南京地鐵二號線車站設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

南京地鐵二號線共有16個地下車站、2個地面車站與高價站1座，地鐵操縱中心(0CC)大樓(已建),全長25.145公里，使用了集散操縱系統(tǒng)(DCS)對地鐵全線環(huán)控設(shè)備及其它車站機(jī)電設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控，由于引進(jìn)了樓宇操縱概念，地鐵車站設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)亦被稱之BAS(BuildingAutomationSystem)系統(tǒng)。系統(tǒng)對全線環(huán)控系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，并對全線車站的扶梯、給排水設(shè)備、應(yīng)急電源進(jìn)行監(jiān)視報(bào)警。2.1.地鐵BAS系統(tǒng)在地鐵環(huán)控中的要緊作用：操縱全線車站及區(qū)間的環(huán)控及其它機(jī)電設(shè)備安全、高效、協(xié)調(diào)的運(yùn)行，保證地鐵車站及區(qū)間環(huán)境的良好舒適，產(chǎn)生最佳的節(jié)能效果，并在突發(fā)事件(如火災(zāi))時指揮環(huán)控設(shè)備轉(zhuǎn)向特定模式，為地鐵乘車環(huán)境提供安全保證。(1)監(jiān)控并協(xié)調(diào)全線各車站及0CC大樓通風(fēng)空調(diào)設(shè)備、冷水(2)監(jiān)控并協(xié)調(diào)全線區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行。(3)對車站機(jī)電設(shè)備故障進(jìn)行報(bào)警，統(tǒng)計(jì)設(shè)備累積運(yùn)行時(5)接收地鐵防災(zāi)系統(tǒng)(FAS系統(tǒng))火災(zāi)接收報(bào)警信息并觸發(fā)BAS系統(tǒng)的災(zāi)害運(yùn)行模式，操縱環(huán)控設(shè)備按災(zāi)害模式運(yùn)行。(6)通過與信號ATS接口接收區(qū)間堵車信息，操縱有關(guān)環(huán)控(7)緊急狀況下，可通過車站模擬屏操縱環(huán)控設(shè)備執(zhí)行有關(guān)(8)監(jiān)視全線各站及隧道區(qū)間給排水、自動扶梯等機(jī)電設(shè)備(9)管理資料并定期打印報(bào)表。(10)與主時鐘接口，保證BAS系統(tǒng)時鐘同步。3.1.環(huán)控系統(tǒng)構(gòu)成：大系統(tǒng)——車站公共區(qū)(站廳/站臺)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)；小系統(tǒng)——車站設(shè)備用房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)；水系統(tǒng)——地下站冷水機(jī)組系統(tǒng)；隧道通風(fēng)系統(tǒng)——執(zhí)行隧道區(qū)間正常及緊急情況下通風(fēng)排煙工況的環(huán)控子系統(tǒng)。3.2.BAS系統(tǒng)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)的配置：以集慶門站為例，納入BAS監(jiān)控的環(huán)控設(shè)備總數(shù)約100臺(包含風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥與水系統(tǒng)設(shè)備等),環(huán)控監(jiān)控總點(diǎn)數(shù)約430點(diǎn)(包含溫濕度等參數(shù)檢測約60點(diǎn)),車站監(jiān)控點(diǎn)數(shù)分布情況如下：(1)隧道通風(fēng)系統(tǒng)：BAS系統(tǒng)對4臺隧道風(fēng)機(jī)及聯(lián)動風(fēng)閥、兩臺推力風(fēng)機(jī)與組合風(fēng)閥進(jìn)行監(jiān)視操縱，監(jiān)視風(fēng)機(jī)過載故障報(bào)警信號，檢測兩端隧道入口溫濕度，共計(jì)點(diǎn)數(shù)DO20點(diǎn)、DI28點(diǎn)，(2)車站大通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)：