西安地鐵1號(hào)線防淹門控制系統(tǒng)及其接口分析

李賢妮，趙立新

(西安市地下鐵道有限責(zé)任公司 陜西西安 710018)

西安地鐵1號(hào)線是西安市軌道交通線網(wǎng)東西向骨干線，全線分兩期建設(shè)，首先建設(shè)1期工程，西起后衛(wèi)寨，東至紡織城，共計(jì)19個(gè)站，均為地下站。線路需要在浐河～長樂坡區(qū)間穿過浐河，為了防止因突發(fā)事故造成隧道破裂后河水涌進(jìn)地鐵線路而引起事故擴(kuò)大，特在浐河?xùn)|端、長樂坡～浐河區(qū)間內(nèi)左右線各設(shè)置一扇防淹門，共計(jì)4樘。防淹門控制系統(tǒng)可以在水災(zāi)事故發(fā)生時(shí)，通過控制閘門關(guān)閉，保護(hù)地鐵線路、車站及人身設(shè)備的安全;在水災(zāi)退去后，通過控制閘門開啟，恢復(fù)正常的地鐵運(yùn)營。

本文通過通過介紹防淹門系統(tǒng)的構(gòu)成，分析控制系統(tǒng)的工作原理，以及與各相關(guān)系統(tǒng)的接口方案，介紹防淹門系統(tǒng)安全、可靠和有效的保障地鐵運(yùn)營。

1 防淹門系統(tǒng)

1.1 總則

當(dāng)事故信號(hào)發(fā)出后，地鐵防淹門系統(tǒng)的閘門能夠在隧道里水深高出防淹門底檻不大于3.0m時(shí)，1.5min內(nèi)緊急關(guān)閉，關(guān)閉后最大漏水量不大于225L/min;隧道檢修完畢，閘門在隧道內(nèi)無水狀態(tài)時(shí)開啟。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)成

地鐵防淹門系統(tǒng)主要由機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分組成。機(jī)械系統(tǒng)主要包括閘門門葉、門槽、啟閉設(shè)備、鎖定裝置、檢修平臺(tái)等部件，每道閘門設(shè)1套啟閉設(shè)備和兩臺(tái)同步電動(dòng)鎖定裝置，電動(dòng)鎖定裝置由防淹門控制系統(tǒng)控制并與信號(hào)系統(tǒng)聯(lián)鎖?？刂葡到y(tǒng)由隧道液位傳感器(左右線均與廢水泵房連通，使用一組水位檢測設(shè)備)、控制柜、閘門位置行程開關(guān)、鎖閉裝置、啟閉設(shè)備、報(bào)警設(shè)備、控制線纜，以及與信號(hào)系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、供電系統(tǒng)之間的通訊接口設(shè)備等組成。閘門選用平面滑動(dòng)式閘門，每扇約重10t，啟閉設(shè)備選用18.5KW，1400r/min的雙鉤電功葫蘆;水位探測方案選用區(qū)間水位分級(jí)、平均水位上漲速度監(jiān)測方案，每級(jí)水位信號(hào)采用3取2有效;控制系統(tǒng)采用每處的左線、右線防淹門使用同一臺(tái)PLC控制器，進(jìn)行控制及狀態(tài)采集、監(jiān)視，并可以對(duì)左線和右線的防淹門進(jìn)行單獨(dú)控制，以下針對(duì)控制系統(tǒng)做詳細(xì)分析介紹。

2 控制系統(tǒng)工作原理及其接口

地鐵防淹門控制系統(tǒng)按照“無人值班、定期巡檢”進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，本著安全、可靠、先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的原則進(jìn)行配置。

2.1 控制系統(tǒng)工作原理

每處的左線右線防淹門采用同一臺(tái)冗余雙CPU的控制器進(jìn)行監(jiān)控。負(fù)責(zé)對(duì)左、右線隧道防淹門及其附屬設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、對(duì)水位傳感器送來的水位信號(hào)進(jìn)行比較和分析，并根據(jù)分析結(jié)果將相應(yīng)的水位信號(hào)、報(bào)警信號(hào)送到車站控制室并上送綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)?？刂葡到y(tǒng)框圖如(圖1)所示。

