地鐵車站級機電設備監控系統設計思考

摘　要:通過對地鐵機電設備監控系統特點分析,在設計上對車站級局域網構成、設備選型方面進行了探討,論述了這一項系統工程的重要性,同時提出對系統設計優化的建議。關鍵詞:車站級;機電設備監控系統;設計和理念。

1 　系統設置目的
地下鐵路作為現代化城市建設的標志之一,因其無污染、低噪音、高速度等等優點,被越來越多的城市采用。為了如果說地鐵是一個城市地下的交通動脈,那么地鐵設備營造一個舒適的乘車、候車環境,以及應對突發事故下的緊就是輸送動力的泵站,而設備監控系統則如同一個統管設備急措施,而設置車站機電設備監控系統,在安全性與可靠性的大腦。并重的同時,達到對車站機電設備自動化管理的目標。由于地鐵車站設置有各種正常運營保障設施(通風空調設在車站一級,數據信息需要對中央級上傳和對就地級下達, 備、給排水設備、照明設備、屏蔽門、自動扶梯等);事故緊急所以在全線監控系統中的地位非常重要。本文就車站級設防救災設施(水消防系統、氣體滅火系統、防排煙系統、防淹備監控系統的設計從技術特點、網絡構成和設備選型上進行門系統、事故照明系統等) 。設置機電設備監控系統,是為了思考,借一斑而窺全貌,以此反映整個監控系統的設計思路確保以上這些系統的安全可靠運行。特別是在地下車站發生火災事故的情況下,使有關救災設施按照設計工況,及時有效地運行,保障人身安全。
2 　地鐵監控系統的技術特點
2. 1 　功能要求特殊
地下鐵路屬于公共交通行業,是城市交通的一面“ 窗口”。面向于乘客的優質服務,反映了地鐵的先進程度。這種服務除了人的因素以外,設備的安全、可靠、高效、節能所帶來的舒適感、安全性也非常重要。不同于智能樓宇側重于辦公自動化、通信自動化、長時間工作下環境智能調節的要求,地鐵建筑監控系統則更側重有利于安全行車管理、變化客流下的環境調節、災害情況下的疏散導引、相關設備在各種情況下的有效運行。
2. 2 　環境條件特殊
地鐵建筑所處環境具有特殊性,由于機車為電力牽引, 且地下相對外界隔絕,環境潮濕。既不同于地面商用建筑物,一般所處環境較好,電磁干擾較輕,也不同于工廠金屬粉塵等有害物質較多,環境惡劣。
2. 3 　被控設備種類多
包括各類風機、風閥、水泵、冷水機組、各類傳感器、蝶閥、自動扶梯、照明設備、防淹門、屏蔽門、各種導向標志等。
2. 4 　相關系統眾多
由于被控設備的多樣性,以及所屬專業的相對獨立,不同廠家的產品指標、性能不盡相同,這就給監控系統的控制接口增加了難度。
由于具有以上特殊性,為機電設備監控系統的系統構成、設備選型、系統運行可靠性、設備的技術管理都提出了特殊的要求。
3 　功能構成
地鐵監控系統從全線功能組成來講,包括了設在全線調度指揮中心的中央級功能,設在各個車站控制室和環控電控室的車站級功能,以及設在被控設備附近的就地級功能。
車站級設備監控系統負責統一管理本車站的被控設備。接收中央級下達的指令,完成其控制要求,以及實現對車站的環境監控、其他機電設備的監控管理和導向設備監控。
4 　車站級網絡構成思考
在車站,設備監控系統的控制層局域網構成考慮主要基于:網絡拓撲結構、通信傳輸方式和通信速率。一般來講,多采用以下三種方式。
4. 1 　點對點形式系統結構配置如圖1 所示。車站局域網采用1 :N 點對點的結構方式,局域網上設置式。該方案屬于集中式通信策略,網絡結構簡單,易于擴充, 但需要的數據通路多,而且工作站處容易形成通信故障的瓶頸。

