CN110530419A - 一种无人值守下的综合管廊自控设备管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无人值守下的综合管廊自控设备管理系统，其特征在于，包括：终端设备层，终端设备层单元包括设于综合管廊中的环境与设备监控系统的各自控设备、设于综合管廊中的消防报警系统中的各自控设备、设于综合管廊中的排水系统中的各自控设备、设于综合管廊中的视频监控系统中的各自控设备、设于综合管廊中的有线电话系统中的各自控设备；数据交互层；数据管理层。本发明提供的一种支线综合管廊在无人值守条件下自控设备管理的系统，实现了在支线综合管廊内不建造监控室、不配备监控设备、不常设运维人员，只保留传输网络通道。

Description

一种无人值守下的综合管廊自控设备管理系统

技术领域

本发明涉及城市综合管廊领域，特别是涉及一种在无人值守下的支线综合管廊自控设备管理系统。

背景技术

综合管廊是指建于城市地下用于容纳两类及以上城市工程管线的构筑物及附属设施。综合管廊宜分为干线综合管廊、支线综合管廊及缆线管廊。综合管廊系统不仅解决城市交通拥堵问题，还极大方便了电力、通信、燃气、供排水等市政设施的维护和检修。在我国由于管线管理部门各自为政，数据不能共享，管理不透明等原因，导致城市地下管线的管理十分混乱，存在建了挖、挖了建，施工导致的道路损伤、漏水、漏气等现象时有发生，严重影响了城市的正常运行，同时也带来很多不安定因素，人民的生命、财产安全存在着极大的隐患。

为此，国家提出了关于地下综合管廊的统一管理机制，明确了将综合管廊建设作为今后发展的重点，将错综复杂的各类管线集中到统一的管廊中进行管理，充分利用地下空间，减少地面工程开挖量，随着综合管廊建设的不断推广，新技术的不断提高，对综合管廊的日常运维提出了新要求。

目前综合管廊不仅在干线上设置监控中心，还在各个支线上设置监控值班室。各个子系统运行相对各自为战，数据经数次采集、处理、转发，其精度、实时性大大折扣，为此日常运维大部分还保留人工巡检方式。项目建设阶段设置繁多的监控值班室增加了投资的费用。项目运营阶段人工巡检方式增加了人力资源成本，且在高温、高湿、地下长期高强度工作对从业人员健康不利。基于此有必要对支线综合管廊提出一种在无人值守条件下自控设备管理的方法。

发明内容

本发明的目的是：在不设监控室及监控设备的前提下实现支线综合管廊自控设备的无人值守管理。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是一种无人值守下的综合管廊自控设备管理系统，其特征在于，包括：

终端设备层，终端设备层单元包括设于综合管廊中的环境与设备监控系统的各自控设备、设于综合管廊中的消防报警系统中的各自控设备、设于综合管廊中的排水系统中的各自控设备、设于综合管廊中的视频监控系统中的各自控设备、设于综合管廊中的有线电话系统中的各自控设备；

数据交互层，用于采集终端设备层单元中各自控设备的诊断维护数据，并利用管廊专网将采集处理后的数据按统一的通讯协议传送到数据管理层单元；同时，还用于在终端设备层单元的各自控设备与诊断应用层间单元间构建安全虚拟通道；

数据管理层，用于：汇聚来自于各支线管廊的诊断维护信息，集中管理诊断应用层间单元需要的业务数据库和知识库；通过数据总线的方式为诊断应用层间单元提供数据和业务支撑，并实现与历史数据库平台的信息交互；通过平台管理功能，为设备远程通道的安全管理提供支撑，并统一控制平台数据访问的安全性；

诊断应用层利用专用的客户端访问工具、移动客户端或者通用客户端支撑自控设备诊断维护业务，支撑自控设备远程维护通道管理的技术采用互联网安全协议构建，借助数据管理层提供的服务辅助自控设备维护工程师完成自控设备的远程巡检、远程诊断和远程维护业务、以及维检修工作管理业务，其中，自控设备远程巡检的人机界面采用全景地图技术构建；在监测到设备故障时，诊断应用层具有相关的管理工具，通过故障代码自动查找知识库及关联的系统事件，同时，诊断应用层具有专门应用与自控设备和系统通讯的报文分析工具。

