基于哈爾濱地鐵1號線的BAS系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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康曉月
(中鐵五院集團(tuán)公司，北京市 102600)
摘 要：以哈爾濱地鐵1號線為例，對BAS系統(tǒng)的原理組成進(jìn)行理論分析，該系統(tǒng)包括：設(shè)備管理用房的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、空調(diào)水系統(tǒng)、電扶梯系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、傳感器：對這些系統(tǒng)的組成和在地鐵中起到的作用進(jìn)行詳細(xì)闡述：介紹哈爾濱地鐵1號線BAS系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體方案：系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成及供電方式。本次設(shè)計(jì)的BAS方案采用開放的、高效的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用TCP／IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)的RS485通訊總線，由中央計(jì)算機(jī)與控制器聯(lián)接，形成一套完善的集散控制系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：綜合監(jiān)控系統(tǒng)；地鐵；BAS; IBP;PLC；通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)；空調(diào)水系統(tǒng)：電扶梯系統(tǒng)
中圖分類號：TU921doi: 10. 3969／j.issn. 1003 - 8493. 2016. 04. 011
1 概述
隨著我國城市化進(jìn)程的加快，地鐵成為我們重要的交通工具之一。地鐵是個(gè)獨(dú)立的有軌交通系統(tǒng)，不受地面道路情況的影響，按照設(shè)計(jì)能力正常運(yùn)行，效率高、無污染，能夠?qū)崿F(xiàn)大運(yùn)量的要求，具有良好的社會效益。由于地鐵客流量較大、人員集中，為了營造舒適的環(huán)境，必須構(gòu)建BAS系統(tǒng)以對地鐵內(nèi)車站及建筑物中的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)營時(shí)及災(zāi)害情況下對各個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)測和對設(shè)備的調(diào)整。
BAS系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：中央監(jiān)控站（控制器和網(wǎng)關(guān)）、現(xiàn)場裝置及通信網(wǎng)絡(luò)組成。
國外的地鐵發(fā)展史較長，自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用程度較為成熟。例如：韓國的仁川地鐵，法國巴黎U號地鐵都采用了綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。近年來國內(nèi)也引進(jìn)了綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。例如：北京地鐵13號線將供電，環(huán)控防災(zāi)報(bào)警集成為同一系統(tǒng)。深圳地鐵1號線將電力監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、電力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)合為一個(gè)系統(tǒng)。
地鐵自動(dòng)化系統(tǒng)基本上是依托硬件軟件將子系統(tǒng)之間的信息聯(lián)系起來。BAS也就是我們常談到的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)，而地鐵線路中由于建筑物的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提高，設(shè)備的型號、數(shù)量有了明顯增加，需要監(jiān)測控制的點(diǎn)多達(dá)幾千點(diǎn)甚至上萬點(diǎn)。采用BAS系統(tǒng)可降低維護(hù)管理工作量，提高系統(tǒng)管理水平，節(jié)省運(yùn)行能耗。
地鐵線路中，通常在車站設(shè)置保障正常運(yùn)營的通風(fēng)空調(diào)設(shè)備、照明設(shè)備、屏蔽門系統(tǒng)、自動(dòng)扶梯等機(jī)電設(shè)備，以及給排水設(shè)備。此外，還有在緊急狀態(tài)下乘客疏散、報(bào)警、救災(zāi)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、水消防系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)、防煙設(shè)備等機(jī)電設(shè)備。為實(shí)現(xiàn)這些設(shè)備和系統(tǒng)間相互有序的聯(lián)動(dòng)控制及監(jiān)控，采用“環(huán)境設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)” (Electrical and
