论文部分内容阅读
【摘要】本文首先介绍了地铁环境特点及系统控制的设备，其次探讨了BAS对环控设备的监控原理及功能，最后讨论了地铁BAS系统的网络构成及配置、设备基本保护与自动模式的实现。本文的讨论具有重要的理论价值，推动自动控制系统在地铁环境控制中的应用。
【关键词】自动控制系统；地铁；环境控制；应用
中图分类号：U231+.3 文献标识码：A 文章编号：
一、前言
随着我国经济的发展，我国的城市建设不断推进，地铁的建设不仅方便了人们的出行，而且推动了我国交通行业的发展。自动控制系统对于地铁系统有重要意义，我们应该加强对自动控制系统在地铁环境控制中的应用的研究。
二、地铁环境特点及系统控制的设备
1、地铁环境特点
(l)受阳光,雨雪等外界气象条件的影响较小。
(2)有显著的内热源。列车牵引、制动系统、列车空调及人员散热等是影响隧道及站台热环境的主要因素。因此,地铁环境的主要问题是过热。
(3)客流量的变化,内热源的强度也随之变化。有以天、星期、年为周期的周期性变化,也有不规则的变化。
(4)由于被厚土层覆盖,维护结构的蓄热量很大,热惰性明显。
(5)列车在隧道内高速运行会引起活塞风,活塞风的风量很大,是隧道内通风换气的主要动力。
2、环控系统设备
(l)车站公共区通风空调系统。该通风系统称之为“大系统”,同时兼做车站公共区排烟系统,由空调机、新风机、回排風机、消音器、联
动风阀和调节风阀等设备组成。
(2)车站设备用房通风空调系统。该通风系统称之为“小系统”,由空气处理机、送风机、回排风机、各类风阀组成。小系统设备一般位于车站站厅层两端的环控机房和小系统通风机房。
(3)地下站冷水机组系统。通常情况,每个地下车站配有几台离心机组及其相应水泵、冷却塔、蝶阀。
(4)隧道通风系统。在正常运营情况下用于排热换气,灾害情况下用于定向排烟、排热和送新风,由区间隧道风机、配线隧道风机、车站隧道风机、各种风阀等设备组成。环控系统主要是以上几种
三、BAS对环控设备的监控原理及功能
1、环控系统组成
大系统-----车站公共区空调系统、防排烟系统；小系统-----车站设备用房空调风系统、通风系统、防排烟系统；水系统-----车站制冷设备系统、空调水系统；隧道通风系统------区间隧道正常及紧急情况下通风、排烟系统。
2、主要功能
(1)监控并协调全线各车站及运营控制中心(OCC)大楼通风空调设备、冷水系统设备的运行。
(2)监控并协调全线区间隧道通风系统设备的运行。
(3)对车站机电设备故障进行报警,统计设备累积运行时间。
(4)对全线环境参数(温度、湿度)及水系统运行参数进行检测、分析及报警。
(5)接收地铁防灾报警系统(FAS)火灾接收报警信息并触发BAS的火灾运行模式,控制环控设备按火灾模式运行。
(6)通过与列车自动监视(ATS)接口接收区间堵车信息,控制相关环控设备执行相应命令。
(7)紧急状况下,可通过车站模拟屏控制环控设备执行相关命令。
(8)监视全线各站及隧道区间给排水、自动扶梯等机电设备的运行状态。
(9)管理资料并定期打印报表。
(10)与主时钟接口,保证BAS时钟同步。
3、对环控设备监控内容配置的几点注意事项
合理、全面的监控点数的编制可以使系统监控功能更加完善,软件编程更加简单、合理、可靠。根据某轨道交通工程的经验,应注意以下几点:
(1) BAS仅对隧道风机、大系统空调机和送排风机等重要设备的/就地/远程0转换开关进行监视,并将部分设备的/就地/远程0转换开关信号进行合并。
(2)为节省监控点数,2号线在对电动风阀(包括电动蝶阀)的控制中,采用了一个输出点的中间继电器常开、常闭接点来控制风阀(水阀)的正转和反转,并仅用一个DI点检测风阀全开信号。
(3) BAS在车站级设有与FAS的数据接口,FAS将经确认后的火灾分区信号通过数据接口送BAS,BAS在接收到FAS火灾报警信号后启动相应的火灾模式。对于地铁而言,由于车站级火警信息量不是很大,除通过数据接口外还可考虑通过硬线I/O连接的方式完成。使用硬线I/O方式连接替代通信接口的使用,可增加系统的可靠性,降低接口开发的费用。但硬线I/O连接同时增加了输入输出模块,因此具体的连接方式可根据实际情况进行选择。
四、地铁 BAS 系统的网络构成及配置
西门子在工业以太网领域有着丰富的经验和先进的解决方案。其中，SIMATIC NET 工业以太网基于经过现场验证的技术，符合 IEEE802.3 标准，并提供 10 Mbit/s 和 100 Mbit/s 的快速以太网技术。