圖1 防淹門控制系統(tǒng)框圖

正常情況需要進(jìn)行關(guān)門控制時(shí)，由防淹門控制系統(tǒng)向信號(hào)系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求關(guān)門信號(hào)，當(dāng)接收到信號(hào)系統(tǒng)發(fā)出的允許關(guān)門信號(hào)后，由工作人員現(xiàn)場確認(rèn)后，通過車站控制室的IBP盤或者防淹門控制柜的關(guān)門按鈕下達(dá)關(guān)門指令，啟閉機(jī)將閘門拉升至上極限位，鎖定裝置將鎖定梁由鎖定位拉回解鎖位，啟閉機(jī)將閘門降落，降落接近匯流排時(shí)，由匯流排斷開裝置通過閘門降落的拉緊力作用斷開閘門下方的匯流排錨段，閘門繼續(xù)降落，直至底檻下極限位，關(guān)閉孔口;需要開門控制時(shí)，由工作人員現(xiàn)場確認(rèn)后，通過車站控制室的IBP盤或者防淹門控制柜的開門按鈕下達(dá)開門指令，啟閉機(jī)提升閘門上升至鎖定高度以上50mm的上極限位停止，電動(dòng)鎖定裝置啟動(dòng)，推動(dòng)鎖定梁由解鎖位至鎖定位，啟閉機(jī)將閘門降落至全開，開啟孔口，并將開門鎖定狀態(tài)信號(hào)發(fā)給信號(hào)系統(tǒng)。如果信號(hào)系統(tǒng)由于故障不能發(fā)生允許關(guān)閉信號(hào)時(shí)，可由控制中心(OCC)人為發(fā)出關(guān)門指令現(xiàn)場手動(dòng)操作防淹門關(guān)門。閘門的運(yùn)行狀態(tài)可以通過防淹門控制柜的液晶顯示器看到，如(圖2)所示。

控制系統(tǒng)對(duì)每扇閘門都設(shè)置了就地、遠(yuǎn)程和檢修三種控制模式，控制權(quán)只能在就地進(jìn)行權(quán)限的切換，就地控制的優(yōu)先權(quán)最高。

圖2 防淹門控制柜內(nèi)的液晶顯示器

就地控制是指操作人員可通過控制柜上的閘門啟、閉、停三個(gè)操作按鈕，控制閘門的開啟、關(guān)閉和停止。每一個(gè)就地單元配置有一個(gè)控制方式選擇開關(guān)，設(shè)有就地手動(dòng)/就地檢修/遠(yuǎn)方控制三個(gè)位置，實(shí)現(xiàn)控制方式的選擇和就地操作閉鎖。每個(gè)車站使用一套就地控制柜，每套就地控制柜主要由PLC、控制元件、電源、信號(hào)、報(bào)警等組成，主要完成數(shù)據(jù)采集、處理和通信功能。遠(yuǎn)程控制是指操作人員通過車控室IBP盤，將閘門啟門、關(guān)門命令下發(fā)至就地單元PLC，實(shí)現(xiàn)閘門的遠(yuǎn)程手動(dòng)控制。檢修控制是指在鎖定裝置以上50mm的安全區(qū)域，門體可以進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)。

2.2 接口

控制系統(tǒng)主要與信號(hào)、綜合監(jiān)控和低壓配電有接口關(guān)系。

2.2.1 與信號(hào)系統(tǒng)接口

防淹門系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)的接口界面位于防淹門控制柜的接線端子排，采用硬布線I/O的接口方式。電路符合“故障－安全”設(shè)計(jì)原則，接口觸點(diǎn)采用安全繼電器。信號(hào)系統(tǒng)向防淹門系統(tǒng)提供允許關(guān)閉信號(hào)，防淹門系統(tǒng)向信號(hào)系統(tǒng)提供開門鎖定狀態(tài)(無源干接點(diǎn))和請(qǐng)求關(guān)門信號(hào)(無源干接點(diǎn))。防淹門系統(tǒng)的開門鎖定狀態(tài)和請(qǐng)求關(guān)門信號(hào)按每個(gè)防淹門單獨(dú)設(shè)置，兩系統(tǒng)之間信息互傳如(表1)和接線電路如(圖3)。接口原則如下:

表1 信息互傳表

圖3 防淹門系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)接線電路

(1)信號(hào)系統(tǒng)未能不間斷地收到防淹門開門鎖定信息時(shí)，兩端車站均不能再向相應(yīng)線路設(shè)置進(jìn)路，如已設(shè)置進(jìn)路，則防淹門防護(hù)信號(hào)機(jī)立即關(guān)閉。

(2)當(dāng)防淹門請(qǐng)求關(guān)閉防淹門或人工辦理防淹門請(qǐng)求關(guān)閉時(shí)，當(dāng)信號(hào)系統(tǒng)收到防淹門請(qǐng)求關(guān)閉信息后，如兩端車站尚未向相應(yīng)線路的過河隧道內(nèi)設(shè)置進(jìn)路，則禁止再向過和隧道設(shè)置進(jìn)路，并向防淹門系統(tǒng)發(fā)回允許防淹門關(guān)閉信號(hào);

