第2章 機電設備監(jiān)控系統(tǒng)

第2章機電設備監(jiān)控系統(tǒng)第2章機電設備監(jiān)控系統(tǒng)

【問題導入】城市軌道交通機電設備監(jiān)控系統(tǒng)，負責對全線各車站的通風空調設備、給排水設備、自動扶梯、車站照明設備、事故照明電源等車站設備進行全面、有效地自動監(jiān)控,確保設備可靠運行,從而充分發(fā)揮各種設備應有的作用,保證乘客的安全和設備的正常運行?！緦W習目標】1.能掌握BAS系統(tǒng)的功能、系統(tǒng)架構、設備組成及控制流程。2.能說出機電設備監(jiān)控系統(tǒng)有效地監(jiān)控管理整條線路的運作情況?！窘虒W建議】

1．教學場地：在普通教室、能連接互聯(lián)網(wǎng)的多媒體教室及城市軌道交通系統(tǒng)的各種模型實訓室中進行，課后可實地參觀。

2．設備要求：各種城市軌道交通車站的機電設備監(jiān)控系統(tǒng)仿真模型1套，或能播放視頻投影的設備及相關課件、視頻。

3．課時要求：共6課時，其中課堂講授4課時，模擬操作2課時。2.1概述

【理論知識】2.1概述機電設備控制系統(tǒng)是以計算機為基礎的自動化系統(tǒng)，通過計算機系統(tǒng)對所控設備的運行情況進行實時監(jiān)控與動態(tài)跟蹤分析，同時根據(jù)運營要求對這些設備的運行發(fā)出相應的指令進行動態(tài)調整。

系統(tǒng)主要由工作站、服務器、各種設備控制器、終端設備、交換機及網(wǎng)絡系統(tǒng)組成，對通風空調系統(tǒng)、消防報警系統(tǒng)、給排水設備、自動扶梯、照明設備、屏蔽門系統(tǒng)等的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控；對設備的運行進行遠程控制；對空調系統(tǒng)進行節(jié)能控制；在火災發(fā)生的情況下，可接收FAS系統(tǒng)的報警信號，自動控制所有設備轉入防災工作模式，控制排煙風機、通風機、氣體滅火裝置、消防水系統(tǒng)協(xié)調工作，以保證人員和設備的安全。

系統(tǒng)的設計原則：安全、可靠、節(jié)能。系統(tǒng)的架構：BAS系統(tǒng)一般分為中央級、車站級和就地級三個層次。2.1概述圖2-1BAS系統(tǒng)的網(wǎng)絡構成圖2.2BAS系統(tǒng)的組成及主要功能

2.2BAS系統(tǒng)的組成及主要功能1.BAS系統(tǒng)機電設備監(jiān)控系統(tǒng)(EMCS/BAS)是從樓宇自控系統(tǒng)(BuildingAutomaticSystem)的概念引申而來，樓字自控主要是針對大樓的環(huán)控設備進行自動控制，城市軌道交通行業(yè)的BAS系統(tǒng)除了對環(huán)控設備進行監(jiān)控外，還增加了其他一些設備系統(tǒng)。

城市軌道交通BAS系統(tǒng)由設置在控制中心的中央級監(jiān)控系統(tǒng)、設置在各個車站車控室的車站級監(jiān)控系統(tǒng)及就地級監(jiān)控設備組成。系統(tǒng)網(wǎng)絡結構分為車站監(jiān)控系統(tǒng)局域網(wǎng)，城市軌道交通骨干網(wǎng)和OCC控制中心局域網(wǎng)。車站局域網(wǎng)與OCC控制中心局域網(wǎng)均采用冗余的高速以太網(wǎng)，局域網(wǎng)之間通過骨干網(wǎng)進行數(shù)據(jù)和命令的傳輸。由于地下車站的環(huán)控設備系統(tǒng)復雜、耗能多，而地面和高架車站的環(huán)控設備系統(tǒng)簡單、耗能少，所以地下車站應設置BAS系統(tǒng)，地面和高架車站一般不設BAS系統(tǒng)。

