智能化地鐵通風空調電氣控制系統方案研究與應用

馮昌輝

摘 要：本文對智能化地鐵通風空調電氣控制系統的方案進行分析。采用系統運維作為論證內容，對系統如何提高控制的可靠性、動作的準確性以及系統運行的精確性等作為方案色劑的目的，對于系統中的設備選型、二次回路、BAS接口設計要求等進行分析，期望對于提高地鐵運行的智能化管理具有參考價值。

關鍵詞：智能化；地鐵通風空調；電氣控制

地鐵通風空調是地鐵配電系統中的核心部分，采用封閉式的戶內成套設備的運行方法，進行母線系統的設置。如三相交流50HZ單母線系統。該系統主要采用風機、風閥、空調機組等作為系統設備，進行0.4KV系統的電能的分配和接受，然后采用分隔固定的結構，進行智能化的低壓配電系統。作為現場總線和BAS系統的聯網通訊，采用綜合的監控系統的底層抗旨單元，對車站的隧道通風、車站公共區域通風空調，區間隧道的通風系統、車站冷水系統等等各個部分的空調設備進行監控，使得地鐵的線路內的濕度、溫度等能夠得到有效的控制，為乘客提供乘車的舒適環境，為設備提供適應的工作環境，保證乘客的安全，使得通風空調系統額能夠在動作的準確性、運營的便利性等方面獲得高度的安全技術保障

1 環控電控系統分析

環控電控系統包括了區間隧道、車站隧道通風系統、車站通風空調系統等部分。

區間隧道通風系統含有隧道風機、射流風機等設備，通過軟起動的方式和直接啟動的雙重方式，對于隧道風機進行安全運轉、啟動和故障報警等運行，并實行就地監控。風機的正轉切換的時間小于60秒，通過BAS系統實現對車站的中央控制，具有風機連鎖和風閥開關的功能，能夠有效地消除風機的故障，事故發生阿時候可以強制屏蔽軟起動，啟動風機。[1]

車站通風系統采用了分散供冷方式，由于地鐵設備管理在夜間的負荷較小，站內設置冷水機組以及冷凍和冷卻水泵。對空調水系統的優化設計。將車站大小系統的空調負荷統一納入到集中供冷系統中，將車站冷水機房予以取消，設置集中供冷系統，采用的方式為，幾個車站共用一處集中冷凍站，減少車站設備用房面積，換乘車站共享冷水系統，去除冷卻塔。這種設計可以減少車站對周邊環境的干擾的同時，主要工作原理為：每個車站設置冷凍站，因此可能會出現夜間冷水機組無法開啟的現象，配置了三臺冷水機組，為了夜間開啟小容量冷水機組。又單獨配置了多聯空調系統[2]。多臺大容量冷機服務車站公共區域的空調系統和容量小的冷機共同運行，在此基礎上進行了優化設計。該設計采用集中冷卻的方式集中設置冷卻塔，優勢在于減少了遠距離的輸送空調冷凍水產生的冷損耗，降低冷負荷變化的能耗，還能保證冷水機組的高效運行。[2]

車站空調通風空調系統，設計思路是：地下車站使用了集中通風系統的設計，由一系列控制器件予以集成的裝置，采用新型制冷設備。這是以后總將冷水機組、冷卻塔、泵等進行配套的管道設備，還整合了冷卻水泵以及冷凍水泵，采用常規的空調冷水機組，根據城市地鐵發展的需要，只要連接好主電源和空調系統的冷凍水進出水管，就可以進入運行使用。在體積上根據車站建筑面積以及實際條件來確定采用何種空調冷卻裝置。也被稱為一體化水冷式冷水機組。例如一種新型的冷水機組，相比較傳統的冷水機組的負荷，模塊化冷水機組的運行是以模塊單元峰值效率的方式投入運行的，系統設計也較為簡單。模塊化冷水機組擁有可變水量運行的模式，通過一次泵就可以實現全系統的便水量工作，降低水泵的耗電量，比常規的冷水機組減少了40%左右，模塊化螺桿式冷水機組就解決了這一問題。其安裝空間較小，能解決夜間小系統負荷不大導致的冷水機組無法開啟的問題。[3]制冷效率相對較高，負荷的電能較小。

先進的電氣系統是地鐵交通車輛的一大亮點，隨著科技的發展，電氣線路的組裝的要求不斷提高，組裝的工藝不僅僅要保證導線的合理安裝，更要在地鐵的長期運行中保持高質量的工作狀態，這需要嚴格的電氣工藝的施工，對電氣布線技術成果的總結以及布線方案在地鐵車輛的推廣和應用，才能研究出行之有效的電氣線路組裝技術。[4]

