蘇州軌道交通一號線環境與設備監控系統設計

楊花捧

中鐵四院，湖北武漢 430063

1 工程概述

全線共設24個地下車站及區間、1座車輛段。

2 系統組成和功能

1）綜合監控系統在控制中心、車站、車輛段集成BAS系統，完成BAS的中央級監控功能和車站級監控功能。ISCS與各站點內相對獨立的現場級BAS系統共同構成全線完整的BAS；

2）負責全線正常、阻塞工況下的通風空調系統、給排水系統、照明系統、電扶梯、導向標志等設備運行狀態的監視和控制。

3 中央級監控系統

對各個車站的區間隧道通風設備、給排水設備進行監控，對各個車站通風空調設備等設備進行監視或控制，由綜合監控系統實現。

1）管理隧道通風系統運行模式并對信號系統的阻塞信號做出聯動、對隧道火災進行模式聯動；

2）車站及隧道正常運行工況模式時間表的編輯下發功能；

3）各車站通風空調系統溫（濕）度調節目標參數的設定；

4）對全線車站的各系統運行工況的監視；

5）接收并存儲各車站的設備運行狀態、故障信息、運行時間累計等數據，生成報告作為設備維護和運營管理部門進行設備檢修、主備切換的依據。

除以上的功能外還具有設備、模式控制功能，設備、模式狀態監視功能，報警信息查閱功能，系統狀態監視功能等各車站亦需具有的功能。監控主要環控設備運行狀態和各站環境工況；當中央級BAS有選擇地調用某個車站的數據時，采用問答方式，中央級下達含有節點地址、數據類型等調用指令的查詢報文，相關車站的BAS子系統即予以響應，按指令要求上送含有相關數據信息的回答報文。

4 車站級BAS系統

4.1 車站級BAS系統設備組成

1）車站級BAS系統設備由工業冗余ControlNet現場總線、Rockwell Automation公司高端的ControlLogix系列冗余1756-L61控制器及設于環控電控柜內的E3plus智能電機保護器、智能低壓網、通信管理器、遠程I/O模塊箱、工程師站、IBP盤內PLC等構成；

2）車站兩端設置兩套冗余的ControlLogix系列 PLC控制器，CPU，兩套冗余PLC之間通過工業冗余現場總線ControlNet相連；遠程I/O采用Rockwell Automation公司FLEX系列IO，冗余PLC通過工業級冗余現場總線ControlNet連接到通訊處理器；冗余PLC和遠程I/O以通訊或硬線方式實現車站和區間的通風空調系統、照明、導向標識、EPS、三級負荷小動力回路、自動扶梯、電梯、人防門（防淹門）及給排水等各類系統及設備監控；BAS系統在車站控制室內設置一套非冗余PLC，實現對環控系統通風排煙等模式控制。

4.2 車站級BAS系統主要功能

4.2.1 數據采集與處理功能

1）當設備開啟后，控制器應可收集到相關監控設備的狀態；

2）當系統初次啟動、更新及將監控點值儲存時，控制器可以接受來自OCC監控工作站、車控室監控工作站或其它控制系統的信息，并傳輸監控點信息到車站BAS工程師站及上傳監控點信息到綜合監控系統；

3）車站級BAS系統具有數據采集與處理功能，控制器可收集到相關監控設備的狀態并在人機界面上顯示。當系統初次啟動、更新及將監控點值儲存時，控制器可以接受來自OCC監控工作站、車控室監控工作站或其它控制系統的信息，并傳輸監控點信息到車站BAS工程師站及上傳監控點信息到綜合監控系統；

4）車站級的BAS系統在初次啟動或重新冷啟動后，具備自動恢復與OCC工作站、車站工作站及其他被監控系統的通訊自恢復能力，保證信息的接收或上傳。

4.2.2 安全監視功能

1）監視和記錄車站典型區域測試點的溫度、濕度、二氧化碳濃度等環境參數；

2）對通風系統的變頻器進行監控，能在線監視變頻器的工作狀況、轉速、電壓、頻率、電流、輸出功率、軸溫報警，以及變頻器故障報警及歷史記錄顯示。監視電機的溫度、轉速、振動，判斷電機故障；

3）對通風系統的軟起動器進行監控，能在線監視軟起動器的工作狀況、電壓、電流、輸出功率、軸溫報警，以及軟起動器故障報警及歷史記錄顯示。監視電機的溫度，判斷電機故障。