1、局域网配置
（1）BAS 网络由 BAS 局域网（维修站、光端交换机及以太网等）、控制网（由控制子系统、ZPLC、RI/O 及现场总线等）组成。其中，每个地下车站配置 4 台西门子 OSM TP62 交换机。
（2）车站 BAS 局域网采用冗余光纤环状以太网（TCP/IP 协议），传输速率为 100 Mbps，满足 IEEE802.3 标准。数据流可分为 BAS 系统和 ISCS 系统之间的和 BAS 系统内部的。网络发生故障后，重新配置网络的时间不超过 0.3 s。
（3）BAS 网络能在任何节点接入网络，具有在线切换功能。BAS 网络上预留 TCP/IP 标准以太网接口，以供综合监控系统、维修站、换乘站、便携式计算机使用。
（4）远程I/O数据和PLC间互锁信息的传输网络具有高度实时性，不大于 100 ms。
（5）网络支持主从、对等等多种灵活的数据通讯结构。数据块传送和报文发送都可通过组态完成，不需额外的复杂编程，同时能够实现不同介质传输速率的自适应，并支持 IE 功能。
2、现场总线
现场总线采用西门子的标准总线 Profibus，完全满足我们项目的要求。Profibus 总线具有以下功能：
（1）网络节点数。单一网络能提供 126 个站点的连接能力，并能根据应用需要，支持灵活的网络分段以及相应的隔离或桥接方案。
（2）现场总线的最高速率可达 12 Mbps，传输距离不小于1000 m，在不带中继器的情况下，总线传输速率不小于 1 Mbps。
（3）硬件设备具有防尘、防腐蚀、防潮、防霉、防震、抗电磁干扰和静电干扰的能力，保证现场总线在地铁环境中安全、可靠地运行。
3、上位机 WinCC 和 PLC 的通讯
在系统分站中，我们采用了 H 系统和 WinCC 的双路径连接，即在 SIMATICH 站中，两机架每个机架一个通讯卡（2CP），PC机插两块 CP1613 工业以太网卡。采用这种双路径连接，任何一路出现故障，系统便可自动从另一路径进行通讯。通讯的组态过程为，先在项目中插入一个 PC 站，并配置硬件组态 MyStation，然后对CP1613 进行组态，最后在 Station Configuration Editor 中配置相对应的硬件，所有都配置完后，下载 MyStation 的硬件配置组态，即可完成 PLC 和 WinCC 的通讯。在项目应用过程中，这种通讯方式安全性能非常高，是 S7-400H 系统通讯的主要方式。
五、设备基本保护与自动模式的实现
根据季节、负荷变化、突发事故(火灾、列车阻塞)等情况制定不同环控模式,控制环控设备在不同条件下运行不同的工况模式,包括大系统、小系统、水系统和隧道通风等。环控系统主要采用2种控制器—过程控制单元(PCU)和单元控制器接口(UCI)完成控制。由于地铁环控工艺复杂,工况模式多,在系统配置上要充分考虑控制器CPU和内存资源的配置,留有充分裕量。由于大部分环控设备主要由本端UCI进行控制管理,造成UCI超负载工作,(部分UCI内存占用率高达80%以上,CPU负载最高达95%以上),降低了设备运行的可靠性,同时一些优化控制算法也受制于资源分布而难以实现。此外,这种几乎把全部监控功能集中于UCI的做法也不符合DCS系统风险分散的原则:当一个UCI发生故障将会导致BAS系统对车站一端环控设备的控制瘫痪,最好应考虑大、小系统及隧道通风系统各自使用独立DDC控制器(即UCl)进行控制。
环控设备低压二次回路设计只考虑单体设备的保护联锁要求,即风机同其联动风阀的联锁,因此需要BAS系统从系统出发考虑设备的保护和优化运行,主要考虑:确保环控模式风路的畅通;当设备故障时可及时启动备用设备.环控主/备用设备应平衡运行;避免设备的频繁动作;优化开关机顺序。
六、结束语
随着现代技术的发展，我国的地铁越来越多，极大的方便了人们的生活，使人们的生活质量不断提高。在地铁的地铁环境控制中，自动控制系统是我们常用系统，是地铁环境的控制更加智能化。我们应该加强对自动控制系统在地铁环境控制中的应用。
参考文献
[1]王峰.地铁通风空调系统变频节能研究[D].西南交通大学,2007.
[2]温玉君,戴孙放.综合监控系统在城市轨道交通工程中的应用[J].城市轨道交通研究,2010.
[3]朱豫才.过程控制的多变量系统辨识[M].长沙:国防科技大学出版社,2005.
