地鐵車站級機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計思考

摘　要:通過對地鐵機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)特點(diǎn)分析,在設(shè)計上對車站級局域網(wǎng)構(gòu)成、設(shè)備選型方面進(jìn)行了探討,論述了這一項系統(tǒng)工程的重要性,同時提出對系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化的建議。關(guān)鍵詞:車站級;機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng);設(shè)計和理念。

1 　系統(tǒng)設(shè)置目的
地下鐵路作為現(xiàn)代化城市建設(shè)的標(biāo)志之一,因其無污染、低噪音、高速度等等優(yōu)點(diǎn),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(shè)備營造一個舒適的乘車、候車環(huán)境,以及應(yīng)對突發(fā)事故下的緊就是輸送動力的泵站,而設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)則如同一個統(tǒng)管設(shè)備急措施,而設(shè)置車站機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng),在安全性與可靠性的大腦。并重的同時,達(dá)到對車站機(jī)電設(shè)備自動化管理的目標(biāo)。由于地鐵車站設(shè)置有各種正常運(yùn)營保障設(shè)施(通風(fēng)空調(diào)設(shè)在車站一級,數(shù)據(jù)信息需要對中央級上傳和對就地級下達(dá), 備、給排水設(shè)備、照明設(shè)備、屏蔽門、自動扶梯等);事故緊急所以在全線監(jiān)控系統(tǒng)中的地位非常重要。本文就車站級設(shè)防救災(zāi)設(shè)施(水消防系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)、防淹備監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計從技術(shù)特點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成和設(shè)備選型上進(jìn)行門系統(tǒng)、事故照明系統(tǒng)等) 。設(shè)置機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng),是為了思考,借一斑而窺全貌,以此反映整個監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計思路確保以上這些系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。特別是在地下車站發(fā)生火災(zāi)事故的情況下,使有關(guān)救災(zāi)設(shè)施按照設(shè)計工況,及時有效地運(yùn)行,保障人身安全。
2 　地鐵監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)
2. 1 　功能要求特殊
地下鐵路屬于公共交通行業(yè),是城市交通的一面“ 窗口”。面向于乘客的優(yōu)質(zhì)服務(wù),反映了地鐵的先進(jìn)程度。這種服務(wù)除了人的因素以外,設(shè)備的安全、可靠、高效、節(jié)能所帶來的舒適感、安全性也非常重要。不同于智能樓宇側(cè)重于辦公自動化、通信自動化、長時間工作下環(huán)境智能調(diào)節(jié)的要求,地鐵建筑監(jiān)控系統(tǒng)則更側(cè)重有利于安全行車管理、變化客流下的環(huán)境調(diào)節(jié)、災(zāi)害情況下的疏散導(dǎo)引、相關(guān)設(shè)備在各種情況下的有效運(yùn)行。
2. 2 　環(huán)境條件特殊
地鐵建筑所處環(huán)境具有特殊性,由于機(jī)車為電力牽引, 且地下相對外界隔絕,環(huán)境潮濕。既不同于地面商用建筑物,一般所處環(huán)境較好,電磁干擾較輕,也不同于工廠金屬粉塵等有害物質(zhì)較多,環(huán)境惡劣。
2. 3 　被控設(shè)備種類多
包括各類風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥、水泵、冷水機(jī)組、各類傳感器、蝶閥、自動扶梯、照明設(shè)備、防淹門、屏蔽門、各種導(dǎo)向標(biāo)志等。
2. 4 　相關(guān)系統(tǒng)眾多
由于被控設(shè)備的多樣性,以及所屬專業(yè)的相對獨(dú)立,不同廠家的產(chǎn)品指標(biāo)、性能不盡相同,這就給監(jiān)控系統(tǒng)的控制接口增加了難度。
由于具有以上特殊性,為機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成、設(shè)備選型、系統(tǒng)運(yùn)行可靠性、設(shè)備的技術(shù)管理都提出了特殊的要求。
3 　功能構(gòu)成
地鐵監(jiān)控系統(tǒng)從全線功能組成來講,包括了設(shè)在全線調(diào)度指揮中心的中央級功能,設(shè)在各個車站控制室和環(huán)控電控室的車站級功能,以及設(shè)在被控設(shè)備附近的就地級功能。
車站級設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)統(tǒng)一管理本車站的被控設(shè)備。接收中央級下達(dá)的指令,完成其控制要求,以及實現(xiàn)對車站的環(huán)境監(jiān)控、其他機(jī)電設(shè)備的監(jiān)控管理和導(dǎo)向設(shè)備監(jiān)控。
4 　車站級網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成思考
在車站,設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的控制層局域網(wǎng)構(gòu)成考慮主要基于:網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、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(diǎn)對點(diǎn)形式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置如圖1 所示。車站局域網(wǎng)采用1 :N 點(diǎn)對點(diǎn)的結(jié)構(gòu)方式,局域網(wǎng)上設(shè)置式。該方案屬于集中式通信策略,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單,易于擴(kuò)充, 但需要的數(shù)據(jù)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(yè)總線形式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置如圖2 所示。

