地鐵環(huán)控配電系統(tǒng)風(fēng)機(jī)風(fēng)閥聯(lián)動(dòng)控制方式研究

侯俊濤

（中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司）

1 引言

地鐵交通系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)力車的牽引系統(tǒng)、自動(dòng)扶梯、環(huán)控系統(tǒng)等對(duì)地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來說意義重大。地鐵和公共汽車不一樣，地鐵沒有窗戶，因此為了解決通風(fēng)、散熱、消防等問題必須設(shè)置環(huán)控系統(tǒng)，也就是通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)。環(huán)控系統(tǒng)的意義在于調(diào)節(jié)列車內(nèi)部空氣的流通，使列車內(nèi)部空氣效果達(dá)到最佳以滿足車內(nèi)人員的健康需求，同時(shí)在事故中提供安全保障。

2 地鐵環(huán)控系統(tǒng)概述

地鐵環(huán)控系統(tǒng)是地鐵BAS控制系統(tǒng)中的支系統(tǒng)，作為地鐵交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，對(duì)地鐵交通網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行影響巨大。而風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥作為地鐵環(huán)控系統(tǒng)的核心設(shè)備，對(duì)環(huán)控系統(tǒng)的作用非常重要，只有風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥安全穩(wěn)定地工作才能保證環(huán)控系統(tǒng)的運(yùn)行[1]。

到目前為止，已經(jīng)投入使用的一些環(huán)控系統(tǒng)并不具備完善的功能需求，其主要原因在于地鐵環(huán)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，對(duì)于風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥的投入巨大，操作過程也極為復(fù)雜。一個(gè)功能完善的地鐵環(huán)控系統(tǒng)必須具備環(huán)控系統(tǒng)的基本功能，即制造新風(fēng)、送風(fēng)、排風(fēng)、換風(fēng)以及在發(fā)生事故時(shí)排煙、排毒、散熱等。其次，針對(duì)我國(guó)地鐵環(huán)控系統(tǒng)風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥在運(yùn)行過程中出現(xiàn)位置控制不吻合的問題以及難于控制要求的順序問題，要加強(qiáng)環(huán)控系統(tǒng)大量風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥配合的可靠性[2]。

3 風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥聯(lián)動(dòng)控制的缺陷

一般來說，地鐵環(huán)控系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥是需要進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制的，在聯(lián)動(dòng)控制時(shí)，我們需要保證風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥的位置關(guān)系一一對(duì)應(yīng)，即在風(fēng)機(jī)開啟前，與風(fēng)機(jī)相匹配的風(fēng)閥必須提前開啟，還要保證在風(fēng)機(jī)關(guān)閉的時(shí)候，先關(guān)閉風(fēng)機(jī)再關(guān)閉與風(fēng)機(jī)匹配的風(fēng)閥，否則就可能損壞風(fēng)機(jī)或者風(fēng)閥，嚴(yán)重時(shí)還可能造成人員傷亡。目前我國(guó)地鐵環(huán)控系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥控制采取的基本都是風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥聯(lián)動(dòng)并列控制方式，并且采用BAS實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥的控制。如圖1所示，BAS系統(tǒng)同時(shí)對(duì)風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥進(jìn)行并列控制[3]。

圖1 風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥聯(lián)動(dòng)控制并列方式示意圖

3.1 BAS對(duì)風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥的并列控制問題

BAS系統(tǒng)是對(duì)地鐵車站以及隧道內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行全面管理和控制的系統(tǒng)。由于工程施工、調(diào)試和運(yùn)用要求，風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥的控制需要根據(jù)不同的條件選取控制方式，如：自動(dòng)和手動(dòng)控制兩種方式。兩種方式的不同之處在于，自動(dòng)控制方式是在BAS系統(tǒng)的控制下，根據(jù)之前編寫的程序自動(dòng)按照一定的順序執(zhí)行操作，即開啟風(fēng)機(jī)時(shí)先風(fēng)閥后風(fēng)機(jī)，關(guān)閉風(fēng)機(jī)時(shí)先風(fēng)機(jī)后風(fēng)閥。而手動(dòng)控制是通過人工對(duì)按鈕的操作，來調(diào)試風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥或者實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥的緊急制動(dòng)。相同之處在于自動(dòng)控制和手動(dòng)控制都按照先風(fēng)機(jī)后風(fēng)閥的順序來進(jìn)行啟動(dòng)或者停止控制。當(dāng)前的地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，因?yàn)槭謩?dòng)控制不能很好地實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥的聯(lián)動(dòng)并列控制，所以通常實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥的聯(lián)動(dòng)控制時(shí)，需要人工的方式進(jìn)行整個(gè)工作過程的聯(lián)絡(luò)。這種設(shè)計(jì)就凸現(xiàn)了一個(gè)弊端，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)或者其他緊急情況時(shí)，工作人員不能及時(shí)對(duì)風(fēng)機(jī)風(fēng)閥進(jìn)行緊急控制或者操作風(fēng)機(jī)風(fēng)閥的工作人員之間容易出現(xiàn)信號(hào)中斷問題，直接導(dǎo)致風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥不能正常進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制工作，最終造成嚴(yán)重的后果，甚至導(dǎo)致人員傷亡。

