成都地鐵2號(hào)線BAS設(shè)計(jì)與實(shí)施概述

陳 佳，胡 陽(yáng)

（深圳達(dá)實(shí)智能股份有限公司，廣東深圳 518057）

1 概述

成都市屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和、四季分明、無(wú)霜期長(zhǎng)、雨量充沛、日照較少。多年年平均氣溫為16.2℃，年極端最高氣溫為37.3℃，年極端最低氣溫為-5.9℃。夏季大氣壓：947.7 hPa；冬季大氣壓：963.2 hPa；海拔：505.9 m；夏季室外空調(diào)計(jì)算干球溫度：31.6℃；夏季室外濕球溫度：26.7℃；夏季室外通風(fēng)溫度：29℃；夏季室外計(jì)算相對(duì)濕度：69%；夏季室外平均風(fēng)速：1.3 m/s。

2 BAS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

成都地鐵2號(hào)線一期環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）包括2號(hào)線20個(gè)車站、車輛段與綜合基地，BAS網(wǎng)絡(luò)采用分層分布式現(xiàn)場(chǎng)總線（Control?Net）結(jié)構(gòu)，由PLC控制設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)傳感器和維護(hù)終端等組成。監(jiān)控的對(duì)象包括車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備、給排水設(shè)備、自動(dòng)扶梯、照明設(shè)備、導(dǎo)向標(biāo)志和車站事故照明電源等設(shè)備[1-2]。

BAS系統(tǒng)根據(jù)控制地點(diǎn)不同，分為現(xiàn)場(chǎng)控制、車站控制和中心控制。由車站實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)功能基礎(chǔ)上，分配權(quán)限給中心，中心具有集中管理的權(quán)限?？刂苾?yōu)先級(jí)由高到低分別為：現(xiàn)場(chǎng)控制—車站控制—中心控制。

按照車站的特點(diǎn)，車站BAS底層系統(tǒng)分別設(shè)置兩套對(duì)等冗余的監(jiān)控子系統(tǒng)，即車站A端BAS監(jiān)控子系統(tǒng)，車站B端BAS監(jiān)控子系統(tǒng)。以書房站為例，A、B兩端及IBP各設(shè)置兩套小型工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)組成BAS底層冗余工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，如圖1所示。

每端BAS的PLC程序獨(dú)立接收上位下發(fā)命令，經(jīng)過邏輯處理后，發(fā)送邏輯結(jié)果給相關(guān)設(shè)備和接口，執(zhí)行相應(yīng)設(shè)備動(dòng)作，并將監(jiān)測(cè)到的執(zhí)行狀態(tài)反饋給上位系統(tǒng)。

3 BAS模式控制

成都地鐵2號(hào)線BAS模式控制主要有以下三種類型[2]：

圖1 車站BAS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

（1）手動(dòng)控制：可點(diǎn)擊界面設(shè)備對(duì)任一設(shè)備進(jìn)行如啟停、開關(guān)等動(dòng)作響應(yīng)。

（2）模式控制：可分為正常模式控制、時(shí)間表控制、焓值控制、火災(zāi)模式控制。

1）正常模式控制：進(jìn)入模式控制狀態(tài)后，可對(duì)BAS系統(tǒng)根據(jù)需要下發(fā)相應(yīng)模式號(hào)。只有具備操作權(quán)限的人才可以執(zhí)行模式下發(fā)。

2）時(shí)間表控制：在界面菜單選者時(shí)間表控制選項(xiàng)，系統(tǒng)將依照定制的時(shí)間表模式內(nèi)容，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際時(shí)間執(zhí)行相關(guān)模式（注：站里時(shí)間與OCC中心時(shí)間時(shí)刻處于同步狀態(tài)）。

3）焓值控制：分大、小系統(tǒng)焓值控制。

4）大系統(tǒng)焓值：對(duì)新風(fēng)溫濕度、回風(fēng)溫濕度和站里溫濕度加權(quán)平均計(jì)算和獲得焓值數(shù)據(jù)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果起動(dòng)相應(yīng)模式。

