自動(dòng)控制技術(shù)在德黑蘭地鐵通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

文｜同方泰德國(guó)際科技（北京）有限公司 杜清杰

德黑蘭地鐵通風(fēng)系統(tǒng)由5個(gè)大功率軸流風(fēng)機(jī)及與其配套的風(fēng)閥、過濾器和水泵組成，主要起到為地鐵環(huán)境通風(fēng)換氣、加濕降溫，以及在發(fā)生火災(zāi)時(shí)排煙等作用，是保障地鐵環(huán)境舒適度的主要設(shè)備，也是BAS監(jiān)控的主要系統(tǒng)。

1 通風(fēng)系統(tǒng)的組成

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

送風(fēng)單元除了風(fēng)機(jī)外，還包括進(jìn)風(fēng)閥、排風(fēng)閥、淋水室、水泵等設(shè)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(fēng)單元如圖1所示。

圖1 典型車站通風(fēng)單元

2 通風(fēng)系統(tǒng)的控制方案

通風(fēng)系統(tǒng)可由DCU、MU、CCS中的任何一級(jí)進(jìn)行控制，控制模式有手動(dòng)控制模式、自動(dòng)溫度控制模式、自動(dòng)時(shí)間控制模式三種，可由操作員選擇。

2.1 手動(dòng)控制模式

在手動(dòng)控制模式下，操作員可通過DCU的小鍵盤選擇參數(shù)。每個(gè)設(shè)備的啟停對(duì)應(yīng)一個(gè)參數(shù)，把參數(shù)設(shè)為ON，該設(shè)備在滿足其他連鎖條件后就可啟動(dòng)；把參數(shù)設(shè)為OFF，該設(shè)備就停止。如把風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)的命令參數(shù)設(shè)為ON后，DCU將自動(dòng)把進(jìn)風(fēng)閥的打開命令設(shè)為ON，先把進(jìn)風(fēng)閥打開，同時(shí)把排風(fēng)閥關(guān)閉，再判斷該風(fēng)機(jī)是否有故障，若無故障且其他風(fēng)機(jī)沒有正在啟動(dòng)中，便啟動(dòng)該風(fēng)機(jī)。水泵啟動(dòng)時(shí)，淋水室水位必須足夠高，風(fēng)機(jī)必須正在進(jìn)風(fēng)方式下運(yùn)行。當(dāng)風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)運(yùn)行停止或轉(zhuǎn)換為排風(fēng)方式運(yùn)行時(shí)，水泵自動(dòng)停止。DCU中設(shè)計(jì)了一系列自動(dòng)程序，使操作員只需簡(jiǎn)單操作一下就可以。如風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行2min后，風(fēng)閥自動(dòng)關(guān)閉。

在MU和CCS計(jì)算機(jī)上的BAS設(shè)備監(jiān)控界面中，操作員只需用鼠標(biāo)點(diǎn)擊一下設(shè)備開關(guān)。如把開關(guān)設(shè)為ON，DCU收到命令后，判斷滿足啟動(dòng)條件，就啟動(dòng)設(shè)備；如把開關(guān)設(shè)為OFF，設(shè)備就停止。

2.2 自動(dòng)溫度控制模式

自動(dòng)溫度控制模式就是DCU根據(jù)風(fēng)機(jī)覆蓋區(qū)域的溫度，自動(dòng)啟停風(fēng)機(jī)和水泵，使該區(qū)域的溫度穩(wěn)定在一個(gè)舒適范圍內(nèi)的控制模式。

以車站送風(fēng)單元為例，當(dāng)站臺(tái)4個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度平均值高于22℃，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，以進(jìn)風(fēng)方式運(yùn)行；當(dāng)溫度均值高于26℃，第一臺(tái)水泵啟動(dòng)；當(dāng)溫度均值高于28℃，第二臺(tái)水泵啟動(dòng)，兩水泵同時(shí)運(yùn)行。當(dāng)溫度均值低于26℃，第二臺(tái)水泵停止；當(dāng)溫度均值低于22℃，第一臺(tái)水泵停止；當(dāng)溫度均值低于19℃，風(fēng)機(jī)停止。

這種方式通常在夏季時(shí)采用，DCU根據(jù)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行，提高系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。

2.3 自動(dòng)時(shí)間控制模式

自動(dòng)時(shí)間控制模式分為MU時(shí)間控制模式和CCS時(shí)間控制模式。MU時(shí)間控制模式是MU計(jì)算機(jī)根據(jù)操作員預(yù)先設(shè)定的時(shí)間，自動(dòng)控制通風(fēng)設(shè)備啟停的控制模式。為保證設(shè)備的合理化使用，每個(gè)設(shè)備在一天內(nèi)可以設(shè)置三段時(shí)間啟停。

