基于施耐德PLC的轨道交通环境控制解决方案

1 引言

　　随着社会进步、城市规模不断扩大、人口密度迅速增加，交通拥堵日趋严重已成为制约城市经济发展的一大障碍。由于城市轨道交通具有运量大、安全正点、快捷舒适及污染小等特点，建立以城市轨道交通为主的城市交通系统是解决城市交通拥堵问题的重要途径。近几年国内的城市轨道交通建设正在快速发展，为了提高运输效率、保证行车安全及旅客舒适度等，必须建设一个满足调度运营的自动化监控系统。

2 轨道交通环控系统设计分析

　　2.1 轨道交通设备分类

　　由于轨道交通中机电设备种类繁多，且分布在沿线车站和区间中，许多地方在车辆运行时人员根本无法达到。而这些设备的正常运行又是轨道交通正常运行的基本保障。

　　(1) 按车站划分的轨道交通设备系统常规设备系统：0.4kv低压配电系统、给排水系统、环控系统、消防系统以及电扶梯系统。

　　(2)按照轨道交通全线划分的专业设备系统：信号系统、通信系统、接触网系统、自动售检票afc系统、屏蔽门系统、中压压供电系统(牵引、降压供电)。

如何对这些各自独立的设备系统进行全面、有效的监控和管理，创造一个安全、舒适的地下旅行环境，尤其是在火灾等灾害情况下或阻塞事故状况下，及时根据不同运行工况更好地协调车站设备的运行，实施抢险救灾，充分发挥各种设备合理有效的作用，以确保乘客生命安全和设备的正常运行，正越来越引起人们重视。bas环控(环境控制)系统的产生，正是满足了人们对上述设备监控的功能需求。

　　2.2 环控系统监控对象

环控bas系统主要监控对象包括隧道及车站的通风系统、空调大系统、小系统、冷水系统、事故照明、给排水系统、人防密闭隔断门等，监测公共区、设备区等地点的温度，并配置与屏蔽门、照明系统、自动扶梯、电梯、fas系统的数据接口，其具体的监控分类如图1所示，主要对象介绍如下：

　　(1) 大系统：车站公共区(站厅/站台)通风空调系统；

　　(2) 小系统：车站设备用房通风空调系统；

　　(3) 水系统：包括水泵、水塔、供冷、供暖、排污和排废等水的处理与监控；

　　(4) 隧道通风系统：执行隧道区间正常及紧急情况下通风排烟工况的环控子系统；

　　(5) 照明系统：根据时间表对照明电源进行控制、检测照明电源的开关状态、记录照明电源的使用时间、根据用户需求制定照明系统开闭表；

　　(6) 自动扶梯系统：bas对车站扶梯采用只监控的工作模式，bas将监视、记录扶梯的工作状态与故障状态，并统计扶梯的工作时间、检修纪录等信息。

图1 轨道交通bas系统主要监控对象分类

2.3 环控系统主要特点

　　轨道交通是一类特殊的建筑，是由多个车站通过隧道连接成的一个整体。轨道交通系统大部分位于地下，是一个相对封闭的场所。内部空间较大，但与外界连通的开口相对较少，在车站和隧道内有大量的人流和车流。而且流量在不断地变化。从环控的角度具有以下特点：

　　(1) 受阳光，雨雪等外界气象条件的影响较小。

　　(2) 有显著的内热源。包括各设备系统散热、列车牵引、刹车系统散热，列车空调散热，人员散热等，是影响隧道及站台的热环境的主要因素。因此，南京轨道交通环境的主要问题是过热，而不是过冷，局部范围内设备散热量相当大，导致空调制冷效果受较大影响。

　　(3) 由于客流量的变化，内热源的强度也随之变化。其中既有以天，星期，年为周期的周期性变化，也有不规则的变动。

　　(4) 由于被厚土层覆盖，围护结构的蓄热量很大，热惰性明显。因此，热环境要经历一个长期的变化过程才能达到稳定。

　　(5) 列车在隧道内的高速运动会引起“活塞风”。活塞风的风量很大。在无屏蔽门系统，活塞风是车站通风换气的主要动力之一。但活塞风带来的负面影响也是明显的，由于活塞风将大量隧道空气及室外空气带人车站，车站空调负荷将比较大。