优选地，所述终端设备层还包括用于获取所述自控设备运行状态信息的运行状态信息检测单元。

优选地，所述数据交互层包括：

远维访问控制单元，用于实现终端设备层单元的各自控设备端口从支线管廊局域网映射到管廊专网，并通过控制建立映射的时间、审计通过映射端口访问自控设备的内容达到构建自控设备远程访问的安全边界，有效地支撑自控设备远程维护业务；

数据采集单元，用于：通过构建传感器网络采集影响各自控设备稳定可靠运行的环境参数；通过自控设备维护通讯口直接采集各自控设备的运行参数、故障数据、设备状态数据以及过程中间数据；通过通讯监听的方式，采集通讯过程的报文源码，为通讯故障分析和装置性能参数提取提供数据源；

数据上传单元，用于将采集的到数据以及数据处理的结果按指定的传输规则上传到诊断应用层间。

优选地，所述数据管理层包括：

在线设备管理模块，用于实现多支线管廊自控设备统一的远程维护管理、集中数据采集和发布，并实现与历史数据库平台的对接

数据管理模块通过实时数据库和历史数据库管理完成自控设备诊断维护关键数据的归档和统一访问，并实现与干线管廊监控中心中的生产管理中间数据库的对接。

优选地，所述在线设备管理模块包括远维管理单元及通讯管理单元；

远维管理单元通过与数据交互层的对接，借助数据交互层提供的技术手段，实现自控设备远程访问内容和访问授权控制，并对远程访问过程建立全面的日志记录，便于事后的审计和追溯；

通讯管理单元实现数据交互层单元的通讯接入，并按预先配置的数据传输规程，完成各支线管廊告警和事件信息的集中、实时数据的订阅管理。

优选地，所述数据管理模块包括数据服务单元及库管理单元；

数据服务单元通过统一标准的数据访问接口，供诊断维护应用访问历史和实时数据库，以获取诊断维护所需的历史数据、告警和事件数据以及实时状态数据；

库管理单元通过实时数据库管理模块集中管理从各支线管廊收集到的自控设备诊断维护实时数据，并按一定的历史数据存储规则保存到历史数据库中，并建立历史数据的数据档案。

优选地，所述诊断应用层包括：

远程巡检单元，包括自控设备的运行工况监测功能、告警处理功能以及历史事件查询功能，协助维护工程师，完成支线管廊自控设备的远程巡检工作；

远程诊断单元，提供四种手段辅助完成设备的故障分析和诊断工作，第一种手段针对设备本体故障，通过构建从诊断维护中心到支线管廊自控设备的安全虚拟通道，远程运行自控设备厂商提供的专门诊断分析工具，对自控设备进行远程诊断工作；第二种手段利用系统提供的数据分析工具，通过对设备关键参数的趋势分析，对设备故障进行部分的预测工作，第三种手段通过查询与故障记录时间相关的事件顺序记录，分析判断发生故障的原因；第四种手段是利用通讯报文分析工具，通过对故障发生点上下一定范围的时间的通讯报文的进行详细的分析，辅助故障诊断；

远程维护单元，借助安全虚拟通道的建立，利用第三方自控设备的维护工具，完成对自控设备配置的更改、程序的调整甚至设备的远程复位重启工作；

维检修辅助单元，借助知识库管理工具，实现维护修专家知识的录入、查询以及与设备故障告警的联动，同时借助报表工具，完成维检修工作的部分报表自动生成工作。

本发明提供的一种支线综合管廊在无人值守条件下自控设备管理的系统，实现了在支线综合管廊内不建造监控室、不配备监控设备、不常设运维人员，只保留传输网络通道。

附图说明

图1为本发明的功能构架；

图2为本发明的逻辑构架。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1所示，本发明从功能上包括4大子系统，分别为：数据交互子系统、在线设备管理子系统、数据管理子系统以及诊断维护应用子系统。本发明从逻辑上又可以分为四层，分别为终端设备层、数据交互层、数据管理层和诊断应用层，如图2所示。各层之间都通过管廊专网链接，已实现数据传输的安全性。

第一、终端设备层

终端设备层涵括了本发明的管理对象，主要包括支线管廊自控部分各系统的设备。即环境与设备监控系统中的可编程控制器、温湿度传感器、甲烷传感器、一氧化碳传感器、二氧化硫传感器、流量计、液位计等。消防报警系统中的感温探测器、感烟探测器、超细干粉灭火声光警报器、可燃气体报警控制器、剩余电流探测器等。排水系统中的潜水离心泵、阀门、压力表等。通风系统中的离心风机、调节风阀等。视频监控系统中的网络硬盘录像机、网络高清摄像机等。入侵报警系统中的入侵探测器、门磁等。有线电话系统中的电话主机、电话辅机等。出入口逃生系统中的智能井盖等。传输网络系统中的交换机、路由器等。为了更好地对这些自控主设备实施在线检测，必要时也可布置新的传感器网络。如为了监测PLC、火灾报警(联动)控制器等自控关键设备的状态，可以在这些设备的CPU表面部署温度和供电电压传感器，以获取更加翔实的自控设备运行状态信息。