BAS系統(tǒng)對空調(diào)機(jī)、新風(fēng)機(jī)、回排風(fēng)機(jī)及聯(lián)動風(fēng)閥與調(diào)節(jié)風(fēng)閥等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視操縱，監(jiān)視風(fēng)機(jī)過載故障報(bào)警信號，檢測新/排/混/送風(fēng)及站廳/臺溫濕度，操縱組合風(fēng)柜出水二通閥開度來調(diào)節(jié)空調(diào)器送風(fēng)溫度，共計(jì)DO44點(diǎn)、(3)車站小通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)：BAS系統(tǒng)對空調(diào)機(jī)、送/排風(fēng)機(jī)及聯(lián)動閥、調(diào)節(jié)閥監(jiān)視操縱，檢測設(shè)備/管理用房溫濕度，操縱小空調(diào)器出水二通閥開度來調(diào)節(jié)有關(guān)設(shè)備房的溫度，共計(jì)DO41點(diǎn)、(5)其它：扶梯、給排水、緊急照明共計(jì)DI54點(diǎn)、DO23.3.對環(huán)控設(shè)備監(jiān)控內(nèi)容配置的幾點(diǎn)注意事項(xiàng)在監(jiān)控點(diǎn)的編制上，合理、全面的監(jiān)控點(diǎn)數(shù)的編制能夠使系統(tǒng)監(jiān)控功能更加完善，軟件編程更加簡單、合理、可靠。根據(jù)廣州地鐵一號線的經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)注意下列幾點(diǎn)：(1)每臺環(huán)控設(shè)備帶有BAS系統(tǒng)中“就地/遠(yuǎn)方”,“環(huán)控/車控”兩個轉(zhuǎn)換開關(guān)，分別位于設(shè)備現(xiàn)場與環(huán)控電控室。由于設(shè)計(jì)上的點(diǎn)數(shù)限制(每站10個手/自動信號),BAS系統(tǒng)僅對隧道風(fēng)機(jī)，大系統(tǒng)空調(diào)機(jī)、送排風(fēng)機(jī)等重要設(shè)備的“就地/遠(yuǎn)方”轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行監(jiān)視，并將部分設(shè)備的“就地/遠(yuǎn)方”轉(zhuǎn)換開關(guān)信號進(jìn)行合并，如空調(diào)機(jī)手/自動信號為車站一端兩臺空調(diào)機(jī)的“就地/遠(yuǎn)方”并聯(lián)信號。由于BAS系統(tǒng)無法獲知設(shè)備的具體操縱權(quán)限，操縱帶有一定的盲目性，因此很有必要在BAS系統(tǒng)中對所有環(huán)控設(shè)備“就地/遠(yuǎn)方”與“環(huán)控/車控”轉(zhuǎn)換開關(guān)的位置進(jìn)行監(jiān)視，確保操縱的合理性與可靠性；(2)在對電動風(fēng)閥(包含蝶閥)的操縱中，一號線為節(jié)約監(jiān)控點(diǎn)數(shù)，使用了一個輸出點(diǎn)的中間繼電器常開、常閉接點(diǎn)來操縱風(fēng)閥(水閥)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)；并僅用一個DI點(diǎn)檢測風(fēng)閥全開信號。這種單D0,單DI的監(jiān)控方式使BAS不能根據(jù)設(shè)備的動作情況撤消輸出命令。輸出信號的長期存在，給設(shè)備的正常運(yùn)行造成了故障隱患，增加了軟件編程的難度：如當(dāng)系統(tǒng)模式工況轉(zhuǎn)換過程中時，風(fēng)閥進(jìn)行開關(guān)轉(zhuǎn)換，相應(yīng)風(fēng)機(jī)由于無法獲知風(fēng)閥是否處于轉(zhuǎn)換過程中而被迫關(guān)停無須動作的風(fēng)機(jī)。因此，關(guān)于該類設(shè)備的監(jiān)控仍應(yīng)使用2個DO點(diǎn)分別操縱開與關(guān)與使用2個DI點(diǎn)檢測風(fēng)閥開到位與關(guān)到位信號，以表示全開、全關(guān)、中間狀態(tài)。(3)冷水機(jī)組若本身帶有自動操縱功能，如離心機(jī)組，可考慮BAS僅負(fù)責(zé)總的起停命令，有關(guān)水泵等設(shè)備BAS系統(tǒng)僅負(fù)責(zé)監(jiān)視。