Mecharucal Control System - EMCS或BuildingAutomatic System - BAS)，形成硬軟件結(jié)合的軌道
交通運(yùn)營保障系統(tǒng)。
2 BAS系統(tǒng)各子系統(tǒng)
2.1 設(shè)備管理用房的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)
該系統(tǒng)又稱為小系統(tǒng)，主要是調(diào)節(jié)辦公用房及設(shè)備用房的濕度和溫度，為地鐵中的設(shè)備提供合適的運(yùn)行環(huán)境，并為地鐵工作人員提供舒適的辦公環(huán)境。與此同時(shí)該系統(tǒng)承擔(dān)了災(zāi)害狀態(tài)下的換氣、通風(fēng)及排煙等功能。
系統(tǒng)的設(shè)備主要包括送風(fēng)機(jī)、空氣處理機(jī)、排風(fēng)機(jī)、回排風(fēng)機(jī)、防火閥、調(diào)節(jié)閥等。系統(tǒng)的通風(fēng)設(shè)備兼作設(shè)備管理用房及車站的排煙系統(tǒng)。
2.2公共區(qū)的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)
該系統(tǒng)又稱為大系統(tǒng)，承擔(dān)調(diào)節(jié)公共區(qū)的濕度和溫度的功能，為乘客和地鐵工作人員提供舒適的乘車和工作環(huán)境；同時(shí)系統(tǒng)承擔(dān)緊急及災(zāi)害狀態(tài)的換氣、排煙及通風(fēng)作用，確保乘客和員工的人身安全。
系統(tǒng)設(shè)備主要包括空調(diào)新風(fēng)機(jī)、空調(diào)機(jī)組、回排風(fēng)機(jī)、電動(dòng)組合風(fēng)閥、防火閥、調(diào)節(jié)閥等。系統(tǒng)設(shè)置在地下車站，其通風(fēng)設(shè)備兼為車站公共區(qū)的排煙系統(tǒng)。
2.3給排水系統(tǒng)
給水系統(tǒng)的功能是為地鐵站的生產(chǎn)、生活及消防等提供合格的水壓，滿足水質(zhì)和水量要求。
排水系統(tǒng)的主要功能是將車站的廢水和污水分類集中并就近提升排放。區(qū)間排水設(shè)備的功能則是排放地下區(qū)間的廢水和雨水等。
系統(tǒng)設(shè)備主要包括用于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視和安全保護(hù)選擇的壓力開關(guān)、溫度開關(guān)、風(fēng)流開關(guān)、水流開關(guān)、水位開關(guān)、壓差開關(guān)等，以及開關(guān)量式輸出的傳感器。
2.4空調(diào)水系統(tǒng)
該系統(tǒng)主要給空調(diào)系統(tǒng)提供冷卻水。
系統(tǒng)設(shè)備主要包括冷水泵、冷水機(jī)組、二通調(diào)節(jié)閥等。較大規(guī)模的空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)置集水器和分水器。水泵、冷水機(jī)組等設(shè)備的入口處應(yīng)該安裝過濾器或者除垢器�？照{(diào)水系統(tǒng)還應(yīng)設(shè)置必要的壓力計(jì)和溫度表等傳感設(shè)備。
2.5隧道通風(fēng)系統(tǒng)
隧道通風(fēng)系統(tǒng)一般情況下主要完成隧道的換氣和排熱，火災(zāi)情況下則用于定向排熱、排煙及送新風(fēng)等。
該系統(tǒng)主要由射流風(fēng)機(jī)、區(qū)間隧道通風(fēng)( TVF)、軌頂及軌旁排熱風(fēng)機(jī)(OTE／UPE)等組成。
射流風(fēng)機(jī)設(shè)置在地下車站的出入線、聯(lián)絡(luò)線、存車線上、負(fù)責(zé)這些區(qū)域的通風(fēng)及火災(zāi)排煙。
TVF風(fēng)機(jī)通常設(shè)于地下車站的兩端或者區(qū)間的中間風(fēng)井內(nèi)，主要用于機(jī)械通風(fēng)和隧道活塞風(fēng)，以及火災(zāi)時(shí)的排煙功能。TVF系統(tǒng)設(shè)備主要是：消聲器、TVF風(fēng)機(jī)、電動(dòng)組合風(fēng)閥等。
OTE／UPE系統(tǒng)設(shè)置在站臺的軌行區(qū)，其功能是在列車停車期間進(jìn)行排熱。
2.6 電扶梯系統(tǒng)
主要設(shè)備包括：升降電梯、自動(dòng)扶梯。
該系統(tǒng)主要用于設(shè)備物品及乘客的出入站運(yùn)送等。
2.7照明系統(tǒng)
地鐵的動(dòng)力照明系統(tǒng)通常用于辦公設(shè)備區(qū)和車站公共區(qū)輔助照明，包括正常照明、應(yīng)急照明系統(tǒng)及為設(shè)備提供電能的動(dòng)力系統(tǒng)。
照明系統(tǒng)主要包括站廳／站臺應(yīng)急及正常照明、出入口照明、廣告照明、區(qū)間照明、事故照明、工作照明等。