第二、数据交互层

数据交互层实现直线管廊自控设备诊断维护数据的采集，并利用管廊专网将采集处理后的数据，按统一的通讯协议传送到数据平台，支撑诊断分析应用，同时，数据交互层还负责在终端层自控设备与应用层远程维护应用间构建安全虚拟通道。其涵盖三个功能模块，远程访问控制模块、数据采集模块、数据上传模块。

远维访问控制单元：主要实现支线管廊自控设备端口从支线管廊局域网映射到管廊专网，并通过控制建立映射的时间、审计通过映射端口访问自控设备的内容达到构建自控设备远程访问的安全边界，有效地支撑自控设备远程维护业务，如：远程设备重启、远程装置配置更新以及运行参数更改等功能。

数据采集单元：功能包含(1)通过构建传感器网络，采集影响自控设备稳定可靠运行的环境参数，如温湿度、供电电源电压等。(2)通过自控设备维护通讯口直接采集自控设备的运行参数、故障数据、设备状态数据以及过程中间数据(如PLC控制程序的中间变量)等。(3)通过通讯监听的方式，采集通讯过程的报文源码，为通讯故障分析和装置性能参数提取提供数据源。数据一般包括但不限于：

1、可编程控制器：设备本体状态、应用程序状态、运行环境状态；

2、交换机/路由器：设备本体状态、通讯链路状态、管线通讯节点状态、运行环境状态；

3、环境仪表：仪表本体状态、通讯链路状态、仪表读数；

4、阀门：阀门运行状态、阀门故障信号；

5、火灾传感器：传感器本体状态、传感器报警信号；

6、离心水泵：水泵本体状态、运行参数监视；

7、离心风机：风机本体状态、运行参数监视；

8、应急电话：电话本体状态、网络负荷情况；

9、智能液压井盖：井盖本体状态，井盖启闭、开度状态；

10、网络摄像机：摄像机本体状态；

11、网络硬盘录像机：摄像机本体状态、流媒体数据访问。

数据上传单元：实现将采集的到数据以及数据处理的结果按指定的传输规则上传到诊断维护中心系统，主要包括实时数据订阅、告警和事件信息订阅等功能。

第三、数据管理层

数据管理层由在线设备管理模块及数据管理模块组成两个功能模块组成。其功能为；(1)通过前置通讯服务功能模块，汇聚来自于各支线管廊的诊断维护信息，集中管理诊断维护业务应用需要的业务数据库和知识库。(2)通过数据总线的方式为上层诊断维护应用提供数据和业务支撑，并实现与历史数据库平台的信息交互。(3)通过平台管理功能为设备远程通道的安全管理提供支撑，并统一控制平台数据访问的安全性。

为了保持与其他第三方系统的数据交互的可行性，同时考虑到兼容性等问题，本技术方案预留OPC接口，通过在数据总线上挂接OPC适配器按中间数据库存储要求直接将采集到的诊断维护数据写入其工业实时数据库库供第三方系统调用(例如安检/质检等行政管理部门系统)。

在线设备管理模块系统实现多支线管廊自控设备统一的远程维护管理、集中数据采集和发布，并实现与历史数据库平台的对接，包含远维管理单元、通讯管理单元。

远维管理单元通过与数据交互子系统的对接，借助该系统提供的技术手段，实现自控设备远程访问内容和访问授权控制，并对远程访问过程建立全面的日志记录，便于事后的审计和追溯。

