蘇州軌道交通一號線環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊花捧

中鐵四院，湖北武漢 430063

1 工程概述

全線共設(shè)24個(gè)地下車站及區(qū)間、1座車輛段。

2 系統(tǒng)組成和功能

1）綜合監(jiān)控系統(tǒng)在控制中心、車站、車輛段集成BAS系統(tǒng)，完成BAS的中央級監(jiān)控功能和車站級監(jiān)控功能。ISCS與各站點(diǎn)內(nèi)相對獨(dú)立的現(xiàn)場級BAS系統(tǒng)共同構(gòu)成全線完整的BAS；

2）負(fù)責(zé)全線正常、阻塞工況下的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電扶梯、導(dǎo)向標(biāo)志等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視和控制。

3 中央級監(jiān)控系統(tǒng)

對各個(gè)車站的區(qū)間隧道通風(fēng)設(shè)備、給排水設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，對各個(gè)車站通風(fēng)空調(diào)設(shè)備等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視或控制，由綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

1）管理隧道通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行模式并對信號系統(tǒng)的阻塞信號做出聯(lián)動(dòng)、對隧道火災(zāi)進(jìn)行模式聯(lián)動(dòng)；

2）車站及隧道正常運(yùn)行工況模式時(shí)間表的編輯下發(fā)功能；

3）各車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)溫（濕）度調(diào)節(jié)目標(biāo)參數(shù)的設(shè)定；

4）對全線車站的各系統(tǒng)運(yùn)行工況的監(jiān)視；

5）接收并存儲各車站的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、故障信息、運(yùn)行時(shí)間累計(jì)等數(shù)據(jù)，生成報(bào)告作為設(shè)備維護(hù)和運(yùn)營管理部門進(jìn)行設(shè)備檢修、主備切換的依據(jù)。

除以上的功能外還具有設(shè)備、模式控制功能，設(shè)備、模式狀態(tài)監(jiān)視功能，報(bào)警信息查閱功能，系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視功能等各車站亦需具有的功能。監(jiān)控主要環(huán)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和各站環(huán)境工況；當(dāng)中央級BAS有選擇地調(diào)用某個(gè)車站的數(shù)據(jù)時(shí)，采用問答方式，中央級下達(dá)含有節(jié)點(diǎn)地址、數(shù)據(jù)類型等調(diào)用指令的查詢報(bào)文，相關(guān)車站的BAS子系統(tǒng)即予以響應(yīng)，按指令要求上送含有相關(guān)數(shù)據(jù)信息的回答報(bào)文。

4 車站級BAS系統(tǒng)

4.1 車站級BAS系統(tǒng)設(shè)備組成

1）車站級BAS系統(tǒng)設(shè)備由工業(yè)冗余ControlNet現(xiàn)場總線、Rockwell Automation公司高端的ControlLogix系列冗余1756-L61控制器及設(shè)于環(huán)控電控柜內(nèi)的E3plus智能電機(jī)保護(hù)器、智能低壓網(wǎng)、通信管理器、遠(yuǎn)程I/O模塊箱、工程師站、IBP盤內(nèi)PLC等構(gòu)成；

2）車站兩端設(shè)置兩套冗余的ControlLogix系列 PLC控制器，CPU，兩套冗余PLC之間通過工業(yè)冗余現(xiàn)場總線ControlNet相連；遠(yuǎn)程I/O采用Rockwell Automation公司FLEX系列IO，冗余PLC通過工業(yè)級冗余現(xiàn)場總線ControlNet連接到通訊處理器；冗余PLC和遠(yuǎn)程I/O以通訊或硬線方式實(shí)現(xiàn)車站和區(qū)間的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、照明、導(dǎo)向標(biāo)識、EPS、三級負(fù)荷小動(dòng)力回路、自動(dòng)扶梯、電梯、人防門（防淹門）及給排水等各類系統(tǒng)及設(shè)備監(jiān)控；BAS系統(tǒng)在車站控制室內(nèi)設(shè)置一套非冗余PLC，實(shí)現(xiàn)對環(huán)控系統(tǒng)通風(fēng)排煙等模式控制。

4.2 車站級BAS系統(tǒng)主要功能

4.2.1 數(shù)據(jù)采集與處理功能

1）當(dāng)設(shè)備開啟后，控制器應(yīng)可收集到相關(guān)監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)；

