地铁车站级机电设备监控系统设计思考
摘 要:通过对地铁机电设备监控系统特点分析,在设计上对车站级局域网构成、设备选型方面进行了探讨,论述了这一项系统工程的重要性,同时提出对系统设计优化的建议。关键词:车站级;机电设备监控系统;设计和理念。
1 系统设置目的
地下铁路作为现代化城市建设的标志之一,因其无污染、低噪音、高速度等等优点,被越来越多的城市采用。为了如果说地铁是一个城市地下的交通动脉,那么地铁设备营造一个舒适的乘车、候车环境,以及应对突发事故下的紧就是输送动力的泵站,而设备监控系统则如同一个统管设备急措施,而设置车站机电设备监控系统,在安全性与可靠性的大脑。并重的同时,达到对车站机电设备自动化管理的目标。由于地铁车站设置有各种正常运营保障设施(通风空调设在车站一级,数据信息需要对中央级上传和对就地级下达, 备、给排水设备、照明设备、屏蔽门、自动扶梯等);事故紧急所以在全线监控系统中的地位非常重要。本文就车站级设防救灾设施(水消防系统、气体灭火系统、防排烟系统、防淹备监控系统的设计从技术特点、网络构成和设备选型上进行门系统、事故照明系统等) 。设置机电设备监控系统,是为了思考,借一斑而窥全貌,以此反映整个监控系统的设计思路确保以上这些系统的安全可靠运行。特别是在地下车站发生火灾事故的情况下,使有关救灾设施按照设计工况,及时有效地运行,保障人身安全。
2 地铁监控系统的技术特点
2. 1 功能要求特殊
地下铁路属于公共交通行业,是城市交通的一面“ 窗口”。面向于乘客的优质服务,反映了地铁的先进程度。这种服务除了人的因素以外,设备的安全、可靠、高效、节能所带来的舒适感、安全性也非常重要。不同于智能楼宇侧重于办公自动化、通信自动化、长时间工作下环境智能调节的要求,地铁建筑监控系统则更侧重有利于安全行车管理、变化客流下的环境调节、灾害情况下的疏散导引、相关设备在各种情况下的有效运行。
2. 2 环境条件特殊
地铁建筑所处环境具有特殊性,由于机车为电力牵引, 且地下相对外界隔绝,环境潮湿。既不同于地面商用建筑物,一般所处环境较好,电磁干扰较轻,也不同于工厂金属粉尘等有害物质较多,环境恶劣。
2. 3 被控设备种类多
包括各类风机、风阀、水泵、冷水机组、各类传感器、蝶阀、自动扶梯、照明设备、防淹门、屏蔽门、各种导向标志等。
2. 4 相关系统众多
由于被控设备的多样性,以及所属专业的相对独立,不同厂家的产品指标、性能不尽相同,这就给监控系统的控制接口增加了难度。
由于具有以上特殊性,为机电设备监控系统的系统构成、设备选型、系统运行可靠性、设备的技术管理都提出了特殊的要求。
3 功能构成
地铁监控系统从全线功能组成来讲,包括了设在全线调度指挥中心的中央级功能,设在各个车站控制室和环控电控室的车站级功能,以及设在被控设备附近的就地级功能。
车站级设备监控系统负责统一管理本车站的被控设备。接收中央级下达的指令,完成其控制要求,以及实现对车站的环境监控、其他机电设备的监控管理和导向设备监控。
4 车站级网络构成思考
在车站,设备监控系统的控制层局域网构成考虑主要基于:网络拓扑结构、通信传输方式和通信速率。一般来讲,多采用以下三种方式。
4. 1 点对点形式系统结构配置如图1 所示。车站局域网采用1 :N 点对点的结构方式,局域网上设置式。该方案属于集中式通信策略,网络结构简单,易于扩充, 但需要的数据通路多,而且工作站处容易形成通信故障的瓶颈。
图1
4. 2 工业总线形式系统结构配置如图2 所示。
图2
系统各控制器作为网络节点连接在总线网上,利用总线作为节点的共同信道互通信息。采用广播或主-从等方式通信。这种总线方式,通讯效率高,节点增加容易。常用在工业网络中,通信效率和可靠性依据大量的工业实践有所保证。但不同厂家的总线系统有各自的数据通信特点,相应的总线产品有其自己的市场定位,在开放性方面都有所努力, 以达到通用性的目的。
4. 3 环形以太网形式系统结构配置如图3 所示。
图3
局域网通过连接设备将网络连接成环型,系统各控制器作为环网上的节点互通信息。网络通信协议采用TCPΠIP 协议组标准,通信方式为CSMAΠCD 。由于以太网是一个非常开放的网络,且通讯能力强大,网络通讯设备成熟。但其传输服务器,通过集线器可同时与所有子网控制器进行点对点数效率的能力相对薄弱,如果采用高可靠、高品质的交换机作据交换,通信方式采用轮回仲裁方法,实现点对点的通信方为连接设备,利用它的存储转发功能,建立逻辑上的多通道, 则可以较好地解决这一问题。另外,为了保证系统的控制和信息的响应时间,可选择通信速率为100Mbps 的高速以太网。经过以上比选思考,我们采用第三种网络配置方式。
5 设备选型思考
车站级局域网的高效运行,往往取决于网络连接设备和信息传输的物理介质,而控制器的选择又直接关系到系统控制性能的高低。
在高速以太网尚未普及之前,大多数以太网为10Mbps , 没有交换机的需求。对于百兆以太网, 选用高品质10Π100 Mbps 自适应端口的交换机,可以使其连接的每个端口设备拥有足够的带宽。其自动侦测交换和全双工功能,使网络有着良好的扩充延伸性能。而支持冗余双环硬件自动切换的功能,使以太网的双环结构成为可能,这样就在网络故障自愈能力上提高了系统的可靠性。
采用多模光缆作为传输介质, 避免了强电磁感应、高电压引起的干扰。选用带有钢护带,具有良好抗拉伸和抗侧压,以及防湿防潮性能的光缆,更有利于在地下的安装敷设和系统传输可靠性的提高。
作为车站级监控系统的核心部件,控制器的处理能力、处理速度、扩展能力、可靠性、易维护性等诸多方面都要有所考虑。而PLC 在这些方面则有很好的性能和实践。在对实际数量的IΠO 数据收发的同时,有大量的中间处理数据,选择CPU 的处理能力就要远大于实际的IΠO 数量,如4～5 倍。对于不同的指令,处理速度有几倍,甚至几十倍的差别,选择基本赋值指令作为参考,具有可比性。为提高可靠性,如一台PLC 被诊断故障,另一台必须保证所有下层设备及数据通讯不间断、无扰动的继续正常运行, PLC 常需要冗余配置。配置方式有单电源-双CPU 、双电源-单CPU 、双电源-双CPU 的多种组合,采用后一种及双背板结构,更能保证PLC 的完全冗余。采用标准化选件、模块化结构、可带电插拔方式等, 为运营维修部门的现场设备维护和日后系统的扩展创造了条件。
6 结论与建议
地铁机电设备的自动监控是一项十分重要的控制技术, 也是一项繁杂的系统工程,涉及许多专业的设备监控及运行要求,有着地铁行业的特殊性。这就要以接口协调配合为基础,设备选型为根本,网络构造为条件,以管理措施为保证, 以实际运营经验作为优化的前提,才能使得地铁监控系统有更好的发展前景。
参考文献:
[ 1 ] 地下铁道设计规范. GB50157 -92.
[ 2 ] 广州市轨道交通三号线总体设计文件. 2002.
