自主設計搭建地鐵自控實驗室

李愛華，關明東，張智斌，劉鵬展，滕飛飛，孫銘浩

（沈陽地鐵集團有限公司運營分公司）

1 背景

為提高沈陽地鐵自控專業(yè)技術人員的水平，熟練掌握自控設備功能，解決在設備運行過程中出現(xiàn)的軟、硬件上的技術難題，自2011年1月起，沈陽地鐵組織相關專業(yè)技術人員，提取部分1、2號線系統(tǒng)備品備件及測試工具，利用閑暇時間，籌備搭建沈陽地鐵自控實驗室。這也是全國地鐵行業(yè)自控專業(yè)首個完全由運營人員自主設計、施工、調(diào)試的專業(yè)性實驗室。依托此實驗室，可以實現(xiàn)人員培訓、實操演練、技術比武、故障模擬、設備功能測試、程序調(diào)試、科研技改、設備國產(chǎn)化研究和實踐創(chuàng)新能力等多項任務目標。

2 自主設計、搭建實驗室，推動管理創(chuàng)新

自控實驗室完全依照沈陽地鐵BAS、FAS系統(tǒng)的設計原理和既有設備設計，設備原值達81萬元，實驗室包含BAS實驗平臺、FAS實驗平臺，以及擴建FAS實驗平臺等幾部分。

2.1 BAS實驗平臺

BAS系統(tǒng)的主要功能是對車站的給排水設備、通風空調(diào)設備、自動扶梯、電梯、照明等機電設備進行自動化監(jiān)控、全面的運行管理與控制，并在火災發(fā)生時，能夠及時迅速地進入火災運行模式。實驗平臺主要分為4部分：人機交互平臺、控制與現(xiàn)場監(jiān)控模塊、網(wǎng)絡單元和繼電聯(lián)鎖電路及其控制的現(xiàn)場執(zhí)行設備。

人機交互平臺包括上位機平臺和現(xiàn)場觸摸屏監(jiān)控平臺，可以完成HMI程序的編寫與調(diào)試、模擬車站內(nèi)運行工程的故障排查與預處理、人機界面操作舒適性的驗證與修改等內(nèi)容?？刂婆c現(xiàn)場監(jiān)控模塊包括基于施耐德Quantum系列PLC所組成的主控PLC模塊及基于施耐德Momentum系列PLC所組成的現(xiàn)場監(jiān)控模塊，可實現(xiàn)程序編寫與調(diào)試，車站控制程序問題排查與預處理，新功能的調(diào)試與驗證等內(nèi)容。網(wǎng)絡單元主要包括基于MOXA現(xiàn)場交換機的工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡、基于施耐德獨有的Modbus Plus現(xiàn)場總線網(wǎng)絡及基于開放協(xié)議的Modbus現(xiàn)場網(wǎng)絡。網(wǎng)絡單元承擔著BAS實驗平臺的通信工作，還提供對外通信接口的功能。自行設計繼電聯(lián)鎖電路，連接現(xiàn)場監(jiān)控模塊與現(xiàn)場執(zhí)行設備，可模擬現(xiàn)場設備的就地控制模式，培訓運營人員的現(xiàn)場操控能力。同時，繼電聯(lián)鎖電路預留故障設置與排查功能，可對運營人員進行故障處理的培訓。