并設(shè)置數(shù)據(jù)接口接收對冷水機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，對機(jī)組運(yùn)行集中科學(xué)管理。同時盡量減少檢測參數(shù)的重復(fù)設(shè)置(如地鐵一號線，BAS同活塞機(jī)組同時設(shè)置水流開關(guān))以簡化操縱，節(jié)約投資。系統(tǒng)在接收到FAS系統(tǒng)火災(zāi)報(bào)警信號后啟動相應(yīng)的火災(zāi)模式。關(guān)于地鐵而言，由于車站級火警信息量不是很大(每站約30個火警信息),除通過數(shù)據(jù)接口外還可考慮通過硬線(I/0)連接的方式完成，使用硬線I/0方式連接替代通信接口的使用，可增加系統(tǒng)(1)使用分層局域網(wǎng)(LAN)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)幾點(diǎn)到點(diǎn)的操縱網(wǎng)絡(luò)，車站間使用以太網(wǎng)(TCP/IP協(xié)議)通信，車站級(2)靈活的輸入/輸出配置，PCU、UC輸入點(diǎn)可在軟件中配(3)編程組態(tài)使用點(diǎn)的概念，直接在操縱點(diǎn)上完成邏輯、(4)作為典型的樓控產(chǎn)品，提供多種節(jié)能操縱程序模塊，如4.2.BAS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)地鐵車站設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)分中央級、車站級、就地級三級對環(huán)控設(shè)備及其它機(jī)電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖如下：PCU:過程操縱單元，8輸入8輸出，可擴(kuò)展至32輸入或者16入16出UCI:單元操縱器接口，可下帶最多32個單元操縱器UC,使用主從通訊方式進(jìn)行通信，監(jiān)控點(diǎn)數(shù)可多達(dá)512點(diǎn)MPI:模擬屏驅(qū)動接口HLI:高級數(shù)據(jù)接口通常在車控室放置3塊UCI,其中兩塊UCI分別負(fù)責(zé)監(jiān)控車站兩端的環(huán)控設(shè)備并實(shí)現(xiàn)環(huán)控電控房模擬屏操縱功能，另外一塊UCI負(fù)責(zé)站廳/臺與部分設(shè)備用房溫濕度檢測并接收FAS火警信號與對車控室模擬屏與其他系統(tǒng)(扶梯，給排水等)設(shè)備的監(jiān)控。冷水機(jī)房設(shè)置一塊PCU負(fù)責(zé)對冷水機(jī)組進(jìn)行監(jiān)控；每端空調(diào)機(jī)房設(shè)置一塊PCU檢測風(fēng)室及設(shè)備/管理用房的溫濕度，并負(fù)責(zé)操縱空調(diào)機(jī)出水二通閥的開度。每端環(huán)控電控室設(shè)置2~4塊PCU輔及冷水機(jī)組的數(shù)據(jù)接口HLI,用來接收第三方設(shè)備的數(shù)據(jù)。4.3.中央級局域網(wǎng)的配置中央級設(shè)置工作站及備份站各一套，工作站同備份站實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)級別的熱備。0CC局域網(wǎng)有與信號ATS及通信主時鐘的數(shù)據(jù)接口及模擬屏一塊，網(wǎng)絡(luò)配置如下：4.4.車站模擬屏的設(shè)置：作為緊急情況下、或者BAS工作站故障情況下的緊急后備操作手段，分別在每站的車控室與兩端環(huán)控電控室設(shè)置了地圖式模擬屏。模擬屏的操作要緊以執(zhí)行區(qū)間事故及車站火災(zāi)模式為主，模擬屏的設(shè)置應(yīng)遵循下列原則：(1)模擬屏應(yīng)突出隧道區(qū)間及車站事故運(yùn)行模式下的執(zhí)行，模式執(zhí)行完畢或者執(zhí)行失敗應(yīng)有相應(yīng)的反饋指示。(2)帶有鑰匙轉(zhuǎn)換開關(guān)。能夠?qū)ぷ髡?、車控室模擬屏、環(huán)控電控室模擬屏操作權(quán)限進(jìn)行轉(zhuǎn)換，保證操縱命令由唯一的地點(diǎn)(3)模擬屏是以按鍵來觸發(fā)相應(yīng)模式的執(zhí)行。作為緊急操作手段，模擬屏應(yīng)具有超弛其他操縱指令的能力，比如，當(dāng)操作站軟件設(shè)定設(shè)備操縱方式為單控(點(diǎn)對點(diǎn)操縱)而非程序(模式)操縱時用模擬屏執(zhí)行的模式指令應(yīng)能超弛該單控命令，為此模擬屏操縱模式軟件算法應(yīng)獨(dú)立于操作站模式軟件算法。