2.2BAS系統(tǒng)的組成及主要功能圖2-2BAS控制范圍示意圖2.2BAS系統(tǒng)的組成及主要功能

2.BAS系統(tǒng)的組成（1）中央級監(jiān)控系統(tǒng)BAS中央級監(jiān)控系統(tǒng)由中央級局域網(wǎng)絡組成，

圖2-3BAS系統(tǒng)結構示意圖2.2BAS系統(tǒng)的組成及主要功能

1）中央級局域網(wǎng)：采用高速工業(yè)以太網(wǎng)，網(wǎng)絡冗余配置，采用TCP／IP協(xié)議，通信速率10(Mbit/s)／100(Mbit／s)，通信介質為同軸電纜或五類雙絞線。2）中央級監(jiān)控工作站：在控制中心配置2臺監(jiān)控工作站，執(zhí)行BAS系統(tǒng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集功能，主要用于環(huán)控調度員的日常環(huán)控設備操作、監(jiān)視和調度管理工作。車站級BAS功能：

①

顯示本站的設備狀態(tài)，并可以發(fā)出控制指令；

②

接收并存儲本站設備狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)等信息數(shù)據(jù)；

③

對本站設備、環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)進行分析處理，得到當前的合理運行模式和相關參數(shù)，并向本站各PLC控制器發(fā)出模式指令和參數(shù)；

④

接受OCC控制指令，并指揮PLC控制器執(zhí)行；

⑤

接收車站FAS控制器的火災信號，根據(jù)預定方案向本站各PLC控制器發(fā)出相應的運行模式指令；2.2BAS系統(tǒng)的組成及主要功能圖2-4車站照明系統(tǒng)監(jiān)控畫面2.2BAS系統(tǒng)的組成及主要功能

3）服務器：采用冗余的兩臺服務器，實現(xiàn)全線數(shù)據(jù)的管理。4）維護工作站：主要供維護工程師在控制中心從事全線BAS系統(tǒng)軟件的維護、組態(tài)、運行參數(shù)的定義、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的維護及用戶操作畫面的修改、增加，故障的檢查和資料查詢等。5）打印機：實現(xiàn)事件打印、報表打印和日常維護管理打印功能。6）大屏幕系統(tǒng)：可與其他系統(tǒng)共用，用于顯示全線各站被監(jiān)控設備的工作狀態(tài)，便于調度人員及時了解設備情況。7）不間斷電源：在控制中心設置不間斷電源，保證BAS系統(tǒng)供電電源的穩(wěn)定可靠。

（2）車站級監(jiān)控系統(tǒng)車站級監(jiān)控系統(tǒng)建立在開放的、高可靠性的冗余交換以太網(wǎng)上，局域網(wǎng)上設有車站監(jiān)控工作站(車站服務器)、車站控制器(主控PLC)及綜合后備控制盤(IBP)。車站級監(jiān)控系統(tǒng)主要監(jiān)控隧道及車站的通風系統(tǒng)、空調大系統(tǒng)、空調小系統(tǒng)、冷水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)等設備；監(jiān)測公共區(qū)、設備室等地點的溫濕度；并配置與屏蔽門、人防密閉隔斷門、自動扶梯、電梯、FAS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，對上述設備進行監(jiān)控；同時在車站控制室設置綜合后備控制盤(IBP)，實現(xiàn)緊急狀態(tài)下對環(huán)控設備的手動模式控制。

2.2BAS系統(tǒng)的組成及主要功能

1）車站局域網(wǎng)：采用高速工業(yè)以太網(wǎng)，網(wǎng)絡冗余配置，采用TCP／IP協(xié)議，通信速率10(Mbit／s)／100(Mbit／s)，傳輸介質為光纖、同軸電纜或五類雙紋線。車站局域網(wǎng)把車站的所有BAS設備連接起來，并通過城市軌道交通骨干網(wǎng)實現(xiàn)與中央級局域網(wǎng)的連接。2）車站級監(jiān)控工作站：負責正常及事故情況下對車站各系統(tǒng)設備的監(jiān)視、管理、控制指令的發(fā)出。監(jiān)控工作站接入冗余車站局域網(wǎng)，并通過城市軌道交通骨干網(wǎng)與中央級BAS監(jiān)控工作站通信，接受并執(zhí)行中央級BAS監(jiān)控工作站發(fā)出的控制命令，并將設備運行狀態(tài)信息上傳到中央級監(jiān)控工作站。同時車站監(jiān)控工作站接收和處理由BAS控制器上傳的設備運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并向BAS控制器下達對設備的控制指令。3）車站控制系統(tǒng)：采用硬件冗余的大型PLC產(chǎn)品，組成BAS系統(tǒng)控制網(wǎng)絡，對設備進行監(jiān)視、控制和管理。車站控制系統(tǒng)的主控站PLC接受來自中央監(jiān)控站和車站監(jiān)控站的控制命令、控制模式、設定值的更改和其他關聯(lián)參數(shù)的修改信息，并通過連接在車站冗余控制網(wǎng)絡上的就地控制器，實現(xiàn)對車站所屬設備和區(qū)間隧道通風設備按照一定控制策略進行開?？刂?、聯(lián)鎖控制、模式控制、優(yōu)化控制等控制功能，以及設備運行狀態(tài)、數(shù)據(jù)采集和管理功能，并實時將這些狀態(tài)信息送到車站服務器中。2.2BAS系統(tǒng)的組成及主要功能