圖1 BAS實驗平臺系統(tǒng)圖

2.2 FAS實驗平臺

FAS系統(tǒng)是在地鐵車站內(nèi)進行火災監(jiān)測、自動報警及在發(fā)生災害情況時，接收控制中心的命令或獨立組織指揮管轄范圍內(nèi)的防救災工作，并自動打印，記錄災害事件的系統(tǒng)。FAS實驗平臺主要由火災自動報警控制器、圖形顯示裝置、現(xiàn)場探測設備及監(jiān)控模塊、氣體滅火控制器、繼電聯(lián)鎖電路等5部分組成?；馂淖詣訄缶刂破鞑捎没裟犴f爾公司生產(chǎn)的諾帝菲爾NFS2-3030平臺，實現(xiàn)現(xiàn)場探測設備、防救災設備狀態(tài)信息的接收、處理，以及在模擬災害情況下做為主控制設備，聯(lián)動實驗室內(nèi)消防聯(lián)動測試沙盤的防救災設備動作。圖形顯示裝置采用諾帝菲爾ONYXWorks Workstation軟件平臺，與NFS2-3030火災自動報警控制器進行連接，在實驗室承擔著消防聯(lián)動救災設備的控制與顯示、信息記錄、信息傳輸?shù)裙δ苄匀蝿铡，F(xiàn)場探測設備及監(jiān)控模塊由智能探測器、觸發(fā)裝置、監(jiān)視及控制模塊組成。監(jiān)視及控制模塊可控制實驗室消防聯(lián)動測試沙盤防救災設備動作，及監(jiān)視防救災設備動作后的狀態(tài)。氣體自動滅火系統(tǒng)采用諾帝菲爾RP-1002PLUS氣體滅火控制器，可實現(xiàn)緊急啟停按鈕的啟動、停止功能，氣體噴灑指示燈、聲光警報器等設備控制功能，并且提供驅(qū)動電磁閥的接口，用于啟動氣體滅火設備。自主設計搭建的繼電聯(lián)鎖電路為防救災聯(lián)動設備的控制電路，由繼電器、接觸器、施耐德Momentum系列PLC等組成，實現(xiàn)模擬切斷非消防電源、應急照明強制啟動、消防水泵的控制功能。

圖2 FAS實驗平臺網(wǎng)絡功能圖

2.3 實驗室功能再擴展

為了適應地鐵運營工作的深入開展，自控實驗室在原有單車站FAS系統(tǒng)模擬的情況下，對FAS實驗室平臺進行擴展，實現(xiàn)FAS系統(tǒng)三車站成網(wǎng)模擬。實驗室搭建了采用美國愛德華的EST3產(chǎn)品，模擬三座車站火災報警功能、消防聯(lián)動功能、環(huán)網(wǎng)通訊功能。根據(jù)實驗室設備的新建項目，配置板卡、添加探測設備，設計聯(lián)動關系、自主編程、編譯聯(lián)動關系語句，設計光纖組網(wǎng)、傳輸程序等工作，提高了人員對消防設備及消防規(guī)范的深入理解，降低了對供應商的依賴，提高處理故障的能力。利用實驗室，運營人員還自行制作了一套FAS系統(tǒng)探測器測試板，測試版與FAS平臺回路相連，可實現(xiàn)FAS系統(tǒng)備品備件的測試工作，同時可以對查找設備具體的故障原因提供測試條件。

2.4 人才培養(yǎng)

實驗室是一個將理論與實踐相結合的培訓平臺，也是直接為日常檢修和技術改造提供服務的平臺，其在培養(yǎng)技術人員的獨立思考、創(chuàng)新能力方面起著不可或缺的重要作用。

一是培養(yǎng)技術過硬的應用型人才。實驗室在地鐵運營專業(yè)人才的培養(yǎng)中具有十分重要的地位。首先，實踐性強是實驗室的一個顯著特點；其次，實驗室在培訓工作中培養(yǎng)人員理論聯(lián)系實際、解決實際問題的能力。

二是培養(yǎng)技術管理型的專業(yè)帶頭人。通過實驗室建設，提高了實驗室項目建設團隊成員的理論知識及實際動作操作能力，在運營分公司的內(nèi)部形成了以實驗室項目建設團隊為骨干力量的技術核心人員，以實驗室項目建設團隊成員的“點”去帶動其他班組的“面”，共同深入開展對專業(yè)技術的學習、研究。