在系統(tǒng)軟件中要考慮該部分軟件資源的配置。(4)最好配置獨(dú)立于主操縱器的的模擬屏操縱器，同主操縱器共享I/0,增強(qiáng)緊急操縱的可靠性。5環(huán)控工藝模式的實(shí)現(xiàn)根據(jù)季節(jié)、負(fù)荷、突發(fā)事故(火災(zāi)、列車堵塞)等情況，環(huán)控專業(yè)制定了大量的環(huán)控模式，操縱環(huán)控設(shè)備在不一致的條件下運(yùn)行不一致的工況模式。包含大系統(tǒng)、小系統(tǒng)、水系統(tǒng)與隧道通風(fēng)等環(huán)控工藝模式，以陳家祠為例約有環(huán)控工藝模式近百個。5.1.硬件配置系統(tǒng)要緊使用兩種操縱器完成環(huán)控系統(tǒng)的操縱工藝流程，即PCU與UCI,下列是其要緊性能：(1)過程操縱單元PCU:多達(dá)640個點(diǎn)地址可自由組態(tài)，包含軟件內(nèi)部點(diǎn)(Internalpoints)與間接點(diǎn)(Indirectpoints),提供最多可擴(kuò)展至96K的用戶程序存儲器，提供布爾邏輯、時間表、節(jié)能算法等擴(kuò)展功能供軟件編程組態(tài)，同時提供多種DDC操縱算法模塊如：事件(Eventsequence)、PID、浮點(diǎn)操縱(2)單元操縱器接口UCI:總共640個地址空間可自由組態(tài)，提供24K用戶程序存儲器，具有布爾邏輯、時間表、節(jié)能算法等擴(kuò)展功能供軟件編程組態(tài)。由于地鐵環(huán)控工藝復(fù)雜，模式工況眾多，在系統(tǒng)配置上要充分考慮操縱器CPU資源與內(nèi)存資源的配置，留有充分的裕量。在廣州地鐵一號線BAS系統(tǒng)中，由于大部分環(huán)控設(shè)備要緊由本端的率高達(dá)80%以上，CPU負(fù)載最高達(dá)95%以上),降低了設(shè)備運(yùn)行的可靠性，同時一些優(yōu)化操縱算法也受制于資源分布而難以實(shí)現(xiàn)。此外這種把幾乎全部監(jiān)控功能集中于UCI的做法也不符合DCS系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分散的原則：當(dāng)一個UCI發(fā)生故障將會導(dǎo)致BAS系統(tǒng)對車站一端環(huán)控設(shè)備的操縱癱瘓，最好應(yīng)考慮大、小系統(tǒng)及隧道通風(fēng)系統(tǒng)各自使用獨(dú)立DDC操縱器(即UCI)進(jìn)行操縱。5.2.設(shè)備基本保護(hù)與自動模式的實(shí)現(xiàn)以車站大系統(tǒng)為例，環(huán)控系統(tǒng)設(shè)備如下圖圖3集慶門站A端大系統(tǒng)原理圖通常，環(huán)控設(shè)備低壓二次回路設(shè)計(jì)只考慮單體設(shè)備的保護(hù)聯(lián)鎖要求，即風(fēng)機(jī)同其聯(lián)動風(fēng)閥的聯(lián)鎖，因此需要BAS系統(tǒng)從系統(tǒng)出發(fā)考慮設(shè)備的保護(hù)與優(yōu)化運(yùn)行，要緊考慮的方面有下列幾點(diǎn)。(1)確保環(huán)控模式風(fēng)路的暢通(2)當(dāng)設(shè)備故障時可及時啟動備用設(shè)備(3)環(huán)控主/備用設(shè)備應(yīng)平衡運(yùn)行(4)避免設(shè)備的頻繁動作(5)優(yōu)化開關(guān)機(jī)順序以集慶門站A端大系統(tǒng)空調(diào)器(圖3)為例，程序邏輯關(guān)系ifS3-1orS3-2isthenoutput(Runtimechange)=1thenoutput(Runtimechange)=0thenRuntimechangenot*以上求得Runtimechange邏輯值ifmode(LD<50%)&(~Runtimechange)|mode(LD>50%)ifmode(LD<50%)&Runtimechange|mode(LD>50%)*設(shè)備平衡運(yùn)行ifS3-1mode|(S3-2mode&anyS3-2thenoutput(S3-1Call=1)ifS3-2mode|(S3-1路路說明：&——邏輯與；|——邏輯或者；~——邏輯非mode(LD<50%)表示所有負(fù)荷小于50%的工藝模式，即開單臺空調(diào)機(jī)的模式通過以上例子，在實(shí)現(xiàn)環(huán)控設(shè)備程序操縱要緊從下列幾方面考慮設(shè)備基本運(yùn)行要求：(1)將模式的主備用轉(zhuǎn)換變?yōu)閱误w設(shè)備的轉(zhuǎn)換，合并備用模式。