(3)當(dāng)防淹門請(qǐng)求關(guān)閉防淹門或人工辦理防淹門請(qǐng)求關(guān)閉時(shí)，當(dāng)信號(hào)系統(tǒng)收到防淹門請(qǐng)求關(guān)閉信息后，如已設(shè)置相關(guān)進(jìn)路，則有關(guān)防護(hù)信號(hào)機(jī)立即關(guān)閉。并分別根據(jù)以下情況對(duì)防淹門關(guān)閉請(qǐng)求作出響應(yīng):

①當(dāng)防淹門防護(hù)信號(hào)機(jī)關(guān)閉時(shí)，如果列車尚未進(jìn)入其接近區(qū)段，此時(shí)人工取消進(jìn)路，進(jìn)路解鎖后，并且過河隧道內(nèi)無車時(shí)，向防淹門系統(tǒng)發(fā)回同意關(guān)閉防淹門信息。

②當(dāng)防淹門防護(hù)信號(hào)機(jī)關(guān)閉時(shí)，列車已進(jìn)入其接近區(qū)段，此時(shí)人工解鎖進(jìn)路，進(jìn)路解鎖后，在列車未冒進(jìn)信號(hào)前提下，經(jīng)檢查過河隧道內(nèi)無車后，向防淹門控制臺(tái)發(fā)回同意關(guān)閉防淹門信息。否則不允許發(fā)出允許防淹門關(guān)閉信號(hào)。

(4)聯(lián)鎖系統(tǒng)操作員不能取消關(guān)閉防淹門請(qǐng)求。

(5)在聯(lián)鎖系統(tǒng)接收到“請(qǐng)求關(guān)門”并發(fā)出“允許關(guān)門”信號(hào)期間，防淹門請(qǐng)求條件必須始終被聯(lián)鎖系統(tǒng)檢查。

(6)防淹門系統(tǒng)提供的“請(qǐng)求關(guān)門”與聯(lián)鎖發(fā)出的“允許關(guān)門”信號(hào)一一對(duì)應(yīng)。

2.2.2 與綜合監(jiān)控系統(tǒng)接口

防淹門控制器通過冗余的以太網(wǎng)方式連至車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)的交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視功能?？紤]系統(tǒng)信息傳送的安全，電纜敷設(shè)路徑大于100m的，總線介質(zhì)采用光纜;電纜敷設(shè)路徑小于100m的，總線介質(zhì)采用屏蔽雙絞線。防淹門控制器與IBP盤的控制采用硬線連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，包括開門、關(guān)門、操作停止、請(qǐng)求關(guān)門等。IBP盤狀態(tài)信息包括:閘門的全開和全關(guān)，鎖定梁的鎖定與拔出，鎖閉裝置故障等，接線電路如(圖4)所示。

圖4 防淹門系統(tǒng)與IBP盤接線電路

2.2.3 與低壓配電接口

電源接口位置在電源切換箱的出線開關(guān)下接線端，電源切換箱安裝在防淹門控制室，電源切換箱提供2回路 AC380V電源至防淹門配電柜，2回路AC220V電源至防淹門系統(tǒng)控制柜。防淹門系統(tǒng)的接地接在防淹門電源切換箱的接地端子上。

3 總結(jié)

西安地鐵1號(hào)線防淹門系統(tǒng)的各項(xiàng)功能和參數(shù)經(jīng)檢驗(yàn)和驗(yàn)收都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，目前已經(jīng)正常運(yùn)行近兩年時(shí)間，可以認(rèn)為采用的防淹門系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是成功的。值得注意的是:1、當(dāng)防淹門控制系統(tǒng)向信號(hào)系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求關(guān)門信號(hào)，并接收到信號(hào)系統(tǒng)發(fā)出的允許關(guān)門信號(hào)時(shí)，滿足關(guān)門條件時(shí)必須由人工確認(rèn)后關(guān)門，系統(tǒng)不能自動(dòng)關(guān)門，否則可能會(huì)出意外事故。2、防淹門在安裝調(diào)試完成后，在驗(yàn)收前必須組織一次演練，模擬事故工況，檢驗(yàn)系統(tǒng)各項(xiàng)功能和指標(biāo)是否達(dá)到要求。

[1]GB50175－2003.地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國設(shè)計(jì)出版社，2003.

[2]西安市地下鐵道有限責(zé)任公司，西安市地鐵一號(hào)線一期工程防淹門系統(tǒng)技術(shù)規(guī)格書[M].西安，2010.

[3]西安市地下鐵道有限責(zé)任公司，西安一號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)與防淹門接口文件[M].西安，2012.

[4]孫增田，廣州地鐵2號(hào)線防淹門系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析[J].都市快軌交通，2004.17(增刊).

[5]盧昌儀.地鐵防淹門系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].都市快軌交通，2005.18.