5 監控對象概述和控制描述

5.1 監控對象概述

1）通風與空調系統主要包括區間隧道通風系統、車站隧道通風系統、車站公共區通風空調系統（也稱大系統）、設備用房空調通風系統（也稱小系統）、空調水系統；

2）通風空調系統的功能為：正常運行時為乘客提供舒適的乘車環境、為地鐵工作人員提供舒適的工作環境、為設備系統提供良好的運行環境；阻塞運行時能保證阻塞列車空調器正常運行、為疏散乘客提供足夠新風并引導乘客安全疏散；火災運行時能迅速排除煙氣、誘導乘客安全撤離火災區；

3）對上述各個子系統的設備及工藝過程參數組織實施全面的自動測量、監視、通訊以及全過程的自動控制和調節，滿足地鐵運行的一切需求。

5.2 控制描述

5.2.1 車站隧道通風系統

1）第一個控制層面為現場控制器控制。現場控制器由PLC系統組成，每個車站兩端的車站軌道排風機和風閥均由PLC控制器控制，按控制指令啟、停軌道排風機及對應的風閥。軌道排風機用于排出列車在車站時，上下排出的熱氣，其運行工況為排風。在現場的風機風閥設備還有強電控制箱，其轉換開關在“就地”時即為就地手工操作，此時風機風閥不受PLC系統控制，但其狀態信號送PLC，接受PLC的檢測；其轉換開關在“遙控”時，則接受PLC系統的監控；

2）第二個控制層面為車站級工作站控制。在ISCS工作站上實現對車站隧道通風系統的控制。車站隧道通風系統的控制以車站級工作站控制為主，只有車站級控制系統出現故障時，或因火災等事故從隧道一體化控制需要出發，中央級工作站才能獲得對車站隧道通風系統的控制權；

3）在第二個控制層面，有一個特殊情況，就是在緊急情況下，使用“車站綜合后備盤”IBP控制。當IBP盤上的帶鑰匙切換旋鈕處于“本地”（即IBP盤）控制時，這時車站隧道通風系統的排風機、風閥就接受IBP盤上的按鈕直接操作控制。按照預設控制模式分別進行開、關操作；

4）第三個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系統進行控制。正常情況下以車站級控制為主。火災事故時，以中央級工作站監控為主。車站級以及中央級工作站對車站隧道通風系統的控制可以按時間表或按模式進行。控制模式有正常運行模式、單機控制模式、火災事故運行模式等。

5.2.2 模式控制分為以下幾種

1）正常運行模式

正常運行以車站級監控為主，PLC按時間表定時自動運行。

2）單機控制模式

根據需要對某風機、風閥開啟、關閉控制。

3）火災事故運行模式

當列車在車站隧道發生火災或車站隧道發生火災時，以中央級工作站監控為主。車站級工作站可將車站隧道模式監控權切換至中央站，中央站也可主動取得監控權。現場控制器將自動嚴格按照火災事故運行模式的設計要求對軌道風機、風閥進行控制。

除了上述模式外，還可以根據各種工況的需要設計通風系統其它運行模式，例如維修通風等。

總之，對于所有被監控的設備，都可以在車站級和中央級工作站上實現單獨控制、聯鎖聯動控制，各種模式手動和自控。

4）區間隧道通風系統的隧道風機、風閥等在各個區間隧道，按不同的開、關狀態組合，以滿足上述各個模式的要求。工程正式開始還可根據運營需求，再確定設備具體每個模式中的工況。

6 蘇州軌道交通一號線環境與設備監控系統設計特點

BAS系統采用先進的系統構建和控制技術，選用美國羅克韋爾自動化的ControlLogix平臺產品構成全冗余總線網絡方案。BAS控制器采用ControlLogix系列中的高端產品，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，實現從控制器、控制網的雙重冗余，保證了系統的實時性和可靠性。

同時，結合現場實施及系統控制要求，BAS系統設計充分考慮并預留了與相關專業的接口。在智能低壓系統中，運用先進的現場總線技術，采用了羅克韋爾自動化的智能馬達保護器（E3 Plus）、智能低壓網關PLC，由于采用符合國際標準協議（IEC61158）的工業總線，無需復雜編程和I/O映射，即可方便實現互聯，為工程實施及系統互聯創造了良好的基礎。

[1]魏曉東.城市軌道交通自動化系統與技術[M].電子工業出版社，2004.

[2]《地鐵設計規范》GB50157-2003主編部門：北京城市建設設計研究總院.批準部門：中華人民共和國建設部.

[3]《火災自動報警系統設計規范》GB50116-98 國家質量技術監督局及中華人民共和國建設部聯合發布.

[4]《地鐵設計規范》GB50157-2003主編部門：北京城市建設設計研究總院；批準部門：中華人民共和國建設部.