2.8傳感器
傳感器可對各種液體流量進(jìn)行測試，對環(huán)境參數(shù)進(jìn)行采集以及對參數(shù)進(jìn)行計(jì)量控制。
傳感器主要包括：傳感器和執(zhí)行器兩部分。其中傳感器包括：空調(diào)水系統(tǒng)壓力傳感器、電磁流量計(jì)傳感器、差壓傳感器、水管式溫度計(jì)傳感器。執(zhí)行器主要包括差壓調(diào)節(jié)閥及調(diào)節(jié)二通閥。
3 哈爾濱地鐵BAS系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
哈爾濱地鐵1號線是哈爾濱地鐵“十線一環(huán)”規(guī)劃中第一條開通運(yùn)營的線路，由哈爾濱地鐵集團(tuán)有限公司負(fù)責(zé)運(yùn)營。
該線東起道外區(qū)哈東站，沿太平橋、東西大直街、學(xué)府路分布，西至哈南站。全長17. 47 km，設(shè)18座車站和1座車輛段。
2012年11月6日，哈爾濱地鐵1號線軌道鋪設(shè)全線貫通，2013年9月26日正式試運(yùn)營通車。
哈爾濱地鐵1號線是我國首條耐高寒地鐵線路，可以在零下38℃低溫環(huán)境中持續(xù)運(yùn)行。本文以哈爾濱地鐵1號線某站為例介紹BAS系統(tǒng)。
3.1 系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成
該站設(shè)有車站級BAS系統(tǒng)，系統(tǒng)由車站監(jiān)控工作站、主從冗余的PLC控制器、觸摸屏、IBP盤PLC、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、各種遠(yuǎn)程I／O模塊、通信接口模塊、各類傳感器、各種配線電纜等組成，可實(shí)現(xiàn)對隧道及車站的通風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)小系統(tǒng)、冷水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、電扶梯、安全門、電伴熱等設(shè)備的監(jiān)控，如圖1所示。
3.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成
在車站兩端的環(huán)控電控室中分別設(shè)置冗余PLC和雙交換機(jī)，在車站控制室中有BAS監(jiān)控工作站、IBP盤PLC及交換機(jī)等設(shè)備，上述設(shè)備通過交換機(jī)，采用光纖雙環(huán)網(wǎng)方式連接，構(gòu)成車站BAS控制層的網(wǎng)絡(luò)。車站BAS通過通信專業(yè)提供的冗余傳輸通道實(shí)現(xiàn)與控制中心的信息傳遞。
在車站的環(huán)控機(jī)房、照明配電室、車站各類水泵、電扶梯、電伴熱等設(shè)備附近設(shè)置遠(yuǎn)程I／0設(shè)備，遠(yuǎn)程I／O設(shè)備通過光纖環(huán)網(wǎng)與PLC連接；BAS通過遠(yuǎn)程I／O模塊和通信模塊實(shí)現(xiàn)對各類機(jī)電設(shè)備和傳感器的監(jiān)控。
在車站環(huán)控電控室PLC機(jī)柜上設(shè)置觸摸屏，可實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)場進(jìn)行操作。
車站BAS系統(tǒng)與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)采用通信接口進(jìn)行通信。車站BAS主冗余PLC通過RS485協(xié)議與車站火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制器相接，實(shí)現(xiàn)與FAS報(bào)警、聯(lián)動(dòng)信息的通信�；馂�(zāi)時(shí)，F(xiàn)AS系統(tǒng)提供火災(zāi)信號，BAS系統(tǒng)轉(zhuǎn)入火災(zāi)模式運(yùn)行，工況執(zhí)行完畢后BAS系統(tǒng)給FAS提供一個(gè)反饋信號。車站控制室內(nèi)還設(shè)置緊急控制盤（IBP盤），是BAS火災(zāi)工況自動(dòng)控制的后備措施。
3.3 系統(tǒng)的供電方式
BAS系統(tǒng)電源采用UPS供電，UPS電源由通信專業(yè)統(tǒng)一設(shè)置，電源容量為8 k VA，由FAS專業(yè)設(shè)置配電箱，為BAS提供UPS分路電源。
BAS系統(tǒng)采用綜合接地方式，接地電阻不大于1 Ω與通信系統(tǒng)共用接地箱，接地箱由通信系統(tǒng)提供。
4結(jié)語
BAS系統(tǒng)是將傳感器和軟件系統(tǒng)相結(jié)合的車站監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠全面監(jiān)控車站大部分設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。通過設(shè)計(jì)施工發(fā)現(xiàn)BAS系統(tǒng)對地鐵的監(jiān)控有效地提高了地鐵的運(yùn)行質(zhì)量，保證了地鐵安全運(yùn)行。使地鐵環(huán)境滿足乘客的舒適度要求。設(shè)計(jì)運(yùn)行效果將有待時(shí)間的檢驗(yàn)。