3.2 BAS對(duì)風(fēng)閥的“復(fù)位信號(hào)”控制問題

一般來說，BAS系統(tǒng)對(duì)風(fēng)閥進(jìn)行“復(fù)位信號(hào)”控制采取的是雙重控制。在特殊情況，比如：發(fā)生火災(zāi)或者由于操作不當(dāng)引起B(yǎng)AS系統(tǒng)不能正常工作，從而導(dǎo)致風(fēng)閥電源被斷開，風(fēng)閥就會(huì)處于失去電源供給，這時(shí)就需要通過BAS系統(tǒng)使風(fēng)閥再次得到電源供給，換句話說就是通過BAS再次給風(fēng)閥一個(gè)信號(hào)，重新實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥的工作狀態(tài)相一致。還有一種情況就是電源故障導(dǎo)致多個(gè)風(fēng)閥失電，這個(gè)時(shí)候這些風(fēng)閥就會(huì)處于電源供給短路故障，例如：當(dāng)電源供給所的供電線路出現(xiàn)故障時(shí)，為了解除多個(gè)風(fēng)閥的斷電狀態(tài)使其與風(fēng)機(jī)狀態(tài)相匹配，必須通過BAS控制使風(fēng)閥恢復(fù)到原來的狀態(tài)。在目前的地鐵環(huán)控系統(tǒng)中風(fēng)閥的數(shù)量是非常大的，想要使諸多風(fēng)閥恢復(fù)到原來狀態(tài)與相應(yīng)風(fēng)機(jī)匹配，實(shí)現(xiàn)的過程是非常困難的，而且風(fēng)閥處于失電狀態(tài)下的地鐵運(yùn)行是非正常的，很容易導(dǎo)致其他風(fēng)閥再次出現(xiàn)故障導(dǎo)致出現(xiàn)更嚴(yán)重的問題。在目前的地鐵環(huán)控系統(tǒng)中，雖然在“復(fù)位信號(hào)”控制方面有一定的解決辦法，例如：在目前的解決措施中，采取了讓BAS控制系統(tǒng)在風(fēng)閥失去電源供給之前就對(duì)風(fēng)閥進(jìn)行復(fù)位控制，或者提升風(fēng)閥所受的負(fù)荷，這樣雖然能夠勉強(qiáng)解決“復(fù)位信號(hào)”的問題。但是，讓BAS控制系統(tǒng)提前對(duì)風(fēng)閥進(jìn)行復(fù)位控制難以實(shí)現(xiàn)，并且時(shí)間差的問題難以解決，另一種方法在風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥共用一根母線時(shí)不能將風(fēng)閥的負(fù)荷等級(jí)提升為一級(jí)[4]。

3.3 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的問題

供配電系統(tǒng)是地鐵網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，它對(duì)地鐵網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定的運(yùn)行起著重要作用。在過去發(fā)生的地鐵事件中，有不少事故是由于供配電系統(tǒng)的故障最終導(dǎo)致環(huán)控系統(tǒng)失效而引起的。供配電系統(tǒng)可以說是整個(gè)地鐵網(wǎng)絡(luò)中的“供能”大師，承擔(dān)著供電這一大重任。但是由于在設(shè)計(jì)過程中，工程組為了降低成本，使用的電纜材質(zhì)不符合標(biāo)準(zhǔn)，就容易導(dǎo)致在給環(huán)控系統(tǒng)供電的時(shí)候發(fā)生斷路，導(dǎo)致環(huán)控系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥受損。不僅如此，地鐵環(huán)控配電的設(shè)計(jì)也對(duì)整個(gè)環(huán)控系統(tǒng)有著巨大的影響，如果供配電設(shè)計(jì)不合理，就會(huì)導(dǎo)致環(huán)控系統(tǒng)控制失效，在緊急情況下就可能引發(fā)事故。