2）當(dāng)系統(tǒng)初次啟動(dòng)、更新及將監(jiān)控點(diǎn)值儲存時(shí)，控制器可以接受來自O(shè)CC監(jiān)控工作站、車控室監(jiān)控工作站或其它控制系統(tǒng)的信息，并傳輸監(jiān)控點(diǎn)信息到車站BAS工程師站及上傳監(jiān)控點(diǎn)信息到綜合監(jiān)控系統(tǒng)；

3）車站級BAS系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集與處理功能，控制器可收集到相關(guān)監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)并在人機(jī)界面上顯示。當(dāng)系統(tǒng)初次啟動(dòng)、更新及將監(jiān)控點(diǎn)值儲存時(shí)，控制器可以接受來自O(shè)CC監(jiān)控工作站、車控室監(jiān)控工作站或其它控制系統(tǒng)的信息，并傳輸監(jiān)控點(diǎn)信息到車站BAS工程師站及上傳監(jiān)控點(diǎn)信息到綜合監(jiān)控系統(tǒng)；

4）車站級的BAS系統(tǒng)在初次啟動(dòng)或重新冷啟動(dòng)后，具備自動(dòng)恢復(fù)與OCC工作站、車站工作站及其他被監(jiān)控系統(tǒng)的通訊自恢復(fù)能力，保證信息的接收或上傳。

4.2.2 安全監(jiān)視功能

1）監(jiān)視和記錄車站典型區(qū)域測試點(diǎn)的溫度、濕度、二氧化碳濃度等環(huán)境參數(shù)；

2）對通風(fēng)系統(tǒng)的變頻器進(jìn)行監(jiān)控，能在線監(jiān)視變頻器的工作狀況、轉(zhuǎn)速、電壓、頻率、電流、輸出功率、軸溫報(bào)警，以及變頻器故障報(bào)警及歷史記錄顯示。監(jiān)視電機(jī)的溫度、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)，判斷電機(jī)故障；

3）對通風(fēng)系統(tǒng)的軟起動(dòng)器進(jìn)行監(jiān)控，能在線監(jiān)視軟起動(dòng)器的工作狀況、電壓、電流、輸出功率、軸溫報(bào)警，以及軟起動(dòng)器故障報(bào)警及歷史記錄顯示。監(jiān)視電機(jī)的溫度，判斷電機(jī)故障。

5 監(jiān)控對象概述和控制描述

5.1 監(jiān)控對象概述

1）通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)主要包括區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)、車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)、車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)（也稱大系統(tǒng)）、設(shè)備用房空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)（也稱小系統(tǒng)）、空調(diào)水系統(tǒng)；

2）通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的功能為：正常運(yùn)行時(shí)為乘客提供舒適的乘車環(huán)境、為地鐵工作人員提供舒適的工作環(huán)境、為設(shè)備系統(tǒng)提供良好的運(yùn)行環(huán)境；阻塞運(yùn)行時(shí)能保證阻塞列車空調(diào)器正常運(yùn)行、為疏散乘客提供足夠新風(fēng)并引導(dǎo)乘客安全疏散；火災(zāi)運(yùn)行時(shí)能迅速排除煙氣、誘導(dǎo)乘客安全撤離火災(zāi)區(qū)；

3）對上述各個(gè)子系統(tǒng)的設(shè)備及工藝過程參數(shù)組織實(shí)施全面的自動(dòng)測量、監(jiān)視、通訊以及全過程的自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)，滿足地鐵運(yùn)行的一切需求。

5.2 控制描述

5.2.1 車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)

1）第一個(gè)控制層面為現(xiàn)場控制器控制?，F(xiàn)場控制器由PLC系統(tǒng)組成，每個(gè)車站兩端的車站軌道排風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥均由PLC控制器控制，按控制指令啟、停軌道排風(fēng)機(jī)及對應(yīng)的風(fēng)閥。軌道排風(fēng)機(jī)用于排出列車在車站時(shí)，上下排出的熱氣，其運(yùn)行工況為排風(fēng)。在現(xiàn)場的風(fēng)機(jī)風(fēng)閥設(shè)備還有強(qiáng)電控制箱，其轉(zhuǎn)換開關(guān)在“就地”時(shí)即為就地手工操作，此時(shí)風(fēng)機(jī)風(fēng)閥不受PLC系統(tǒng)控制，但其狀態(tài)信號送PLC，接受PLC的檢測；其轉(zhuǎn)換開關(guān)在“遙控”時(shí)，則接受PLC系統(tǒng)的監(jiān)控；