通讯管理单元实现支线管廊数据交互子系统的通讯接入，并按预先配置的数据传输规程，完成各支线管廊告警和事件信息的集中、实时数据的订阅管理等。

数据管理模块通过实时数据库和历史数据库管理完成自控设备诊断维护关键数据的归档和统一访问并实现与干线管廊监控中心中的生产管理中间数据库的对接，包括：

数据服务单元通过统一标准的数据访问接口，供诊断维护应用访问历史和实时数据库，以获取诊断维护所需的历史数据、告警和事件数据以及实时状态数据。

库管理单元通过实时数据库管理模块集中管理从各支线管廊收集到的自控设备诊断维护实时数据，并按一定的历史数据存储规则保存到历史数据库中，并建立历史数据的数据档案。

第四、诊断应用层

诊断应用层由远程巡检单元、远程诊断单元、远程维护单元、维检修铺筑单元组成。利用专用的客户端访问工具、移动客户端或者通用客户端支撑自控设备诊断维护业务。通过全景地图浏览工具、数据分析展示工具、报表工具、安全虚拟通道建立工具以及知识管理工具等手段，借助在线设备管理模块和数据管理模块提供的服务，必要时使用第三方设备诊断工具，辅助自控设备维护工程师，完成自控设备的远程巡检、远程诊断和远程维护业务，以及维检修工作管理业务。

自控设备远程巡检的人机界面虽然在实时性方面的要求相对不高，但对于界面的仿真度技术要求高，以达到接近于现场实地的巡视效果，因此，本发明采用全景地图技术构建。

相对于一般的防火墙和策略路由技术，支撑自控设备远程维护通道管理的技术要求具有动态性和时效性，即可以由对应的软件工具自动建立和撤销，并进行必要的安全审计，因此，本发明专门针对自控设备远维通道安全管理的策略要求采用互联网安全协议构建。

不同于一般的通用知识库管理工具，本系统需要知识库与设备在线监测系统联动。在监测到设备故障时通过故障代码自动查找知识库及关联的系统事件，本发明专门设计了相关的管理工具，以满足故障处理和诊断的要求。

在数据分析工具中除了常规的趋势、对比等分析外，自控设备诊断维护系统还要求对捕获的特定时间段报文进行分析，以查找发生特定故障的原因，通用的报文分析工具不具备应用层报文的解析功能。因此，本发明设计了专门应用与自控设备和系统通讯的报文分析工具。

远程巡检单元主要包括自控设备的运行工况监测功能、告警处理功能以及历史事件查询功能，协助维护工程师，完成支线管廊自控设备的远程巡检工作。

远程诊断单元主要提供四种手段辅助完成设备的故障分析和诊断工作，第一种手段主要是针对设备本体故障，通过构建从诊断维护中心到支线管廊自控设备的安全虚拟通道，远程运行自控设备厂商提供的专门诊断分析工具对自控设备进行远程诊断工作；第二种手段利用系统提供的数据分析工具，通过对设备关键参数的趋势分析，对设备故障进行部分的预测工作；第三种手段是通过查询与故障记录时间相关的事件顺序记录，分析判断发生故障的原因；第四种手段是利用通讯报文分析工具通过对故障发生点上下一定范围的时间的通讯报文的进行详细的分析，辅助故障诊断，这种方法对数据质量保障以及参数更改或丢失故障的特别有效。

远程维护单元主要借助安全虚拟通道的建立，利用第三方自控设备的维护工具，完成对自控设备配置的更改、程序的调整甚至设备的远程复位重启工作。

维检修辅助单元主要借助知识库管理工具，实现维护修专家知识的录入、查询以及与设备故障告警的联动，同时借助报表工具，完成维检修工作的部分报表自动生成工作。

Claims (7)

1.一种无人值守下的综合管廊自控设备管理系统，其特征在于，包括：

终端设备层，终端设备层单元包括设于综合管廊中的环境与设备监控系统的各自控设备、设于综合管廊中的消防报警系统中的各自控设备、设于综合管廊中的排水系统中的各自控设备、设于综合管廊中的视频监控系统中的各自控设备、设于综合管廊中的有线电话系统中的各自控设备；

数据交互层，用于采集终端设备层单元中各自控设备的诊断维护数据，并利用管廊专网将采集处理后的数据按统一的通讯协议传送到数据管理层单元；同时，还用于在终端设备层单元的各自控设备与诊断应用层间单元间构建安全虚拟通道；

数据管理层，用于：汇聚来自于各支线管廊的诊断维护信息，集中管理诊断应用层间单元需要的业务数据库和知识库；通过数据总线的方式为诊断应用层间单元提供数据和业务支撑，并实现与历史数据库平台的信息交互；通过平台管理功能，为设备远程通道的安全管理提供支撑，并统一控制平台数据访问的安全性；

