自動控制技術在德黑蘭地鐵通風系統(tǒng)中的應用

文｜同方泰德國際科技（北京）有限公司 杜清杰

德黑蘭地鐵通風系統(tǒng)由5個大功率軸流風機及與其配套的風閥、過濾器和水泵組成，主要起到為地鐵環(huán)境通風換氣、加濕降溫，以及在發(fā)生火災時排煙等作用，是保障地鐵環(huán)境舒適度的主要設備，也是BAS監(jiān)控的主要系統(tǒng)。

1 通風系統(tǒng)的組成

在車站通風系統(tǒng)中，VE1和VE2是隧道排風單元，位于每個車站的兩側，通常工作在排風狀態(tài)；VE3和VE4是位于車站兩側的隧道送風單元，分別與VE1和VE2配合，通常工作在送風狀態(tài)；VE5是車站送風單元，通常工作在送風狀態(tài)。在特定情況下，上述送排風單元也可以手動或由軟件自動改變運行狀態(tài)。

送風單元除了風機外，還包括進風閥、排風閥、淋水室、水泵等設備，VE5還有用于除塵的過濾器。淋水室和水泵的作用是為高溫、干燥的空氣降溫加濕，從而保證地鐵環(huán)境的舒適。VE5通風單元如圖1所示。

圖1 典型車站通風單元

2 通風系統(tǒng)的控制方案

通風系統(tǒng)可由DCU、MU、CCS中的任何一級進行控制，控制模式有手動控制模式、自動溫度控制模式、自動時間控制模式三種，可由操作員選擇。

2.1 手動控制模式

在手動控制模式下，操作員可通過DCU的小鍵盤選擇參數(shù)。每個設備的啟停對應一個參數(shù)，把參數(shù)設為ON，該設備在滿足其他連鎖條件后就可啟動；把參數(shù)設為OFF，該設備就停止。如把風機進風的命令參數(shù)設為ON后，DCU將自動把進風閥的打開命令設為ON，先把進風閥打開，同時把排風閥關閉，再判斷該風機是否有故障，若無故障且其他風機沒有正在啟動中，便啟動該風機。水泵啟動時，淋水室水位必須足夠高，風機必須正在進風方式下運行。當風機的進風運行停止或轉換為排風方式運行時，水泵自動停止。DCU中設計了一系列自動程序，使操作員只需簡單操作一下就可以。如風機停止運行2min后，風閥自動關閉。

在MU和CCS計算機上的BAS設備監(jiān)控界面中，操作員只需用鼠標點擊一下設備開關。如把開關設為ON，DCU收到命令后，判斷滿足啟動條件，就啟動設備；如把開關設為OFF，設備就停止。

2.2 自動溫度控制模式

自動溫度控制模式就是DCU根據(jù)風機覆蓋區(qū)域的溫度，自動啟停風機和水泵，使該區(qū)域的溫度穩(wěn)定在一個舒適范圍內的控制模式。

以車站送風單元為例，當站臺4個測溫點的溫度平均值高于22℃，風機啟動，以進風方式運行；當溫度均值高于26℃，第一臺水泵啟動；當溫度均值高于28℃，第二臺水泵啟動，兩水泵同時運行。當溫度均值低于26℃，第二臺水泵停止；當溫度均值低于22℃，第一臺水泵停止；當溫度均值低于19℃，風機停止。

這種方式通常在夏季時采用，DCU根據(jù)溫度自動調節(jié)設備的運行，提高系統(tǒng)的自動化程度。

2.3 自動時間控制模式

自動時間控制模式分為MU時間控制模式和CCS時間控制模式。MU時間控制模式是MU計算機根據(jù)操作員預先設定的時間，自動控制通風設備啟停的控制模式。為保證設備的合理化使用，每個設備在一天內可以設置三段時間啟停。

在MU時間控制模式下，計算機每20s定時將操作員預先設定的時間與系統(tǒng)時間比較，到了啟動時間，就下發(fā)設備啟動命令，到了停止時間，就下發(fā)設備停止命令，從而自動控制設備運行。

