南京地铁二号线车站设备监控系统设计方案

南京地铁二号线共有16个地下车站、2个地面车站与高价站1座，地铁操纵中心(0CC)大楼(已建),全长25.145公里，使用了集散操纵系统(DCS)对地铁全线环控设备及其它车站机电设备进行集中监控，由于引进了楼宇操纵概念，地铁车站设备监控系统亦被称之BAS(BuildingAutomationSystem)系统。系统对全线环控系统进行监控，并对全线车站的扶梯、给排水设备、应急电源进行监视报警。2.1.地铁BAS系统在地铁环控中的要紧作用：操纵全线车站及区间的环控及其它机电设备安全、高效、协调的运行，保证地铁车站及区间环境的良好舒适，产生最佳的节能效果，并在突发事件(如火灾)时指挥环控设备转向特定模式，为地铁乘车环境提供安全保证。(1)监控并协调全线各车站及0CC大楼通风空调设备、冷水(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(5)接收地铁防灾系统(FAS系统)火灾接收报警信息并触发BAS系统的灾害运行模式，操纵环控设备按灾害模式运行。(6)通过与信号ATS接口接收区间堵车信息，操纵有关环控(7)紧急状况下，可通过车站模拟屏操纵环控设备执行有关(8)监视全线各站及隧道区间给排水、自动扶梯等机电设备(9)管理资料并定期打印报表。(10)与主时钟接口，保证BAS系统时钟同步。3.1.环控系统构成：大系统——车站公共区(站厅/站台)通风空调系统；小系统——车站设备用房通风空调系统；水系统——地下站冷水机组系统；隧道通风系统——执行隧道区间正常及紧急情况下通风排烟工况的环控子系统。3.2.BAS系统监控点数的配置：以集庆门站为例，纳入BAS监控的环控设备总数约100台(包含风机、风阀与水系统设备等),环控监控总点数约430点(包含温湿度等参数检测约60点),车站监控点数分布情况如下：(1)隧道通风系统：BAS系统对4台隧道风机及联动风阀、两台推力风机与组合风阀进行监视操纵，监视风机过载故障报警信号，检测两端隧道入口温湿度，共计点数DO20点、DI28点，(2)车站大通风空调系统：BAS系统对空调机、新风机、回排风机及联动风阀与调节风阀等设备进行监视操纵，监视风机过载故障报警信号，检测新/排/混/送风及站厅/台温湿度，操纵组合风柜出水二通阀开度来调节空调器送风温度，共计DO44点、(3)车站小通风空调系统：BAS系统对空调机、送/排风机及联动阀、调节阀监视操纵，检测设备/管理用房温湿度，操纵小空调器出水二通阀开度来调节有关设备房的温度，共计DO41点、(5)其它：扶梯、给排水、紧急照明共计DI54点、DO23.3.对环控设备监控内容配置的几点注意事项在监控点的编制上，合理、全面的监控点数的编制能够使系统监控功能更加完善，软件编程更加简单、合理、可靠。根据广州地铁一号线的经验，应注意下列几点：(1)每台环控设备带有BAS系统中“就地/远方”,“环控/车控”两个转换开关，分别位于设备现场与环控电控室。由于设计上的点数限制(每站10个手/自动信号),BAS系统仅对隧道风机，大系统空调机、送排风机等重要设备的“就地/远方”转换开关进行监视，并将部分设备的“就地/远方”转换开关信号进行合并，如空调机手/自动信号为车站一端两台空调机的“就地/远方”并联信号。由于BAS系统无法获知设备的具体操纵权限，操纵带有一定的盲目性，因此很有必要在BAS系统中对所有环控设备“就地/远方”与“环控/车控”转换开关的位置进行监视，确保操纵的合理性与可靠性；(2)在对电动风阀(包含蝶阀)的操纵中，一号线为节约监控点数，使用了一个输出点的中间继电器常开、常闭接点来操纵风阀(水阀)的正转与反转；并仅用一个DI点检测风阀全开信号。这种单D0,单DI的监控方式使BAS不能根据设备的动作情况撤消输出命令。输出信号的长期存在，给设备的正常运行造成了故障隐患，增加了软件编程的难度：如当系统模式工况转换过程中时，风阀进行开关转换，相应风机由于无法获知风阀是否处于转换过程中而被迫关停无须动作的风机。因此，关于该类设备的监控仍应使用2个DO点分别操纵开与关与使用2个DI点检测风阀开到位与关到位信号，以表示全开、全关、中间状态。(3)冷水机组若本身带有自动操纵功能，如离心机组，可考虑BAS仅负责总的起停命令，有关水泵等设备BAS系统仅负责监视。