在MU時(shí)間控制模式下，計(jì)算機(jī)每20s定時(shí)將操作員預(yù)先設(shè)定的時(shí)間與系統(tǒng)時(shí)間比較，到了啟動(dòng)時(shí)間，就下發(fā)設(shè)備啟動(dòng)命令，到了停止時(shí)間，就下發(fā)設(shè)備停止命令，從而自動(dòng)控制設(shè)備運(yùn)行。

CCS時(shí)間控制模式比較復(fù)雜，它是CCS計(jì)算機(jī)上的一個(gè)優(yōu)化模式。CCS計(jì)算機(jī)將DCU送來的溫濕度和設(shè)備運(yùn)行情況保存在歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中。每天夜里零點(diǎn)，計(jì)算機(jī)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(dāng)時(shí)的季節(jié)、地鐵列車運(yùn)行的密度和地鐵所處的養(yǎng)護(hù)階段，以及操作員對(duì)昨天時(shí)間控制模式運(yùn)行結(jié)果的評(píng)價(jià)，結(jié)合清華大學(xué)地鐵熱環(huán)境分析的理論模型，綜合各種時(shí)間運(yùn)行方式，計(jì)算出一個(gè)優(yōu)化的時(shí)間運(yùn)行表，經(jīng)過數(shù)據(jù)壓縮，通過通信網(wǎng)絡(luò)下發(fā)至各個(gè)車站（各車站的時(shí)間表各不相同）。各車站收到數(shù)據(jù)后，解壓縮，復(fù)原時(shí)間表。在MU選擇CCS時(shí)間控制模式的情況下，MU根據(jù)該時(shí)間表，下達(dá)啟停命令，控制通風(fēng)設(shè)備。如圖2所示。

在通常情況下，操作員都選擇這種CCS時(shí)間優(yōu)化控制模式，以實(shí)現(xiàn)CCS和車站無人值守的目標(biāo)，極大地提高地鐵機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)化程度。

圖2 CCS時(shí)間控制模式

3 送風(fēng)單元中水泵的控制

從圖1所示的典型車站通風(fēng)單元中，可以看到在整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)中，淋水室中水泵的啟動(dòng)對(duì)地鐵環(huán)境的溫度控制至關(guān)重要。若淋水室水位足夠高，水泵在風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)方式下啟動(dòng)，在伊朗特有的高溫干燥氣候下，外界高溫空氣加濕后進(jìn)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(rùn)。淋水室的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 淋水室結(jié)構(gòu)圖

在淋水室中有高、低兩個(gè)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(cè)到了水位，水泵1、2就可以啟動(dòng)了，高液位傳感器的作用則是淋水室的溢出報(bào)警。在泵運(yùn)行過程中，當(dāng)液位逐漸下降至低于低液位傳感器時(shí)，水泵自動(dòng)停止。在實(shí)施過程中，我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)液位高于低液位傳感器，但低于水泵進(jìn)水管A段的彎角處時(shí)，由于A段和水泵之間有空氣，水泵啟動(dòng)時(shí)會(huì)有短時(shí)間的空轉(zhuǎn)，這樣的啟動(dòng)次數(shù)多了，就會(huì)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(dòng)后的液位傳感器位置

水泵空轉(zhuǎn)的問題解決了，但經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，又發(fā)現(xiàn)了問題。當(dāng)液位高于低液位傳感器后，水泵可以啟動(dòng)，然而，即使液位很高，到達(dá)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(dòng)后，30min左右，水位就會(huì)下降到低液位傳感器以下，泵就自動(dòng)停止，從而造成地鐵環(huán)境溫度的升高。我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)問題后，修改DCU的程序，當(dāng)補(bǔ)水系統(tǒng)（浮球閥系統(tǒng)）開始補(bǔ)水時(shí)，只要水位高于低液位傳感器，水泵即自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行。這樣雖然不用操作員多次啟動(dòng)水泵，但由于補(bǔ)水速度很慢，水泵恢復(fù)運(yùn)行后水位會(huì)在低液位傳感器處浮動(dòng)，造成水泵的頻繁啟停，對(duì)水泵的使用不利。同時(shí)，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(jīng)過思考，我們把低液位傳感器移回原處，改變?cè)瓉淼乃每刂品桨福薷母鱀CU的程序，改為高液位信號(hào)啟泵，低液位信號(hào)停泵。也就是說，只有當(dāng)液位到達(dá)高液位傳感器處時(shí)，水泵才能啟動(dòng)；當(dāng)水位下降至低于低液位傳感器時(shí)，水泵自動(dòng)停止。這樣便提高淋水室的利用率，延長(zhǎng)水泵的運(yùn)行時(shí)間，在炎熱的夏季，保證地鐵環(huán)境的涼爽、濕潤(rùn)、舒適。