9.如权利要求6所述的管廊控制柜，其特征在于，所述管廊控制柜还包括：供电插座，与所述管廊控制柜的供电电源相连，用于向外接设备供电。

10.如权利要求1所述的管廊控制柜，其特征在于，所述交换机为采用光纤接口的以太网交换机。

11.一种管廊控制系统，其特征在于，包括：监控主机、核心交换机、权利要求1至10任一所述的管廊控制柜、待监控设备；

其中，所述管廊控制柜与所述待监控设备通信，用于监控所述待监控设备；

所述核心交换机与所述管廊控制柜的交换机连接，用于传输以太网数据；

所述监控主机与所述核心交换机连接，用于通过所述核心交换机接收所述管廊控制柜上传的监控数据，以及向所述管廊控制柜下发第一控制指令。

12.如权利要求11所述的管廊控制系统，其特征在于，所述待监控设备包括：空调器，与所述管廊控制柜通信，用于调节所述管廊控制柜所处环境的温度和湿度。