并设置数据接口接收对冷水机组运行数据，对机组运行集中科学管理。同时尽量减少检测参数的重复设置(如地铁一号线，BAS同活塞机组同时设置水流开关)以简化操纵，节约投资。系统在接收到FAS系统火灾报警信号后启动相应的火灾模式。关于地铁而言，由于车站级火警信息量不是很大(每站约30个火警信息),除通过数据接口外还可考虑通过硬线(I/0)连接的方式完成，使用硬线I/0方式连接替代通信接口的使用，可增加系统(1)使用分层局域网(LAN)技术，可实现几点到点的操纵网络，车站间使用以太网(TCP/IP协议)通信，车站级(2)灵活的输入/输出配置，PCU、UC输入点可在软件中配(3)编程组态使用点的概念，直接在操纵点上完成逻辑、(4)作为典型的楼控产品，提供多种节能操纵程序模块，如4.2.BAS系统网络结构地铁车站设备监控系统分中央级、车站级、就地级三级对环控设备及其它机电设备进行监控，系统网络图如下：PCU:过程操纵单元，8输入8输出，可扩展至32输入或者16入16出UCI:单元操纵器接口，可下带最多32个单元操纵器UC,使用主从通讯方式进行通信，监控点数可多达512点MPI:模拟屏驱动接口HLI:高级数据接口通常在车控室放置3块UCI,其中两块UCI分别负责监控车站两端的环控设备并实现环控电控房模拟屏操纵功能，另外一块UCI负责站厅/台与部分设备用房温湿度检测并接收FAS火警信号与对车控室模拟屏与其他系统(扶梯，给排水等)设备的监控。冷水机房设置一块PCU负责对冷水机组进行监控；每端空调机房设置一块PCU检测风室及设备/管理用房的温湿度，并负责操纵空调机出水二通阀的开度。每端环控电控室设置2~4块PCU辅及冷水机组的数据接口HLI,用来接收第三方设备的数据。4.3.中央级局域网的配置中央级设置工作站及备份站各一套，工作站同备份站实现以太网级别的热备。0CC局域网有与信号ATS及通信主时钟的数据接口及模拟屏一块，网络配置如下：4.4.车站模拟屏的设置：作为紧急情况下、或者BAS工作站故障情况下的紧急后备操作手段，分别在每站的车控室与两端环控电控室设置了地图式模拟屏。模拟屏的操作要紧以执行区间事故及车站火灾模式为主，模拟屏的设置应遵循下列原则：(1)模拟屏应突出隧道区间及车站事故运行模式下的执行，模式执行完毕或者执行失败应有相应的反馈指示。(2)带有钥匙转换开关。能够对工作站、车控室模拟屏、环控电控室模拟屏操作权限进行转换，保证操纵命令由唯一的地点(3)模拟屏是以按键来触发相应模式的执行。作为紧急操作手段，模拟屏应具有超弛其他操纵指令的能力，比如，当操作站软件设定设备操纵方式为单控(点对点操纵)而非程序(模式)操纵时用模拟屏执行的模式指令应能超弛该单控命令，为此模拟屏操纵模式软件算法应独立于操作站模式软件算法。在系统软件中要考虑该部分软件资源的配置。(4)最好配置独立于主操纵器的的模拟屏操纵器，同主操纵器共享I/0,增强紧急操纵的可靠性。5环控工艺模式的实现根据季节、负荷、突发事故(火灾、列车堵塞)等情况，环控专业制定了大量的环控模式，操纵环控设备在不一致的条件下运行不一致的工况模式。包含大系统、小系统、水系统与隧道通风等环控工艺模式，以陈家祠为例约有环控工艺模式近百个。5.1.硬件配置系统要紧使用两种操纵器完成环控系统的操纵工艺流程，即PCU与UCI,下列是其要紧性能：(1)过程操纵单元PCU:多达640个点地址可自由组态，包含软件内部点(Internalpoints)与间接点(Indirectpoints),提供最多可扩展至96K的用户程序存储器，提供布尔逻辑、时间表、节能算法等扩展功能供软件编程组态，同时提供多种DDC操纵算法模块如：事件(Eventsequence)、PID、浮点操纵(2)单元操纵器接口UCI:总共640个地址空间可自由组态，提供24K用户程序存储器，具有布尔逻辑、时间表、节能算法等扩展功能供软件编程组态。由于地铁环控工艺复杂，模式工况众多，在系统配置上要充分考虑操纵器CPU资源与内存资源的配置，留有充分的裕量。在广州地铁一号线BAS系统中，由于大部分环控设备要紧由本端的率高达80%以上，CPU负载最高达95%以上),降低了设备运行的可靠性，同时一些优化操纵算法也受制于资源分布而难以实现。