圖1
4. 2 　工業總線形式系統結構配置如圖2 所示。

圖2
系統各控制器作為網絡節點連接在總線網上,利用總線作為節點的共同信道互通信息。采用廣播或主-從等方式通信。這種總線方式,通訊效率高,節點增加容易。常用在工業網絡中,通信效率和可靠性依據大量的工業實踐有所保證。但不同廠家的總線系統有各自的數據通信特點,相應的總線產品有其自己的市場定位,在開放性方面都有所努力, 以達到通用性的目的。
4. 3 　環形以太網形式系統結構配置如圖3 所示。

圖3
局域網通過連接設備將網絡連接成環型,系統各控制器作為環網上的節點互通信息。網絡通信協議采用TCPΠIP 協議組標準,通信方式為CSMAΠCD 。由于以太網是一個非常開放的網絡,且通訊能力強大,網絡通訊設備成熟。但其傳輸服務器,通過集線器可同時與所有子網控制器進行點對點數效率的能力相對薄弱,如果采用高可靠、高品質的交換機作據交換,通信方式采用輪回仲裁方法,實現點對點的通信方為連接設備,利用它的存儲轉發功能,建立邏輯上的多通道, 則可以較好地解決這一問題。另外,為了保證系統的控制和信息的響應時間,可選擇通信速率為100Mbps 的高速以太網。經過以上比選思考,我們采用第三種網絡配置方式。
5 　設備選型思考
車站級局域網的高效運行,往往取決于網絡連接設備和信息傳輸的物理介質,而控制器的選擇又直接關系到系統控制性能的高低。
在高速以太網尚未普及之前,大多數以太網為10Mbps , 沒有交換機的需求。對于百兆以太網, 選用高品質10Π100 Mbps 自適應端口的交換機,可以使其連接的每個端口設備擁有足夠的帶寬。其自動偵測交換和全雙工功能,使網絡有著良好的擴充延伸性能。而支持冗余雙環硬件自動切換的功能,使以太網的雙環結構成為可能,這樣就在網絡故障自愈能力上提高了系統的可靠性。
采用多模光纜作為傳輸介質, 避免了強電磁感應、高電壓引起的干擾。選用帶有鋼護帶,具有良好抗拉伸和抗側壓,以及防濕防潮性能的光纜,更有利于在地下的安裝敷設和系統傳輸可靠性的提高。
作為車站級監控系統的核心部件,控制器的處理能力、處理速度、擴展能力、可靠性、易維護性等諸多方面都要有所考慮。而PLC 在這些方面則有很好的性能和實踐。在對實際數量的IΠO 數據收發的同時,有大量的中間處理數據,選擇CPU 的處理能力就要遠大于實際的IΠO 數量,如4～5 倍。對于不同的指令,處理速度有幾倍,甚至幾十倍的差別,選擇基本賦值指令作為參考,具有可比性。為提高可靠性,如一臺PLC 被診斷故障,另一臺必須保證所有下層設備及數據通訊不間斷、無擾動的繼續正常運行, PLC 常需要冗余配置。配置方式有單電源-雙CPU 、雙電源-單CPU 、雙電源-雙CPU 的多種組合,采用后一種及雙背板結構,更能保證PLC 的完全冗余。采用標準化選件、模塊化結構、可帶電插拔方式等, 為運營維修部門的現場設備維護和日后系統的擴展創造了條件。
6 　結論與建議
地鐵機電設備的自動監控是一項十分重要的控制技術, 也是一項繁雜的系統工程,涉及許多專業的設備監控及運行要求,有著地鐵行業的特殊性。這就要以接口協調配合為基礎,設備選型為根本,網絡構造為條件,以管理措施為保證, 以實際運營經驗作為優化的前提,才能使得地鐵監控系統有更好的發展前景。

參考文獻:
[ 1 ] 　地下鐵道設計規范. GB50157 -92.
[ 2 ] 　廣州市軌道交通三號線總體設計文件. 2002.