5）小系統(tǒng)焓值：以有人作業(yè)區(qū)的溫濕度加權(quán)數(shù)據(jù)為主要依據(jù)計(jì)算相應(yīng)焓值，根據(jù)計(jì)算結(jié)果起動(dòng)相應(yīng)模式。

6）火災(zāi)模式控制，根據(jù)響應(yīng)的信號(hào)源不同，分IBP盤火災(zāi)、FAS火災(zāi)、BAS系統(tǒng)上位火災(zāi)，在火災(zāi)響應(yīng)權(quán)根上：IBP盤火災(zāi)>FAS火災(zāi)>BAS系統(tǒng)上位火災(zāi)。

（3）火災(zāi)模式：依據(jù)空調(diào)設(shè)計(jì)模式操作表執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。

1）IBP盤火災(zāi)：當(dāng)IBP本地/遠(yuǎn)程開關(guān)處于本地狀態(tài)時(shí)，IBP具有發(fā)火災(zāi)命令權(quán)限，且為最高級(jí)別。

2）FAS火災(zāi)：根所火災(zāi)產(chǎn)生源的不同，BAS系統(tǒng)將響應(yīng)其要求聯(lián)動(dòng)的相關(guān)動(dòng)作。FAS系統(tǒng)由手自動(dòng)選擇，但處于自動(dòng)狀態(tài)時(shí)BAS系統(tǒng)才響應(yīng)其火災(zāi)命令。

4 BAS與子系統(tǒng)接口

成都地鐵2號(hào)線BAS與其接口的子系統(tǒng)主要包括MCC、冷水系統(tǒng)（含冰蓄冷）和給排水系統(tǒng)等。

（1）MCC：BAS系統(tǒng)提供適應(yīng)MCC表格的標(biāo)準(zhǔn)化程序，全線程序結(jié)構(gòu)一致，同種設(shè)備控制類型一致，通訊接口方式實(shí)現(xiàn)一致。在控制方式上，設(shè)備單控采用脈沖命令值，即上位產(chǎn)生的單設(shè)備控制脈沖在BAS系統(tǒng)將最長(zhǎng)存在2 s的時(shí)間，當(dāng)監(jiān)測(cè)到MCC接收命令響應(yīng)時(shí)立即中止，實(shí)測(cè)BAS的PLC程序與MCC通訊完成時(shí)間為小于等于300 ms。模式控制上，采用持續(xù)發(fā)送模式命令，直到進(jìn)入指定的模式為終止，在執(zhí)行過程中可以采用撤銷模式命令進(jìn)行模式撤銷操作。

（2）冷水系統(tǒng)：冷水系統(tǒng)（含冰蓄冷）提供了Modbus標(biāo)準(zhǔn)化接口，且具有相同的監(jiān)控內(nèi)容，在程序上也以標(biāo)準(zhǔn)化邏輯和點(diǎn)表實(shí)現(xiàn)，對(duì)冷水提供動(dòng)一鍵啟停操作和時(shí)間段控制設(shè)定，同時(shí)設(shè)有火災(zāi)和聯(lián)動(dòng)接口。

（3）給排水系統(tǒng)：對(duì)水位只監(jiān)不控，設(shè)備在自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，可強(qiáng)啟水泵，在程序?qū)崿F(xiàn)上采用標(biāo)準(zhǔn)化邏輯，以設(shè)備標(biāo)識(shí)位，區(qū)分給排水廠家所提供的B、C、D、E、F類水泵。

（4）其余系統(tǒng)如EPS、智能照明、廣告照明、二四類導(dǎo)向、電扶梯、區(qū)間電動(dòng)蝶閥、疏散指示、自動(dòng)扶梯導(dǎo)向、閘機(jī)導(dǎo)向在實(shí)現(xiàn)功能上與上述系統(tǒng)相似，采用Modbus標(biāo)準(zhǔn)化接口，都設(shè)有火災(zāi)和聯(lián)動(dòng)接口。