4）綜合后備控制盤(IBP)：設置在車站控制室，作為車站監(jiān)控工作站的后備設備，可以對隧道通風系統(tǒng)、車站環(huán)控大系統(tǒng)和小系統(tǒng)設備進行監(jiān)控，是在緊急情況下使用的按鍵式模擬監(jiān)控盤。當發(fā)生火災或列車阻塞，同時車站監(jiān)控站或通信網(wǎng)絡發(fā)生故障時，作為系統(tǒng)操作備用，由行車值班員按不同的事故區(qū)域和性質在IBP盤上啟動對應的運行模式，向BAS控制器(PLC)發(fā)出相應的控制模式命令。5）車站控制網(wǎng)：車站PLC控制器與就地PLC控制器及變頻器之間采用開放式工業(yè)控制網(wǎng)絡ControlNet，該網(wǎng)絡是一種高速確定性網(wǎng)絡，通信速率為10Mbit／s，通信介質為特種電纜用于有苛刻要求應用場合的信息傳輸。為保證BAS系統(tǒng)數(shù)據(jù)和控制指令傳楊的可靠性?？刂凭W(wǎng)絡宜采用雙冗余網(wǎng)絡配置。6）打印機：實現(xiàn)本車站操作記錄、事故記錄、測量數(shù)據(jù)等事件打印和各類數(shù)據(jù)報表的定期打印和圖表的輸出打印。

7）不間斷電源：在車控室設置不間斷電源，保證BAS系統(tǒng)供電電源的穩(wěn)定可靠。2.2BAS系統(tǒng)的組成及主要功能

（3）就地級設備根據(jù)機電設備的設置情況，在被控設備附近設置就地級監(jiān)控設備和就地控制柜等。1）冗余PLC控制器：在環(huán)控機房配置冗余PLC，每臺PLC配主備CPU模塊、電源模塊、通信模塊，確?？刂频目煽啃?。實現(xiàn)對車站、隧道通風系統(tǒng)和空調大、小系統(tǒng)設備的監(jiān)視、控制及管理。2）就地控制器：配置PLC控制器，通過冗余接口連接車站冗余控制網(wǎng)絡，并通過可編程通信接口與FAS控制器、屏蔽門主機、冷水機組控制器、電扶梯、照明控制系統(tǒng)通信，實現(xiàn)對各種設備的運行控制和監(jiān)視功能。3）傳感器及執(zhí)行機構：在城市軌道交通車站設置的傳感器類型有；室內溫濕度傳感器、風管式溫濕度傳感器、水管溫度傳感器、壓差傳感器、流量傳感器、二通調節(jié)閥、旁通調節(jié)閥，用于采集環(huán)境控制所需的各類參數(shù)。2.2BAS系統(tǒng)的組成及主要功能圖2-5車站空調大系統(tǒng)監(jiān)控畫面2.2BAS系統(tǒng)的組成及主要功能圖2-6水系統(tǒng)小系統(tǒng)監(jiān)控水系統(tǒng)2.2BAS系統(tǒng)的組成及主要功能圖2-7車站水系統(tǒng)監(jiān)控畫面

2.2BAS系統(tǒng)的組成及主要功能

3.BAS系統(tǒng)的主要功能（1）系統(tǒng)功能1）空調通風系統(tǒng)應具有以下監(jiān)控功能。①空調機組的啟?？刂疲伙L機狀態(tài)顯示；過載報警；過濾網(wǎng)狀態(tài)顯示及報警；就地／遙控指示；新、送、混、回風溫度檢測；新、送、混、回風濕度檢測；空調機冷凍水流量調節(jié)；對變速風機進行變風量控制；接收FAS系統(tǒng)的指令，對風機聯(lián)動控制；風機、風閥、調節(jié)閥之間的連鎖控制及風閥的狀態(tài)顯示。