诊断应用层利用专用的客户端访问工具、移动客户端或者通用客户端支撑自控设备诊断维护业务，支撑自控设备远程维护通道管理的技术采用互联网安全协议构建，借助数据管理层提供的服务辅助自控设备维护工程师完成自控设备的远程巡检、远程诊断和远程维护业务、以及维检修工作管理业务，其中，自控设备远程巡检的人机界面采用全景地图技术构建；在监测到设备故障时，诊断应用层具有相关的管理工具，通过故障代码自动查找知识库及关联的系统事件，同时，诊断应用层具有专门应用与自控设备和系统通讯的报文分析工具。

2.如权利要求1所述的一种无人值守下的综合管廊自控设备管理系统，其特征在于，所述终端设备层还包括用于获取所述自控设备运行状态信息的运行状态信息检测单元。

3.如权利要求1所述的一种无人值守下的综合管廊自控设备管理系统，其特征在于，所述数据交互层包括：

远维访问控制单元，用于实现终端设备层单元的各自控设备端口从支线管廊局域网映射到管廊专网，并通过控制建立映射的时间、审计通过映射端口访问自控设备的内容达到构建自控设备远程访问的安全边界，有效地支撑自控设备远程维护业务；

数据采集单元，用于：通过构建传感器网络采集影响各自控设备稳定可靠运行的环境参数；通过自控设备维护通讯口直接采集各自控设备的运行参数、故障数据、设备状态数据以及过程中间数据；通过通讯监听的方式，采集通讯过程的报文源码，为通讯故障分析和装置性能参数提取提供数据源；

数据上传单元，用于将采集的到数据以及数据处理的结果按指定的传输规则上传到诊断应用层间。

4.如权利要求1所述的一种无人值守下的综合管廊自控设备管理系统，其特征在于，所述数据管理层包括：

在线设备管理模块，用于实现多支线管廊自控设备统一的远程维护管理、集中数据采集和发布，并实现与历史数据库平台的对接

数据管理模块通过实时数据库和历史数据库管理完成自控设备诊断维护关键数据的归档和统一访问，并实现与干线管廊监控中心中的生产管理中间数据库的对接。

5.如权利要求4所述的一种无人值守下的综合管廊自控设备管理系统，其特征在于，所述在线设备管理模块包括远维管理单元及通讯管理单元；

远维管理单元通过与数据交互层的对接，借助数据交互层提供的技术手段，实现自控设备远程访问内容和访问授权控制，并对远程访问过程建立全面的日志记录，便于事后的审计和追溯；

通讯管理单元实现数据交互层单元的通讯接入，并按预先配置的数据传输规程，完成各支线管廊告警和事件信息的集中、实时数据的订阅管理。

6.如权利要求4所述的一种无人值守下的综合管廊自控设备管理系统，其特征在于，所述数据管理模块包括数据服务单元及库管理单元；

数据服务单元通过统一标准的数据访问接口，供诊断维护应用访问历史和实时数据库，以获取诊断维护所需的历史数据、告警和事件数据以及实时状态数据；

库管理单元通过实时数据库管理模块集中管理从各支线管廊收集到的自控设备诊断维护实时数据，并按一定的历史数据存储规则保存到历史数据库中，并建立历史数据的数据档案。

7.如权利要求1所述的一种无人值守下的综合管廊自控设备管理系统，其特征在于，所述诊断应用层包括：

远程巡检单元，包括自控设备的运行工况监测功能、告警处理功能以及历史事件查询功能，协助维护工程师，完成支线管廊自控设备的远程巡检工作；

远程诊断单元，提供四种手段辅助完成设备的故障分析和诊断工作，第一种手段针对设备本体故障，通过构建从诊断维护中心到支线管廊自控设备的安全虚拟通道，远程运行自控设备厂商提供的专门诊断分析工具，对自控设备进行远程诊断工作；第二种手段利用系统提供的数据分析工具，通过对设备关键参数的趋势分析，对设备故障进行部分的预测工作，第三种手段通过查询与故障记录时间相关的事件顺序记录，分析判断发生故障的原因；第四种手段是利用通讯报文分析工具，通过对故障发生点上下一定范围的时间的通讯报文的进行详细的分析，辅助故障诊断；

远程维护单元，借助安全虚拟通道的建立，利用第三方自控设备的维护工具，完成对自控设备配置的更改、程序的调整甚至设备的远程复位重启工作；

维检修辅助单元，借助知识库管理工具，实现维护修专家知识的录入、查询以及与设备故障告警的联动，同时借助报表工具，完成维检修工作的部分报表自动生成工作。