4 風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥聯(lián)動(dòng)主從控制方式研究

想要解決風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥的并列控制問題以及“復(fù)位信號(hào)”控制問題，就需要解決配電的問題，由配電入手將風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥設(shè)置在不同級(jí)的負(fù)荷條件下。通過電控室操作將一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷區(qū)分開來。對(duì)風(fēng)閥的配電采取降級(jí)處理，就是采用二級(jí)負(fù)荷給風(fēng)閥供電，而風(fēng)機(jī)在原來的基礎(chǔ)上使用一級(jí)負(fù)荷供電，讓風(fēng)閥跟從風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制，這樣風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥就形成了主從控制關(guān)系。如圖2所示，風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥實(shí)現(xiàn)主從控制方式[5]。

圖2 風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥聯(lián)動(dòng)主從控制方式示意圖

在工程實(shí)際操作過程中，BAS只要接受命令并對(duì)風(fēng)機(jī)發(fā)出啟動(dòng)指令，風(fēng)機(jī)則只用接受BAS系統(tǒng)發(fā)出的指令并主動(dòng)控制對(duì)應(yīng)風(fēng)閥啟動(dòng)，然后再對(duì)自身啟動(dòng)，就能實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥啟動(dòng)運(yùn)行的聯(lián)動(dòng)控制。同樣，BAS對(duì)風(fēng)機(jī)發(fā)出停止運(yùn)行指令，風(fēng)機(jī)接受來自BAS的指令之后主動(dòng)控制對(duì)應(yīng)風(fēng)閥停止運(yùn)行，然后再對(duì)自身停止運(yùn)行，就能實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥停止運(yùn)行的聯(lián)動(dòng)控制。相比風(fēng)機(jī)風(fēng)閥的并列聯(lián)動(dòng)控制方式，在風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥聯(lián)動(dòng)主從控制方式下，風(fēng)機(jī)能自主對(duì)風(fēng)閥進(jìn)行控制，主要原因在于聯(lián)動(dòng)并列控制是大系統(tǒng)軟邏輯控制，而聯(lián)動(dòng)主從控制是硬節(jié)點(diǎn)控制。除此之外，聯(lián)動(dòng)主從控制在一定程度上優(yōu)化了BAS的控制功能，節(jié)約了制造成本。在將風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥的聯(lián)動(dòng)控制方式由并列聯(lián)動(dòng)方式改為聯(lián)動(dòng)主從控制方式的電路設(shè)計(jì)中，需要注意在設(shè)計(jì)關(guān)機(jī)電路時(shí)，應(yīng)該要先關(guān)風(fēng)機(jī)再關(guān)風(fēng)閥，這樣才能讓地鐵風(fēng)機(jī)風(fēng)閥系統(tǒng)更好的運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)在地鐵方面的研究投入提高，地鐵成為了人們出行最為便捷的交通工具，人們對(duì)地鐵這種交通方式越來越依賴，然而隨著地鐵越來越多，相應(yīng)的問題就隨之凸顯出來，比如：風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥的聯(lián)動(dòng)控制問題，這個(gè)問題在工程技術(shù)上是一個(gè)很小的問題，但是由于國(guó)內(nèi)建設(shè)地鐵采取的是傳統(tǒng)方式，沒有對(duì)這一問題進(jìn)行深入研究，導(dǎo)致地鐵環(huán)控系統(tǒng)出現(xiàn)了越來越多的問題，給地鐵的安全運(yùn)行埋下了安全隱患。如果這種小隱患不能及時(shí)得到解決，就容易發(fā)展成為巨大的隱患，待隱患成為事故的時(shí)候，一切就都為時(shí)已晚。對(duì)此，地鐵工程部門和設(shè)計(jì)部門應(yīng)該要認(rèn)識(shí)到這一問題的危害性，及時(shí)采取措施，對(duì)風(fēng)機(jī)風(fēng)閥的控制積極采取主從控制方式，慎用并列控制方式。