BAS控制系統(tǒng)針對(duì)各系統(tǒng)設(shè)備控制都做了余量預(yù)留，若要新增設(shè)備，如MCC，PLC程序可不做任何改動(dòng)，在上位增加相應(yīng)的設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)控制。其他如果為硬點(diǎn)連接，則在程序里對(duì)新增加設(shè)備進(jìn)行硬點(diǎn)連接，邏輯控制程序可不做修改，上位系統(tǒng)增加新設(shè)備即可完成。

5 BAS智能控制策略

（1）車站空調(diào)大小系統(tǒng)

圖2 車站空調(diào)大系統(tǒng)原理圖

圖3 車站空調(diào)大系統(tǒng)原理圖

成都地鐵2號(hào)線車站（以書房站為例）按建筑結(jié)構(gòu)主要分為A、B兩端，每端均設(shè)置組合式空調(diào)、回排風(fēng)機(jī)，獨(dú)立負(fù)責(zé)各自一側(cè)的環(huán)境溫度調(diào)節(jié)。在新風(fēng)管、混風(fēng)室、空調(diào)表冷器、送風(fēng)管、回風(fēng)管以及站廳站臺(tái)等位置設(shè)置溫濕度傳感器，獲取相應(yīng)溫度及濕度值；在站廳和站臺(tái)有獨(dú)立的送排風(fēng)支管道。車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為車站大系統(tǒng)，其正常工況分為空調(diào)季節(jié)最小新風(fēng)工況、空調(diào)季節(jié)全新風(fēng)工況、非空調(diào)季節(jié)通風(fēng)工況、夜間運(yùn)行工況、早夜換氣工況及突發(fā)客流工況等[3]。空調(diào)大系統(tǒng)原理如圖2所示。

車站非公共區(qū)設(shè)備用房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為車站小系統(tǒng)，其正常工況分為空調(diào)季節(jié)最小新風(fēng)工況、空調(diào)季節(jié)全新風(fēng)工況、非空調(diào)季節(jié)通風(fēng)工況?？照{(diào)小系統(tǒng)原理如圖3所示。

（2）大系統(tǒng)變風(fēng)量調(diào)節(jié)

車站大系統(tǒng)的組合空調(diào)KT-I1和KT-II1、回排風(fēng)機(jī)HPF-I1和HPF-II1均采用變頻控制，其調(diào)節(jié)的房間是站廳和站臺(tái)。使用變頻器后，風(fēng)機(jī)可軟起軟停、減少設(shè)備機(jī)械沖擊、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命和降低設(shè)備的維修費(fèi)用。對(duì)風(fēng)機(jī)采用變頻變風(fēng)量運(yùn)行控制，以車站溫度作為變風(fēng)量控制目標(biāo)。由現(xiàn)場(chǎng)控制器根據(jù)實(shí)際溫度與設(shè)定溫度的差異，決定風(fēng)量調(diào)節(jié)的方向及幅度，由變頻器執(zhí)行，風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)變風(fēng)量運(yùn)行[3]。

由于采用變風(fēng)量控制，為了減小運(yùn)行能耗，應(yīng)盡量避免過多地對(duì)變風(fēng)量調(diào)節(jié)風(fēng)閥的調(diào)節(jié)。各風(fēng)閥只在空調(diào)模式變化時(shí)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)值的開度百分比控制，而不進(jìn)行頻繁的開度調(diào)節(jié)。

（3）大小系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)

