地鐵人防信號集中顯示系統概述

1 引言

隨著全國各大城市地鐵修建里程越來越長， 地鐵除了運載旅客外，同時還兼人防功能。 地鐵工程作為非常重要的人防工程，其人防功能平時極少使用，但在戰時情況下又必須立即啟動，所以監控人防設施的各種狀態就顯得非常重要，地鐵人防信號集中顯示系統應運而生， 該系統必須有較高的可靠性及安全性。 地鐵人防信號集中顯示系統與車站諸多專業關系密切，因此在設計、施工時需進行周密考慮。 該系統應滿足平時防災、戰時防空，實現防空防災一體化，使地鐵工程的社會效益、經濟效益和戰略效益得以充分發揮[1]。

2 地鐵人防信號集中顯示系統應用現狀

地鐵人防信號集中顯示系統是將某一防護單元內車站內部及區間所有人防設備的狀態進行信號采集和顯示、控制，方便戰時掌握人防設備狀態的整體情況， 國內現有的模式主要有兩種，一種是北京地鐵，主要是把地鐵人防信號集中顯示系統獨立地設置在地鐵車站人防控制室內。 另外一種是除北京外的全國其他地方， 主要是把部分人防信號如地鐵區間隔斷門的狀態信號顯示在車控室BAS 系統內，沒有單獨設置人防信號集中顯示系統和人防控制室[2]。

3 地鐵人防信號集中顯示系統構成、原理以及主要特點

人防信號集中顯示系統主要由人防集中信號顯示臺、人防雙電源配電箱、防護段原地信號箱、清潔風道風機電氣控制柜、信號采集行程開關、等電位接地端子箱、磁石電話等設備組成。

地鐵人防信號顯示系統是將某一防護單元內車站內部及區間所有人防設備的狀態進行信號采集和顯示， 方便戰時掌握人防設備狀態的整體情況， 特別是對區間隔斷門的開關狀態的顯示，平時能減少事故的發生，戰時可快速實現防護單元的獨立。 每一套人防信號顯示系統與防護單元內各防護段的防護設備形成一個完整獨立的體系。

每個設防地鐵車站根據設防等級設置獨立1 套獨立的、以PLC 為核心的顯示設備， 信號顯示系統包含所有完成操作和監視程序所需要的控制顯示設備（包括PLC、電源模塊、I/O模塊、顯示器等）、斷路器、接觸器、轉換開關、按鈕、繼電器、指示燈、限位開關、報警蜂鳴器、直流24 V 電源等。

信號顯示系統的核心設備為可編程控制器（PLC），平均無故障時間長，可靠性高，設備帶點能力強；PLC 設備模塊化，方便維護和更換，可擴展多個I/O 模塊，方便日后增加擴展[3]。

3.1 人防信號集中顯示系統的工作環境、原理以及工作技術參數

人防信號集中顯示系統設備的工作環境要求如下：

1）海拔高度1 000 m 以下，室內安裝；

2）無水滴、蒸汽、灰塵及油性灰塵場所；

3）無腐蝕、易燃性氣體、液體；

4）無漂浮性的塵埃及金屬微粒；

5）無強烈振動及電磁噪聲干擾場所；

6）使用環境溫度為時-10~40 ℃，相對濕度85%以下（無結露）。

人防信號集中顯示系統供電電源是由車站內動照專業提供的一級負荷供電。 具體的技術要求是：由動力照明專業提供兩回不同400 V 母線段的電源至人防信號室內雙電源切換配電箱，人防信號系統配電采用TN-S 形式，以放射式供電至人防信號顯示臺及車站各出入口、安全口、隔絕風道、區間正線及區間風井等人防原地信號箱。

再由動力照明專業提供兩回不同400 V 母線段的電源至清潔風道處雙電源切換箱，為該處的人防清潔風機提供動力電源。

人防集中信號顯示系統為基于MPI 的顯示系統。 顯示系統是由國內國際知名品牌的PLC 及其I/O 擴展模塊、 電源模塊組成，具有以下特點。

1）A/D、D/A 轉換精度及轉換速度高， 一個模塊帶3 路A/D，1 路D/A，A/D、D/A 轉換速度高達125μs，為保證系統的采樣、控制精度及調節速度提供了基本的物理條件。

2）CPU 運算速度快，0.37μs/位，指令豐富：具有浮點運算、指針運算、中斷、通信響應、PID 運算、PWM 脈沖輸出等功能，存儲容量大，充分適應現代控制技術，如最優控制、自適應控制、變結構控制等控制算法的要求。