②隧道風機的啟停控制；正反轉控制；風機狀態(tài)顯示；過載報警；就地／遙控指示；接收FAS系統(tǒng)的指令，對隧道風機聯(lián)動控制。

③

送排風機的啟停控制；風機狀態(tài)顯示；過載報警；送風溫度、濕度檢測；排風溫度、濕度檢測；就地／遙控指示；接收FAS系統(tǒng)的指令，對送排風機聯(lián)動控制。

2）空調制冷冷水系統(tǒng)應具有以下監(jiān)控功能。

①冷水機組的啟?？刂?；運行狀態(tài)顯示；過載報警；就地／遙控指示；冷凍水進出口溫度、壓力檢測；冷卻水進出口溫度、壓力檢測；運行時間和啟停次數(shù)記錄。2.2BAS系統(tǒng)的組成及主要功能

③

冷卻水系統(tǒng)的冷卻水泵啟?？刂萍盃顟B(tài)顯示；冷卻塔風機啟?？刂萍盃顟B(tài)顯示；冷卻水泵、冷卻塔風機過載報警；水路電動閥開啟、關斷控制及狀態(tài)顯示；冷卻水泵、電動蝶閥就地／遙控顯示。

④制冷系統(tǒng)的控制系統(tǒng)應預留數(shù)據(jù)通信接口，以獲取冷水機組和水系統(tǒng)的有關參數(shù)。3）對正常照明系統(tǒng)應能定時和實時控制其開、關狀態(tài)，并接收其運行的反饋信號。4）對給排水系統(tǒng)應具有以下監(jiān)控功能：水泵啟停控制；水泵運行狀態(tài)顯示；水泵故障報警；水位顯示及危險水位報警；水泵運行時間統(tǒng)計，主、備泵運行切換控制；車站用水量記錄。5）防淹門系統(tǒng)和兼顧民防系統(tǒng)應具有以下監(jiān)控功能。顯示防淹門、防護隔斷門、防護密閉門、密閉門的開／關狀態(tài)；接收防淹門、防護隔斷門、防護密閉門、密閉門的故障報警信號，并將報警信號送FAS系統(tǒng)。6）對自動扶梯，BAS應對其進行控制，并具有運行狀態(tài)顯示和故障報警。7）對屏蔽門系統(tǒng)，BAS應具有運行狀態(tài)顯示和故障報警，在火災等緊急情況下，應手動進行控制。2.2BAS系統(tǒng)的組成及主要功能

（2）分級功能1）中央級功能。中央級監(jiān)控工作站具有良好和靈活的人機界面，使監(jiān)控人員可監(jiān)視全線各車站的通風、空調、給排水、電扶梯、照明、屏蔽門、人防門等系統(tǒng)的運行狀態(tài)及對相關設備進行控制。操作員站具備完善的報警功能，可將報警信息進行分類、篩選、重組織，建立一個報警系統(tǒng)。同時還具有FAS系統(tǒng)災害報警下各系統(tǒng)啟動火災模式，進行連鎖聯(lián)動，組成全系統(tǒng)的安全體系。中央級系統(tǒng)可對歷史數(shù)據(jù)記錄進行處理、裁剪、分析和統(tǒng)計，具有統(tǒng)計、文件處理、歸檔及報表功能。2）車站級功能。可以監(jiān)視車站各系統(tǒng)設備運行狀態(tài)和參數(shù)，具有PID調節(jié)控制功能、邏輯控制和模式控制功能。控制器根據(jù)環(huán)境參數(shù)對環(huán)控系統(tǒng)設備進行運行工況的轉換，并進行最優(yōu)化的控制，達到節(jié)能運行的目的。3）就地級功能。就地級控制器通過車站控制網(wǎng)與車站主控PLC通信，接受控制指令并對現(xiàn)場設備進行就地控制，同時將設備運行狀態(tài)和參數(shù)傳送到車站主控PLC上。2.3BAS系統(tǒng)的運行管理2.3BAS系統(tǒng)的運行管理1.BAS系統(tǒng)操作BAS系統(tǒng)屬于應用級操作系統(tǒng)，配置交互性操作界面，根據(jù)相應提示菜單即可完成操作。BAS系統(tǒng)必須由專業(yè)人員（OCC為環(huán)控調度員、車站控制室