2 環控電控系統的方案設計

（1） 網絡架構設計。地鐵的IMC集成了環控系統的風機、配電、控制功能，采用PLC、變頻器、電動機保護其、只能電力測控儀表等智能單元，使用BAS系統與現場總線方式進行連接，實現了通風空調系統的測量、控制和保護的功能。

（2）進行地鐵空調通風系統的電氣線路接點的布設，是將電氣線路通過設備中間的過度點，鏈接到接線排、接線箱等，采用U形的接點，實行物理上的線路連通。

地鐵車輛采用的布線系統電氣布線設計注意電氣系統布設后要保持可維護性和美觀兼具，第一要素是安全可行。良好的接地保護、防火保護等要做到滿足地鐵車輛中的多樣性需求。采用模塊化的方式，力求電器布線系統的創新和改革，利用已經實際應用過的模塊施工的思想，將布線設計中的不合格率加以降低，通過產品的配置和系統的設計，提高電氣系統過的可靠性，降低風險，

（3）還有一種方案是詞用主控PLC進行單獨的IMCC，配置觸摸屏，進行人機操作界面的設計，智能低壓單元中采用的PLC與IMCC直接連接的方法，主控PLC通過現場總線進行BAS主控的連接，實現通風空調設備的啟動、停止、保護等功能，大部分的環控設備能夠通過BAS實現絕大部分的控制共嗯那個，模式控制中由BAS進行主控功能的完成，設備間的聯動邏輯采用IMCC完成。此方案是采用網管設備進行網絡連接的方式，保證系統的可靠性，使用冗余總線形式，采用單總線的方法，根據設備種類和負荷等級，采用一次母線段進行劃分，使用多條總線和分散的方法規避總線故障帶來的風險。使用電動機保護控制器的方法，組成了網管設備主控PLC冗余總線連接，按照一次母線進行劃分，配置了10英寸觸摸屏，采用冗余總線連接的方法，得到主控的總線控制型的電氣布置方法。[5]

（4）在回路設計上，風機和連鎖電動風閥的聯動關系上，先要將風閥進行開啟，然后啟動風機，意外關閉之后聯動停止風機運行。在隧道的風機射流風機的運行上，采用風轉反轉運行的方式，進行自由的停機，禁止直接轉換，對于軟啟動器要設置旁路功能，對于變頻器要設置工頻旁路功能，對于消防排煙要保證能夠及時報警。

3 方案比較

兩種方案在實際應用中經過比較，設備和網絡選型方面，方案一中的軟啟動器、變頻器和點擊保護控制器等，采用BAS系統的PLC總線協議的方式，實行智能低壓的設備的運行，在品牌上受到很大的限制，必須要采用通信網關品牌的方案提高了費用，可靠性降低。而方案二采用的IMCC和BAS之間的接口進行通信的方式較為靈活，不會對內部的智能設備有過高的要求。

方案一中與BAS接口協調的方面，采用變頻器、軟啟動器、電機保護控制器的方法，對于智能低壓設備的監控和IMCC二次回路的工作原理，接口的協調較大，方案二中的PLC的接口協議比較少，因此智能低壓設備的監控僅僅在IMCC內部才能完成。系統的功能方面，方案二中的BAS系統采用模式轉化和運行優化的策略進行集中管理和信息的匯總，具體的設備的切換、設備的運行等都受到了控制，控制功能分散，故障也分散，提高了可靠性。

4 結語

當前國內地鐵常用的現場總線控制技術包含了MODBUS、FF、LONWORKS等。通信類型各自不同，應用也各有特點，在特定的應用區域內，形成了各自的優勢。IMCC設備選型上開關柜的柜型決定了低壓電氣的品牌，是當前綜合監控系統的智能化控制單元的優選。在網絡架構設計中，盡量應采用同類型網絡的產品，不需要進行額外的編程，就可以實現系統的無縫對接，提高了系統的可靠性和穩定性。

參考文獻：

[1]李小菲.地鐵通風空調系統智能化控制與節能研究[J].建筑工程技術與設計，2015，（6）：15631563.

[2]郭龍旺.地鐵通風空調系統智能化控制與節能研究[J].城市建設理論研究（電子版），2013，（15）.

[3]耿夢斯.基于小波神經網絡的地鐵空調控制研究[D].沈陽建筑大學，2012.

[4]談洪朝，郝盛，陳根榮，等.地鐵隧道智能通風系統[Z].浙江金盾風機股份有限公司.2012.

[5]王曉保，楊欣，代國兵，等.車站通風空調系統智能化控制管理及節能模式實施方案研究[Z].上海申通軌道交通研究咨詢有限公司等，2014.