由于成都地鐵2號(hào)線BAS中冷水系統(tǒng)不需要BAS進(jìn)行智能調(diào)節(jié)，所以其控制對(duì)象只要是空調(diào)變頻及冷水電動(dòng)二通調(diào)節(jié)閥。大小系統(tǒng)空調(diào)通風(fēng)采用PID智能調(diào)節(jié)，在正常模式、時(shí)間表控制和焓值控制狀態(tài)下PID調(diào)節(jié)可同時(shí)啟用。電動(dòng)二通閥只有在新風(fēng)狀態(tài)下的起調(diào)節(jié)作用，其PID采用定時(shí)調(diào)節(jié)，設(shè)定誤差大于空調(diào)風(fēng)機(jī)頻率的設(shè)定誤差[4]。

針對(duì)電動(dòng)二通水閥的機(jī)械調(diào)節(jié)特性，大系統(tǒng)、小系統(tǒng)的主要調(diào)節(jié)方式如下。

（1）大系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)采用先空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻，再調(diào)節(jié)電動(dòng)二通閥開度的控制順序，待調(diào)節(jié)穩(wěn)定后，再由變頻控制維持溫度，以避免對(duì)二通閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)頻繁調(diào)節(jié)縮短使用壽命。大系統(tǒng)的電動(dòng)二通閥屬于模擬量控制類型，具備調(diào)節(jié)特性。

（2）小系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)主要針對(duì)電動(dòng)二通閥的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)給冷量的調(diào)節(jié)。待調(diào)節(jié)穩(wěn)定后，設(shè)定一段等待時(shí)間后再進(jìn)行下一次調(diào)節(jié)，以避免對(duì)二通閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)頻繁調(diào)節(jié)縮短使用壽命。小系統(tǒng)的電動(dòng)二通閥屬于開關(guān)量控制類型，不具備調(diào)節(jié)特性，但通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)此電動(dòng)二通閥具備以下特性：

1）開控制命令下發(fā)則閥門執(zhí)行開動(dòng)作至全開到位（開命令需保持）；

2）關(guān)控制命令下發(fā)則閥門執(zhí)行關(guān)動(dòng)作至全關(guān)到位（關(guān)命令需保持）；

3）開控制命令和關(guān)控制命令都不下發(fā)時(shí)，閥門維持在當(dāng)前位置；

圖4 小系統(tǒng)電動(dòng)二通閥PID控制邏輯圖

4）小系統(tǒng)電動(dòng)二通閥的全行程（全關(guān)到全開/全開到全關(guān)）時(shí)間大約為120 s。

從以上特性分析，可以通過控制閥門開或關(guān)的行程時(shí)間，實(shí)現(xiàn)閥門開度的間接控制。故小系統(tǒng)水閥的調(diào)節(jié)原理實(shí)際如下。

BAS系統(tǒng)PLC根據(jù)小系統(tǒng)環(huán)境加權(quán)溫度進(jìn)行PID運(yùn)算，計(jì)算出當(dāng)前小系統(tǒng)水閥的開度需求值（OV），BAS系統(tǒng)PLC根據(jù)開度需求值（OV）控制閥門開命令或關(guān)命令的時(shí)間值Ta，從而使水閥達(dá)到相應(yīng)的開啟角度。由于水閥本身允許存在2%～5%的誤差，故時(shí)間值與開度量可近似看成線性比例關(guān)系。而每個(gè)小系統(tǒng)水閥的全行程時(shí)間根據(jù)口徑大小而不相同，在程序編制時(shí)將各口徑水閥的行程時(shí)間（Ts）固定預(yù)置后，再參與計(jì)算。小系統(tǒng)電動(dòng)二通閥PID控制程序邏輯結(jié)構(gòu)如圖4所示。

6 總結(jié)

成都地鐵2號(hào)線的BAS設(shè)計(jì)充分考慮了環(huán)境和氣候因素，BAS與其他子系統(tǒng)的接口遵循標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS技術(shù)規(guī)范。在BAS的實(shí)施過程中，設(shè)計(jì)者以安全、舒適及節(jié)能為目的，取得了很好的工程效果。

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［4］鄧元媛，蘇華.地鐵站變風(fēng)量空調(diào)冬季工況節(jié)能研究［J］.四川建筑科學(xué)研究，2011（02）：265-268.

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