2）第二個(gè)控制層面為車站級工作站控制。在ISCS工作站上實(shí)現(xiàn)對車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)的控制。車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)的控制以車站級工作站控制為主，只有車站級控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，或因火災(zāi)等事故從隧道一體化控制需要出發(fā)，中央級工作站才能獲得對車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)的控制權(quán)；

3）在第二個(gè)控制層面，有一個(gè)特殊情況，就是在緊急情況下，使用“車站綜合后備盤”IBP控制。當(dāng)IBP盤上的帶鑰匙切換旋鈕處于“本地”（即IBP盤）控制時(shí)，這時(shí)車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)的排風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥就接受IBP盤上的按鈕直接操作控制。按照預(yù)設(shè)控制模式分別進(jìn)行開、關(guān)操作；

4）第三個(gè)控制層面為中央級工作站控制，即在中央控制室可對車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行控制。正常情況下以車站級控制為主?；馂?zāi)事故時(shí)，以中央級工作站監(jiān)控為主。車站級以及中央級工作站對車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)的控制可以按時(shí)間表或按模式進(jìn)行?？刂颇Ｊ接姓＿\(yùn)行模式、單機(jī)控制模式、火災(zāi)事故運(yùn)行模式等。

5.2.2 模式控制分為以下幾種

1）正常運(yùn)行模式

正常運(yùn)行以車站級監(jiān)控為主，PLC按時(shí)間表定時(shí)自動(dòng)運(yùn)行。

2）單機(jī)控制模式

根據(jù)需要對某風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥開啟、關(guān)閉控制。

3）火災(zāi)事故運(yùn)行模式

當(dāng)列車在車站隧道發(fā)生火災(zāi)或車站隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí)，以中央級工作站監(jiān)控為主。車站級工作站可將車站隧道模式監(jiān)控權(quán)切換至中央站，中央站也可主動(dòng)取得監(jiān)控權(quán)?，F(xiàn)場控制器將自動(dòng)嚴(yán)格按照火災(zāi)事故運(yùn)行模式的設(shè)計(jì)要求對軌道風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥進(jìn)行控制。

除了上述模式外，還可以根據(jù)各種工況的需要設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)其它運(yùn)行模式，例如維修通風(fēng)等。

總之，對于所有被監(jiān)控的設(shè)備，都可以在車站級和中央級工作站上實(shí)現(xiàn)單獨(dú)控制、聯(lián)鎖聯(lián)動(dòng)控制，各種模式手動(dòng)和自控。

4）區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)的隧道風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥等在各個(gè)區(qū)間隧道，按不同的開、關(guān)狀態(tài)組合，以滿足上述各個(gè)模式的要求。工程正式開始還可根據(jù)運(yùn)營需求，再確定設(shè)備具體每個(gè)模式中的工況。

6 蘇州軌道交通一號線環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

BAS系統(tǒng)采用先進(jìn)的系統(tǒng)構(gòu)建和控制技術(shù)，選用美國羅克韋爾自動(dòng)化的ControlLogix平臺產(chǎn)品構(gòu)成全冗余總線網(wǎng)絡(luò)方案。BAS控制器采用ControlLogix系列中的高端產(chǎn)品，主備控制器通過冗余模塊及采用傳輸速率恒定的5MBps ControlNet總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從控制器、控制網(wǎng)的雙重冗余，保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。

同時(shí)，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)施及系統(tǒng)控制要求，BAS系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分考慮并預(yù)留了與相關(guān)專業(yè)的接口。在智能低壓系統(tǒng)中，運(yùn)用先進(jìn)的現(xiàn)場總線技術(shù)，采用了羅克韋爾自動(dòng)化的智能馬達(dá)保護(hù)器（E3 Plus）、智能低壓網(wǎng)關(guān)PLC，由于采用符合國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議（IEC61158）的工業(yè)總線，無需復(fù)雜編程和I/O映射，即可方便實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，為工程實(shí)施及系統(tǒng)互聯(lián)創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)。

[1]魏曉東.城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)與技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社，2004.

[2]《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50157-2003主編部門：北京城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院.批準(zhǔn)部門：中華人民共和國建設(shè)部.

[3]《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50116-98 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局及中華人民共和國建設(shè)部聯(lián)合發(fā)布.

[4]《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50157-2003主編部門：北京城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院；批準(zhǔn)部門：中華人民共和國建設(shè)部.