此外这种把几乎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操纵瘫痪，最好应考虑大、小系统及隧道通风系统各自使用独立DDC操纵器(即UCI)进行操纵。5.2.设备基本保护与自动模式的实现以车站大系统为例，环控系统设备如下图图3集庆门站A端大系统原理图通常，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与优化运行，要紧考虑的方面有下列几点。(1)确保环控模式风路的畅通(2)当设备故障时可及时启动备用设备(3)环控主/备用设备应平衡运行(4)避免设备的频繁动作(5)优化开关机顺序以集庆门站A端大系统空调器(图3)为例，程序逻辑关系ifS3-1orS3-2isthenoutput(Runtimechange)=1thenoutput(Runtimechange)=0thenRuntimechangenot*以上求得Runtimechange逻辑值ifmode(LD<50%)&(~Runtimechange)|mode(LD>50%)ifmode(LD<50%)&Runtimechange|mode(LD>50%)*设备平衡运行ifS3-1mode|(S3-2mode&anyS3-2thenoutput(S3-1Call=1)ifS3-2mode|(S3-1路路说明：&——逻辑与；|——逻辑或者；~——逻辑非mode(LD<50%)表示所有负荷小于50%的工艺模式，即开单台空调机的模式通过以上例子，在实现环控设备程序操纵要紧从下列几方面考虑设备基本运行要求：(1)将模式的主备用转换变为单体设备的转换，合并备用模式。减少了模式转换的频率，提高了模式执行的效率。(2)在设备未运行时，通过主备用设备运行时间的比较，决定下次模式执行时开启哪一台设备(包含联动风阀),设备开启后，该值保持不变，避免运行中的设备转换。(3)对设备的故障情况进行实时检测，若有自身设备故障或者有关设备故障，则启动另一台备用设备。故障信号为设备过载故障与命令/反馈不一致与超时故障的逻辑或者。(4)对该模式风路上有关风阀及设备进行检测，待有关风阀全部到位，风路畅通后，才输出命令启动现场设备。(5)在模式启动过程中应尽可能先开空调机，后开送风机，关机则顺序相反，以避免启动中风机有可能出现的过流，保护设备的合理运行；出于保护设备考虑，风机关闭后应尽能按需要延时一段时间再关闭联动风阀。(6)若该工艺模式本身无备用模式，当模式中由于某台设备无法动作，模式正常执行时，可考虑转入指定模式或者关停该模式，以避免设备长期不平衡运行对设备造成的损害。6环控工艺模式的判定与执行不在于调节而在于环控工艺模式工况的选择推断上。下面以车站大系统与水系统的正常运行模式为例，对地铁环控工艺的自动执6.1.车站大系统工艺模式自动推断的实现大系统正常工艺模式的自动判定执行要紧根据如下条件：①根据室外温度判定大系统执行空调或者非空调季节模式②根据车站内外空气焓值的比较判定全新风或者小新风模式③根据车站负荷情况判定执行负荷大于50%模式或者小于50%模式4)根据时间判定夜间或者白天模式。图4为正常运行自动模式推断执行流(1)正常运营时间划分为三段：夜间、预通风时间、正常运营时间三段，全线BAS操纵器通过主时钟获得时间同步，确保全线时间表统一。(2)空调季节使用外界焓值与送风设定焓值的比较判定。当外界焓值大于设定焓值时，即进入空调季节，为避免空调季节频繁切换导致模式的频繁转换，推断条件使用死区操纵，并限时转换(如至少20分钟方能转换一次)。全新风及小新风工况选择使用外界焓值同站厅/台平均焓值相比较来确定，同样使用限时转换，同时全/小新风工况选择与空调/非空调季节选择使用统一的限时计时器，以确保同步转换，减少设备动作频度。(3)车站负荷判定使用水系统分水器温度(冷冻水出水温度)判定，使用死区7.5℃~8.5℃操纵，非空调季节则默认执行车站负荷>50%模式工况。图4大空调通风系统自动模式推断流程图6.2.车站水系统工艺模式的实现BAS系统负责对车站三台冷水机组进行群控。当由BAS系统自动操纵冷水系统时，根据下列原则选定水系统正常运行工艺模式：①根据时间表判定白天或者夜间模式运行②根据室外焓值判定水系统是否进入空调季节运行③根据车站冷负荷判定开机数量。下图为车站水系统工况判定流程图：图5水系统工艺模式流程图(