　　(6) 轨道交通内部的空间和发热量大，为了维持其热环境，环控系统的风机、制冷机、空调机容量大，由此引起设备初投资大和运行后能耗费用高等诸多问题。在轨道交通运营初期，环控系统能耗甚至超过轨道交通建筑物总能耗的30％，严重影响轨道交通的运营经济陛。因此，节能是轨道交通环控系统必须重点考虑的问题。

　　(7) 轨道交通的各种发热量及活塞风量与客流量、车流量直接相关，始终处于变化之中。环控系统的运行也会对出入口的风量造成影响，因此，轨道交通的实际热负荷很难准确预测。

　　(8) 由于轨道交通内部空间相对封闭，隧道内就更为狭窄。对于谋些单线隧道，列车与隧道间隙很小，人员难以通过。而目轨道交通客流量大，高峰时车内都相当拥挤，因此轨道交通一旦发生阻塞或火灾，人员难以疏散，必须在设计时对隧道通风事故予以充分的考虑。既要保证风向在不同地域的火灾时有利于人员疏散，又要保证排烟效果。

　　轨道交通环境的这些特点，使得轨道交通的环境控制不同于常规的建筑。其中既有有利的因素，也有不利条件。因此，在轨道交通环控系统的设计和运行中，要针对轨道交通的特点，在满足设备及人员对环境要求的基础上，采用合理的系统设计并进行科学的运行控制，实现最小的初期投资和最低的运行费用。

　　2.4 bas环控系统主要功能

　　(1) 监控并协调全线各车站及occ大楼通风空调设备、冷水系统设备的运行；

　　(2) 监控并协调全线区间隧道通风系统设备的运行；

　　(3) 对车站机电设备故障进行报警，统计设备累积运行时间；

　　(4) 对全线环境参数(温、湿度)及水系统运行参数进行检测、分析及报警；

　　(5) 接收轨道交通防灾系统(fas系统)火灾报警信息并触发bas系统的灾害运行模式，控制环控设备按灾害模式运行；

　　(6) 通过与信号ats接口接收区间堵车信息，控制相关环控设备执行相应命令；

　　(7) 紧急状况下，可通过车站模拟屏控制环控设备执行相关命令；

　　(8) 监视全线各站及隧道区间给排水、自动扶梯等机电设备的运行状态；

　　(9) 管理资料并定期打印报表；

　　(10) 与主时钟接口，保证bas系统时钟同步。

3 环控系统需求分析

　　3.1 典型环控项目简介

以南京轨道交通二号线一期工程为例，南京轨道交通二号线一期工程的环境与设备监控系统(简称bas或环控)包括0cc控制中心、维修中心及19个车站的站级bas。其中l7个地下站、1个地面车站、1座高架车站。该系统对南京轨道交通二号线一期工程19个车站的车站设备进行全面、有效地进行自动化监控及管理，确保设备处于安全、可靠、高效、节能的最佳运行状态，从而给乘客提供一个舒适的乘车环境，并能在火灾或阻塞等灾害状态下，更好地协调车站设备的运行，充分发挥各种设备应有的作用，保证乘客的安全和设备的正常运行。设置bas系统的目的、是以现代计算机技术、网络技术、自动控制技术、软件技术实现对车站各类机电设备的智能化控制，使得系统更安全、可靠、节省人力、物力、降低运营成本。bas应本着技术先进，投资合理，功能完善，组网灵活，运营管理方便和节能降耗的原则进行实施。

南京轨道交通二号线的bas系统组成中央级和车站级的两级管理体系，实现控制中心、车站、就地的三级控制功能。全线网络系统由19个车站及维修中心、occ控制中心组成。具体由设置在occ中央控制室bas设备、各车站综控室的bas设备、配电室、变电所等地的bas设备、现场bas设备组成。车站级的bas信息通过轨道交通通信系统的全线双冗余的骨干网传输至occ中央控制室，实现中央级功能。bas系统监视全线各类设备的运行状态，并根据人防门的控制工艺要求，对各隧道区间的水位报警，监视人防门的状态。