[4]孙源,王晓保,岳继光.地铁环境控制系统建模与神经网络修正[J].城市轨道交通,2009.
【关键词】自动控制系统；地铁；环境控制；应用
中图分类号：U231+.3 文献标识码：A 文章编号：
一、前言
随着我国经济的发展，我国的城市建设不断推进，地铁的建设不仅方便了人们的出行，而且推动了我国交通行业的发展。自动控制系统对于地铁系统有重要意义，我们应该加强对自动控制系统在地铁环境控制中的应用的研究。
二、地铁环境特点及系统控制的设备
1、地铁环境特点
(l)受阳光,雨雪等外界气象条件的影响较小。
(2)有显著的内热源。列车牵引、制动系统、列车空调及人员散热等是影响隧道及站台热环境的主要因素。因此,地铁环境的主要问题是过热。
(3)客流量的变化,内热源的强度也随之变化。有以天、星期、年为周期的周期性变化,也有不规则的变化。
(4)由于被厚土层覆盖,维护结构的蓄热量很大,热惰性明显。
(5)列车在隧道内高速运行会引起活塞风,活塞风的风量很大,是隧道内通风换气的主要动力。
2、环控系统设备
(l)车站公共区通风空调系统。该通风系统称之为“大系统”,同时兼做车站公共区排烟系统,由空调机、新风机、回排風机、消音器、联
动风阀和调节风阀等设备组成。
(2)车站设备用房通风空调系统。该通风系统称之为“小系统”,由空气处理机、送风机、回排风机、各类风阀组成。小系统设备一般位于车站站厅层两端的环控机房和小系统通风机房。
(3)地下站冷水机组系统。通常情况,每个地下车站配有几台离心机组及其相应水泵、冷却塔、蝶阀。
(4)隧道通风系统。在正常运营情况下用于排热换气,灾害情况下用于定向排烟、排热和送新风,由区间隧道风机、配线隧道风机、车站隧道风机、各种风阀等设备组成。环控系统主要是以上几种
三、BAS对环控设备的监控原理及功能
1、环控系统组成
大系统-----车站公共区空调系统、防排烟系统；小系统-----车站设备用房空调风系统、通风系统、防排烟系统；水系统-----车站制冷设备系统、空调水系统；隧道通风系统------区间隧道正常及紧急情况下通风、排烟系统。
2、主要功能
(1)监控并协调全线各车站及运营控制中心(OCC)大楼通风空调设备、冷水系统设备的运行。
(2)监控并协调全线区间隧道通风系统设备的运行。
(3)对车站机电设备故障进行报警,统计设备累积运行时间。
(4)对全线环境参数(温度、湿度)及水系统运行参数进行检测、分析及报警。
(5)接收地铁防灾报警系统(FAS)火灾接收报警信息并触发BAS的火灾运行模式,控制环控设备按火灾模式运行。
(6)通过与列车自动监视(ATS)接口接收区间堵车信息,控制相关环控设备执行相应命令。
(7)紧急状况下,可通过车站模拟屏控制环控设备执行相关命令。
(8)监视全线各站及隧道区间给排水、自动扶梯等机电设备的运行状态。
(9)管理资料并定期打印报表。
(10)与主时钟接口,保证BAS时钟同步。
3、对环控设备监控内容配置的几点注意事项
合理、全面的监控点数的编制可以使系统监控功能更加完善,软件编程更加简单、合理、可靠。根据某轨道交通工程的经验,应注意以下几点:
(1) BAS仅对隧道风机、大系统空调机和送排风机等重要设备的/就地/远程0转换开关进行监视,并将部分设备的/就地/远程0转换开关信号进行合并。
(2)为节省监控点数,2号线在对电动风阀(包括电动蝶阀)的控制中,采用了一个输出点的中间继电器常开、常闭接点来控制风阀(水阀)的正转和反转,并仅用一个DI点检测风阀全开信号。
(3) BAS在车站级设有与FAS的数据接口,FAS将经确认后的火灾分区信号通过数据接口送BAS,BAS在接收到FAS火灾报警信号后启动相应的火灾模式。对于地铁而言,由于车站级火警信息量不是很大,除通过数据接口外还可考虑通过硬线I/O连接的方式完成。使用硬线I/O方式连接替代通信接口的使用,可增加系统的可靠性,降低接口开发的费用。但硬线I/O连接同时增加了输入输出模块,因此具体的连接方式可根据实际情况进行选择。
四、地铁 BAS 系统的网络构成及配置
西门子在工业以太网领域有着丰富的经验和先进的解决方案。其中，SIMATIC NET 工业以太网基于经过现场验证的技术，符合 IEEE802.3 标准，并提供 10 Mbit/s 和 100 Mbit/s 的快速以太网技术。
1、局域网配置