3） 輸入/ 輸出點多，響應快，24 輸入/16 輸出，每點可設置濾波參數，4 個20 kHz 高速計數器，2 個高速輸出口， 適應實時控制的要求。

4）通信組網能力強，配有2 個232/485 通信口，可方便連接232/485/422 等通信接口，以適應監控系統的要求。

5）可靠性高，將CPU 模塊，輸入/ 輸出I/O 模塊，通信模塊高度集成一體，簡化結構，使用方便。

系統觸摸屏采用了Multi Panel IP1500 多功能面板，Multi Panel IP1500 采用了64 k 色的TFT 顯示屏，其分辨率為1 024×768，性能水平較早先的設備有所增強。 Multi Panel IP1500 操作系統基于Microsoft Windows CE 5.0， 其多媒體功能得到了極大的增強， 并且設備預裝了用于pocket PC 的Internet Explorer 6.0 ，從而擴展了顯示Web 頁面的方式。 設備集成了剩余免維護消息緩沖區， 為PLC 數據提供了剩余存儲區以支持WinAC MP 2007。 Multi Panel MP 377 提供了多種用途、高性能[4]。

3.2 人防集中信號顯示系統主要功能和特點

人防集中信號顯示系統有以下主要功能：

1）采用PLC 控制、觸摸屏顯示出入口、安全口、風道、區間風井的防護密閉門及密閉門的開關狀態； 區間正線隔斷門的開、關門及報警狀態；

2）觸摸屏顯示區間正線隔斷門的開、關門及報警狀態；

3）顯示風道人防清潔風機的運行、停止和故障狀態，就地和遠程控制人防清潔風機的開啟和停止；

4）在各防護段及人防信號室內設置磁石電話系統，保障戰時各防護段能與人防信號室保持電話通信；

5）設置操作控制權限；

6）電氣聯鎖和保護，系統控制回路應具有短路等保護、互鎖等功能；

7）有關專業其他要求。

人防集中信號顯示系統的主要特點如下。

1）畫面直觀。 地鐵人防系統信號集中顯示臺畫面中所有監控的設備均采用圖形配合文字的方式表示， 并伴隨動畫顯示，所有設備狀態信息一目了然。

2）操作簡便。 通過點擊觸摸屏畫面中的按鈕可以查看任意設備的運行狀態。

3）實時性強。 系統信號處理時間短，速度快，能夠及時準確地顯示監控數據的信息狀態。

4）高可靠性。所有的I/O 輸入信號均采用斷電器隔離，使工業現場的外電路與控制器內部電路之間電氣上隔離。 各模塊均采用屏蔽措施，以防止噪聲干擾。 系統供電所用的開關電源性能優良，并且系統具有良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟、硬件發生異常情況，CPU 立即采取有效措施，以防止故障擴大。

為了使操作人員及時地了解和掌握整個地鐵站各防護設備的運行狀態，本系統建立了以下各類監控顯示畫面。

1）起始畫面：系統啟動即進入起始畫面，選擇“點擊進入”按鈕可進入系統。

2）站內平面圖：如圖1 所示點擊起始畫面的“點擊進入”，畫面進入“站內平面圖”，站內平面圖畫面顯示所有地鐵人防系統各防護設備的平面圖形狀態。

圖1 系統平面狀態顯示圖

3）系統框圖：點擊畫面下方按鈕“系統框圖”，畫面切換到“系統框圖”，系統框圖顯示出車站所有監控設備概況。

4）報警監控操作：區間隔斷門不在開或者關時，系統會發出聲音報警（注意：只有在報警開啟時會發出聲音報警）。

區間隔斷門監控畫面中，上部的“報警開關”按鈕設計為報警投入與切除功能，按下“報警開關”按鈕后下方的報警開關狀態顯示“報警開啟”，再次按一下“報警開關”按鈕則顯示“報警關閉”，報警狀態顯示當前有無報警。

5）人防風機啟停操作畫面：在起始畫面中點擊“點此進入”即可進入“站內平面圖”畫面，在圖中找到風道風機的狀態指示及蓋板的位置。 點擊開啟或者關閉來操作人防清潔風機的啟停。

4 人防信號集中顯示系統主要設備

4.1 人防雙電源配電箱

人防雙電源配電箱設置于車站人防信號控制室內， 用于給人防信號顯示臺及各防護段原地信號箱供電。 原地信號箱采用單相AC 220V 供電，人防信號顯示臺采用三相AC 380 V供電。

4.2 人防信號集中顯示臺

人防信號顯示臺由臺體、空開、觸摸屏、一體化PLC、擴展模塊、24 V 繼電器、端子排等組成，是人防信號集中顯示系統的核心設備。

人防信號顯示臺設置于車站人防信號控制室內， 外觀為琴臺式設計。 內部安裝PLC 成套裝置， 用于采集防護單元各防護段內人防設備的狀態信息。 盤面上配置一塊觸摸屏，用于顯示防護單元內各防護段的人防設備狀態信息。

4.3 防護段人防原地信號箱

防護段原地信號箱是用于就地監測防護段人防設備開、關到位的狀態。 一般來說，出入口、風道原地信號箱只用于監測人防設備的關到位狀態。 而區間隔斷門需監測人防設備的開、關到位狀態。 因為區間人防設備如果不能打開閉鎖到位，會對行車安全造成極大隱患，從而引發事故，所以區間上的人防設備均需對關門到位狀態進行監測。 當區間防護設備處于游離狀態（既非開到位也非關到位）時，將引發報警，提醒工作人員檢查區間人防設備。 所有狀態信息均通過硬接線方式接至人防信號顯示臺PLC 裝置內。