減少了模式轉(zhuǎn)換的頻率，提高了模式執(zhí)行的效率。(2)在設(shè)備未運(yùn)行時，通過主備用設(shè)備運(yùn)行時間的比較，決定下次模式執(zhí)行時開啟哪一臺設(shè)備(包含聯(lián)動風(fēng)閥),設(shè)備開啟后，該值保持不變，避免運(yùn)行中的設(shè)備轉(zhuǎn)換。(3)對設(shè)備的故障情況進(jìn)行實(shí)時檢測，若有自身設(shè)備故障或者有關(guān)設(shè)備故障，則啟動另一臺備用設(shè)備。故障信號為設(shè)備過載故障與命令/反饋不一致與超時故障的邏輯或者。(4)對該模式風(fēng)路上有關(guān)風(fēng)閥及設(shè)備進(jìn)行檢測，待有關(guān)風(fēng)閥全部到位，風(fēng)路暢通后，才輸出命令啟動現(xiàn)場設(shè)備。(5)在模式啟動過程中應(yīng)盡可能先開空調(diào)機(jī)，后開送風(fēng)機(jī)，關(guān)機(jī)則順序相反，以避免啟動中風(fēng)機(jī)有可能出現(xiàn)的過流，保護(hù)設(shè)備的合理運(yùn)行；出于保護(hù)設(shè)備考慮，風(fēng)機(jī)關(guān)閉后應(yīng)盡能按需要延時一段時間再關(guān)閉聯(lián)動風(fēng)閥。(6)若該工藝模式本身無備用模式，當(dāng)模式中由于某臺設(shè)備無法動作，模式正常執(zhí)行時，可考慮轉(zhuǎn)入指定模式或者關(guān)停該模式，以避免設(shè)備長期不平衡運(yùn)行對設(shè)備造成的損害。6環(huán)控工藝模式的判定與執(zhí)行不在于調(diào)節(jié)而在于環(huán)控工藝模式工況的選擇推斷上。下面以車站大系統(tǒng)與水系統(tǒng)的正常運(yùn)行模式為例，對地鐵環(huán)控工藝的自動執(zhí)6.1.車站大系統(tǒng)工藝模式自動推斷的實(shí)現(xiàn)大系統(tǒng)正常工藝模式的自動判定執(zhí)行要緊根據(jù)如下條件：①根據(jù)室外溫度判定大系統(tǒng)執(zhí)行空調(diào)或者非空調(diào)季節(jié)模式②根據(jù)車站內(nèi)外空氣焓值的比較判定全新風(fēng)或者小新風(fēng)模式③根據(jù)車站負(fù)荷情況判定執(zhí)行負(fù)荷大于50%模式或者小于50%模式4)根據(jù)時間判定夜間或者白天模式。圖4為正常運(yùn)行自動模式推斷執(zhí)行流(1)正常運(yùn)營時間劃分為三段：夜間、預(yù)通風(fēng)時間、正常運(yùn)營時間三段，全線BAS操縱器通過主時鐘獲得時間同步，確保全線時間表統(tǒng)一。(2)空調(diào)季節(jié)使用外界焓值與送風(fēng)設(shè)定焓值的比較判定。當(dāng)外界焓值大于設(shè)定焓值時，即進(jìn)入空調(diào)季節(jié)，為避免空調(diào)季節(jié)頻繁切換導(dǎo)致模式的頻繁轉(zhuǎn)換，推斷條件使用死區(qū)操縱，并限時轉(zhuǎn)換(如至少20分鐘方能轉(zhuǎn)換一次)。全新風(fēng)及小新風(fēng)工況選擇使用外界焓值同站廳/臺平均焓值相比較來確定，同樣使用限時轉(zhuǎn)換，同時全/小新風(fēng)工況選擇與空調(diào)/非空調(diào)季節(jié)選擇使用統(tǒng)一的限時計(jì)時器，以確保同步轉(zhuǎn)換，減少設(shè)備動作頻度。(3)車站負(fù)荷判定使用水系統(tǒng)分水器溫度(冷凍水出水溫度)判定，使用死區(qū)7.5℃~8.5℃操縱，非空調(diào)季節(jié)則默認(rèn)執(zhí)行車站負(fù)荷>50%模式工況。圖4大空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)自動模式推斷流程圖6.2.車站水系統(tǒng)工藝模式的實(shí)現(xiàn)BAS系統(tǒng)負(fù)責(zé)對車站三臺冷水機(jī)組進(jìn)行群控。當(dāng)由BAS系統(tǒng)自動操縱冷水系統(tǒng)時，根據(jù)下列原則選定水系統(tǒng)正常運(yùn)行工藝模式：①根據(jù)時間表判定白天或者夜間模式運(yùn)行②根據(jù)室外焓值判定水系統(tǒng)是否進(jìn)入空調(diào)季節(jié)運(yùn)行③根據(jù)車站冷負(fù)荷判定開機(jī)數(shù)量。下圖為車站水系統(tǒng)工況判定流程圖：圖5水系統(tǒng)工藝模式流程圖(