（1）BAS 网络由 BAS 局域网（维修站、光端交换机及以太网等）、控制网（由控制子系统、ZPLC、RI/O 及现场总线等）组成。其中，每个地下车站配置 4 台西门子 OSM TP62 交换机。
（2）车站 BAS 局域网采用冗余光纤环状以太网（TCP/IP 协议），传输速率为 100 Mbps，满足 IEEE802.3 标准。数据流可分为 BAS 系统和 ISCS 系统之间的和 BAS 系统内部的。网络发生故障后，重新配置网络的时间不超过 0.3 s。
（3）BAS 网络能在任何节点接入网络，具有在线切换功能。BAS 网络上预留 TCP/IP 标准以太网接口，以供综合监控系统、维修站、换乘站、便携式计算机使用。
（4）远程I/O数据和PLC间互锁信息的传输网络具有高度实时性，不大于 100 ms。
（5）网络支持主从、对等等多种灵活的数据通讯结构。数据块传送和报文发送都可通过组态完成，不需额外的复杂编程，同时能够实现不同介质传输速率的自适应，并支持 IE 功能。
2、现场总线
现场总线采用西门子的标准总线 Profibus，完全满足我们项目的要求。Profibus 总线具有以下功能：
（1）网络节点数。单一网络能提供 126 个站点的连接能力，并能根据应用需要，支持灵活的网络分段以及相应的隔离或桥接方案。
（2）现场总线的最高速率可达 12 Mbps，传输距离不小于1000 m，在不带中继器的情况下，总线传输速率不小于 1 Mbps。
（3）硬件设备具有防尘、防腐蚀、防潮、防霉、防震、抗电磁干扰和静电干扰的能力，保证现场总线在地铁环境中安全、可靠地运行。
3、上位机 WinCC 和 PLC 的通讯
在系统分站中，我们采用了 H 系统和 WinCC 的双路径连接，即在 SIMATICH 站中，两机架每个机架一个通讯卡（2CP），PC机插两块 CP1613 工业以太网卡。采用这种双路径连接，任何一路出现故障，系统便可自动从另一路径进行通讯。通讯的组态过程为，先在项目中插入一个 PC 站，并配置硬件组态 MyStation，然后对CP1613 进行组态，最后在 Station Configuration Editor 中配置相对应的硬件，所有都配置完后，下载 MyStation 的硬件配置组态，即可完成 PLC 和 WinCC 的通讯。在项目应用过程中，这种通讯方式安全性能非常高，是 S7-400H 系统通讯的主要方式。
五、设备基本保护与自动模式的实现
根据季节、负荷变化、突发事故(火灾、列车阻塞)等情况制定不同环控模式,控制环控设备在不同条件下运行不同的工况模式,包括大系统、小系统、水系统和隧道通风等。环控系统主要采用2种控制器—过程控制单元(PCU)和单元控制器接口(UCI)完成控制。由于地铁环控工艺复杂,工况模式多,在系统配置上要充分考虑控制器CPU和内存资源的配置,留有充分裕量。由于大部分环控设备主要由本端UCI进行控制管理,造成UCI超负载工作,(部分UCI内存占用率高达80%以上,CPU负载最高达95%以上),降低了设备运行的可靠性,同时一些优化控制算法也受制于资源分布而难以实现。此外,这种几乎把全部监控功能集中于UCI的做法也不符合DCS系统风险分散的原则:当一个UCI发生故障将会导致BAS系统对车站一端环控设备的控制瘫痪,最好应考虑大、小系统及隧道通风系统各自使用独立DDC控制器(即UCl)进行控制。
环控设备低压二次回路设计只考虑单体设备的保护联锁要求,即风机同其联动风阀的联锁,因此需要BAS系统从系统出发考虑设备的保护和优化运行,主要考虑:确保环控模式风路的畅通;当设备故障时可及时启动备用设备.环控主/备用设备应平衡运行;避免设备的频繁动作;优化开关机顺序。
六、结束语
随着现代技术的发展，我国的地铁越来越多，极大的方便了人们的生活，使人们的生活质量不断提高。在地铁的地铁环境控制中，自动控制系统是我们常用系统，是地铁环境的控制更加智能化。我们应该加强对自动控制系统在地铁环境控制中的应用。
参考文献
[1]王峰.地铁通风空调系统变频节能研究[D].西南交通大学,2007.
[2]温玉君,戴孙放.综合监控系统在城市轨道交通工程中的应用[J].城市轨道交通研究,2010.
[3]朱豫才.过程控制的多变量系统辨识[M].长沙:国防科技大学出版社,2005.
[4]孙源,王晓保,岳继光.地铁环境控制系统建模与神经网络修正[J].城市轨道交通,2009.