4.4 風道人防清潔風機控制柜

風道人防清潔風機控制柜用于風道內清潔風機的監控，并將清潔風道內人防設備的狀態指示集成于柜內。 相較于其他原地信號箱，該處狀態信息多了風機運行、停止、故障狀態；風機蓋板的開、關狀態；密閉小門的開、關狀態。 所有狀態信息均通過硬接線方式接至人防信號顯示臺PLC 裝置。

4.5 磁石電話裝置

各防護段原地信號箱及清潔風道風機控制柜內均設置磁石電話接口端子，每個防護單元內共配置4 部磁石電話機。 當正常通信系統失效后，可利用磁石電話與防護段進行通話。 其中一部磁石電話安裝于人防信號顯示臺處， 另外3 部根據使用地點需求隨用隨接， 將磁石電話接于原地信號箱內接線端子即可使用，與人防信號室進行通話[5]。

5 與各專業接口及要求

5.1 與動照專業接口及要求

人防雙電源配電箱需動照專業提供不同400 V 低壓母線的雙回電源，容量為10 kW，戰時二級負荷。

清潔風道風機控制柜需動照專業提供不同400 V 低壓母線的雙回電源，容量為5 kW，戰時二級負荷。

動照專業應在人防信號室內設置接地端子排。 供人防信號顯示臺接地使用。

5.2 與BAS 專業接口及要求

人防信號顯示臺與近端環控電控室BAS 機柜應采用MODBUS 通信。通信接口采用RS485 接口，冗余配置，通信電纜為屏蔽雙絞線。 人防信號顯示系統向BAS 系統傳輸本防護單元內出入口、安全口、風道、區間風井的防護密閉門及密閉門的狀態信號；區間隔斷門的開、關門及報警狀態以及車站風道內人防清潔風機運行、故障、停止狀態。

5.3 與通信專業接口及要求

通信專業依據人防專業提供的防護段電話地點要求，實施人防信號室和防護段之間的通信電話系統。 另需在各防護段設置視頻監控裝置，并負責將視頻圖像上傳至TCC。

5.4 與綜合監控（I SCS）專業接口

人防信號集中顯示系統（RF）與綜合監控（ISCS）系統的接口類型采用以太網口連接方式。 人防系統（RF）將人防設備狀態信息傳輸給綜合監控（ISCS）系統，綜合監控（ISCS）系統再將人防設備狀態信息上傳至路網指揮中心（TCC）

6 設計與施工要求

1）人防信號顯示臺落地安裝，帶槽鋼基礎，進出線方式為下進下出，防護等級為IP30。

2）人防雙電源配電箱采用掛墻明裝，進出線方式為上進下出，防護等級為IP55。

3）原地信號箱采用掛墻明裝，進出線方式為上進上出，防護等級為IP55。

4）清潔風道風機控制柜采用掛墻明裝，進出線方式為上進上出，防護等級為IP55。

5）供電電纜采用WDZAN-YJY-0.6/1kV 型電纜。

6）信號電纜采用WDZAN-KYJYP-450/750V 型電纜。

7）電纜敷設采用鋼制線槽及穿套接緊定式鋼管的敷設形式。

8）電纜接至人防門體上時應采用金屬波紋軟管，并固定牢固可靠，不可出現關門擠壓套管的現象。

9）所有電纜穿越人防墻處應以裸纜穿過，并應做防護密閉處理。

10）穿越人防墻電纜的總面積不宜大于穿墻套管面積的25%。

11）所有線管、線槽穿過車站內防火分區、防煙分區隔墻、豎井側墻、 穿越車站中板孔洞及電纜引入電氣箱柜的開孔部位，均需進行有效防火封堵。

12）所有穿過防護密閉墻、密閉墻的電氣管線均應預埋防護密閉穿墻套管，并應有防護密閉措施。 有防電磁渦流要求的應選用無磁性不銹鋼管， 預埋穿墻保護管應選用厚壁熱鍍鋅鋼管，管壁厚度不小于4 mm。

13）電纜橋架不得直接穿過臨空墻、防護密閉隔墻、密閉隔墻，當必須通過時應改為穿管敷設，并應符合防護密閉要求。

14）由防護密閉門的門框墻引出至防護密閉門外的照明線路，應在門框墻內安裝熔斷器保護或單獨設照明回路。 進、出人防工程的照明線路應采用護套線。

15）人防信號集中顯示系統采用聯合接地形式，接地電阻要求不大于0.5 Ω。 人防雙電源配電箱及人防信號顯示臺用WDZ-YJY-0.6/1kV 1×35mm2電纜就近接至車站弱電井接地端子箱[6]。

7 結語