三是充分發(fā)揮實驗室模擬實訓基地的作用。實驗室在實際操作的培訓和考核過程中起到了重要作用。實驗室同時兼具BAS系統(tǒng)、FAS系統(tǒng)實訓平臺的作用，可對各個接口設備和基礎知識進行系統(tǒng)的學習和實踐。通過軟件編程、接線、故障排查、應急操作及硬件組裝等，對運營技術人員進行比武練兵，提高了現(xiàn)場人員的技術能力。

2.5 人才培養(yǎng)

實驗室在設備的日常維護、故障處理和技術改造等方面同樣發(fā)揮了積極的作用。

地鐵工程規(guī)模大、所含設備種類多、技術難度高，相互間接口復雜，同時為了保證正常的運營秩序，設備的日常維護工作需要做到全面、細致。通過實驗室對現(xiàn)行系統(tǒng)、設備運行狀態(tài)、性能指標進行測試，評估其可能存在的風險點，針對各類風險點制定處置措施，這樣既不影響正常運營的秩序，又提高了檢修效率。當?shù)罔F內(nèi)發(fā)生設備故障且存在處理技術難點時，可利用實驗平臺對發(fā)生的故障進行模擬分析測試，找到故障原因，并對故障制定處理方案，這樣可以提高處理此類故障的維修效率。

2.6 產(chǎn)、學、研交流

對于整個實驗室的建設項目來說，把實驗室建設成為集培訓、研究與技術交流于一體的開放性、多功能技術平臺，也是促進技術管理創(chuàng)新的一個非常重要的途徑。實驗室致力于成為沈陽地鐵運營分公司機電設備維護、調(diào)度管理系統(tǒng)及應急演練等方面高效率、低風險的交流實驗平臺，滿足未來新線建設和技術擴展的需要，同時與接口部門進行技術交流與研究，更好的服務于設備維護及創(chuàng)新管理。實驗室作為一個綜合性的服務交流平臺，與高校、科研院所、設計院及設備生產(chǎn)廠家的專業(yè)技術人員進行溝通、交流。在實驗室建成后，多次組織設計院、設備生產(chǎn)廠家、設備集成商等單位進行技術交流活動，使地鐵運營人員在第一時間了解和學習新設計理念、新設備技術的同時，做到了產(chǎn)、學、研的同步。

圖3 實驗室

3 結語

實驗室所用設備采用已有的備品備件，未另行采購。節(jié)約設備成本約47萬元；設計、安裝、調(diào)試及驗收工作均由沈陽地鐵運營分公司的專業(yè)技術人員利用業(yè)余時間獨立完成，節(jié)約人工成本約18萬元。實驗室建成后，可對地鐵運營人員進行現(xiàn)場培訓，節(jié)省到其他城市地鐵的送外培訓費用。按照1、2號線線路專業(yè)技術及一般使用人員方面考慮，共需對50人進行培訓，每名人員的培訓費用按3000元計算，可節(jié)省送外培訓費用約為15萬元。

圖4 實驗室BAS試驗平臺（上）、FAS（下）實驗平臺

利用實驗室對技術改造的方案進行前期的模擬測試，提出改進意見，然后在實際改造中予以實施，這樣會提高技術改造的成功率、降低技術改造成本。實驗室建成至今，利用實驗室深入研究分析，成功實施了1號線區(qū)間排水泵水位傳感器的改造、1號線FAS系統(tǒng)通信環(huán)網(wǎng)故障改造、1號線氣滅盤固件版本程序的升級、2號線BAS系統(tǒng)PLC固件版本的升級、2號線氣體滅火系統(tǒng)電池閥接線端子改造、2號線站臺板下感溫電纜故障的改造、2號線BAS系統(tǒng)施耐德交換機獨立供電改造及消火栓按鈕測試版的開發(fā)及應用等技術改造，解決了諸多故障，提升了地鐵自控專業(yè)各系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，為公司節(jié)省了備件置換、維修成本約105萬元。

參考文獻：

[1] 火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范 GB 50116-2013 中國計劃出版社，2013.9.

[2] 地鐵設計規(guī)范 GB 50157-2013，中國建筑工業(yè)出版社，2013.8.