圖2
系統(tǒng)各控制器作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接在總線網(wǎng)上,利用總線作為節(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)增加容易。常用在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中,通信效率和可靠性依據(jù)大量的工業(yè)實踐有所保證。但不同廠家的總線系統(tǒng)有各自的數(shù)據(jù)通信特點(diǎn),相應(yīng)的總線產(chǎn)品有其自己的市場定位,在開放性方面都有所努力, 以達(dá)到通用性的目的。
4. 3 　環(huán)形以太網(wǎng)形式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置如圖3 所示。

圖3
局域網(wǎng)通過連接設(shè)備將網(wǎng)絡(luò)連接成環(huán)型,系統(tǒng)各控制器作為環(huán)網(wǎng)上的節(jié)點(diǎn)互通信息。網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議采用TCPΠIP 協(xié)議組標(biāo)準(zhǔn),通信方式為CSMAΠCD 。由于以太網(wǎng)是一個非常開放的網(wǎng)絡(luò),且通訊能力強(qiáng)大,網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備成熟。但其傳輸服務(wù)器,通過集線器可同時與所有子網(wǎng)控制器進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)效率的能力相對薄弱,如果采用高可靠、高品質(zhì)的交換機(jī)作據(jù)交換,通信方式采用輪回仲裁方法,實現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的通信方為連接設(shè)備,利用它的存儲轉(zhuǎn)發(fā)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(tǒng)的控制和信息的響應(yīng)時間,可選擇通信速率為100Mbps 的高速以太網(wǎng)。經(jīng)過以上比選思考,我們采用第三種網(wǎng)絡(luò)配置方式。
5 　設(shè)備選型思考
車站級局域網(wǎng)的高效運(yùn)行,往往取決于網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備和信息傳輸?shù)奈锢斫橘|(zhì),而控制器的選擇又直接關(guān)系到系統(tǒng)控制性能的高低。
在高速以太網(wǎng)尚未普及之前,大多數(shù)以太網(wǎng)為10Mbps , 沒有交換機(jī)的需求。對于百兆以太網(wǎng), 選用高品質(zhì)10Π100 Mbps 自適應(yīng)端口的交換機(jī),可以使其連接的每個端口設(shè)備擁有足夠的帶寬。其自動偵測交換和全雙工功能,使網(wǎng)絡(luò)有著良好的擴(kuò)充延伸性能。而支持冗余雙環(huán)硬件自動切換的功能,使以太網(wǎng)的雙環(huán)結(jié)構(gòu)成為可能,這樣就在網(wǎng)絡(luò)故障自愈能力上提高了系統(tǒng)的可靠性。
采用多模光纜作為傳輸介質(zhì), 避免了強(qiáng)電磁感應(yīng)、高電壓引起的干擾。選用帶有鋼護(hù)帶,具有良好抗拉伸和抗側(cè)壓,以及防濕防潮性能的光纜,更有利于在地下的安裝敷設(shè)和系統(tǒng)傳輸可靠性的提高。
作為車站級監(jiān)控系統(tǒng)的核心部件,控制器的處理能力、處理速度、擴(kuò)展能力、可靠性、易維護(hù)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(shù)量的IΠO 數(shù)據(jù)收發(fā)的同時,有大量的中間處理數(shù)據(jù),選擇CPU 的處理能力就要遠(yuǎn)大于實際的IΠO 數(shù)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(shè)備及數(shù)據(jù)通訊不間斷、無擾動的繼續(xù)正常運(yùn)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(jié)構(gòu),更能保證PLC 的完全冗余。采用標(biāo)準(zhǔn)化選件、模塊化結(jié)構(gòu)、可帶電插拔方式等, 為運(yùn)營維修部門的現(xiàn)場設(shè)備維護(hù)和日后系統(tǒng)的擴(kuò)展創(chuàng)造了條件。
6 　結(jié)論與建議
地鐵機(jī)電設(shè)備的自動監(jiān)控是一項十分重要的控制技術(shù), 也是一項繁雜的系統(tǒng)工程,涉及許多專業(yè)的設(shè)備監(jiān)控及運(yùn)行要求,有著地鐵行業(yè)的特殊性。這就要以接口協(xié)調(diào)配合為基礎(chǔ),設(shè)備選型為根本,網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造為條件,以管理措施為保證, 以實際運(yùn)營經(jīng)驗作為優(yōu)化的前提,才能使得地鐵監(jiān)控系統(tǒng)有更好的發(fā)展前景。

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