CCS時間控制模式比較復雜，它是CCS計算機上的一個優(yōu)化模式。CCS計算機將DCU送來的溫濕度和設備運行情況保存在歷史數(shù)據(jù)庫中。每天夜里零點，計算機根據(jù)昨天整條地鐵線各車站里的溫濕度記錄、車站外的溫濕度、當時的季節(jié)、地鐵列車運行的密度和地鐵所處的養(yǎng)護階段，以及操作員對昨天時間控制模式運行結果的評價，結合清華大學地鐵熱環(huán)境分析的理論模型，綜合各種時間運行方式，計算出一個優(yōu)化的時間運行表，經過數(shù)據(jù)壓縮，通過通信網(wǎng)絡下發(fā)至各個車站（各車站的時間表各不相同）。各車站收到數(shù)據(jù)后，解壓縮，復原時間表。在MU選擇CCS時間控制模式的情況下，MU根據(jù)該時間表，下達啟停命令，控制通風設備。如圖2所示。

在通常情況下，操作員都選擇這種CCS時間優(yōu)化控制模式，以實現(xiàn)CCS和車站無人值守的目標，極大地提高地鐵機電設備運行的自動化程度。

圖2 CCS時間控制模式

3 送風單元中水泵的控制

從圖1所示的典型車站通風單元中，可以看到在整個通風系統(tǒng)中，淋水室中水泵的啟動對地鐵環(huán)境的溫度控制至關重要。若淋水室水位足夠高，水泵在風機進風方式下啟動，在伊朗特有的高溫干燥氣候下，外界高溫空氣加濕后進入車站，在地鐵環(huán)境中蒸發(fā)，可以使地下環(huán)境迅速變得涼爽、濕潤。淋水室的結構如圖3所示。

圖3 淋水室結構圖

在淋水室中有高、低兩個液位傳感器，如圖3所示。初始方案中，如果低液位傳感器檢測到了水位，水泵1、2就可以啟動了，高液位傳感器的作用則是淋水室的溢出報警。在泵運行過程中，當液位逐漸下降至低于低液位傳感器時，水泵自動停止。在實施過程中，我們發(fā)現(xiàn)，當液位高于低液位傳感器，但低于水泵進水管A段的彎角處時，由于A段和水泵之間有空氣，水泵啟動時會有短時間的空轉，這樣的啟動次數(shù)多了，就會縮短水泵的使用壽命。于是我們把低液位傳感器移到高于A段彎角處的位置上，如圖4所示。

圖4 初次改動后的液位傳感器位置

水泵空轉的問題解決了，但經過一段時間的運行，又發(fā)現(xiàn)了問題。當液位高于低液位傳感器后，水泵可以啟動，然而，即使液位很高，到達高液位傳感器處，由于高、低液位傳感器間的落差小，水泵啟動后，30min左右，水位就會下降到低液位傳感器以下，泵就自動停止，從而造成地鐵環(huán)境溫度的升高。我們發(fā)現(xiàn)這個問題后，修改DCU的程序，當補水系統(tǒng)（浮球閥系統(tǒng)）開始補水時，只要水位高于低液位傳感器，水泵即自動恢復運行。這樣雖然不用操作員多次啟動水泵，但由于補水速度很慢，水泵恢復運行后水位會在低液位傳感器處浮動，造成水泵的頻繁啟停，對水泵的使用不利。同時，由于淋水室的有效利用率低（只用了水池的三分之一的高度），地鐵環(huán)境溫度依然很高。

后來經過思考，我們把低液位傳感器移回原處，改變原來的水泵控制方案，修改各DCU的程序，改為高液位信號啟泵，低液位信號停泵。也就是說，只有當液位到達高液位傳感器處時，水泵才能啟動；當水位下降至低于低液位傳感器時，水泵自動停止。這樣便提高淋水室的利用率，延長水泵的運行時間，在炎熱的夏季，保證地鐵環(huán)境的涼爽、濕潤、舒適。