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技術人員，提取部分1、2號線系統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自控專業首個完全由運營人員自主設計、施工、調試的專業性實驗室。依托此實驗室，可以實現人員培訓、實操演練、技術比武、故障模擬、設備功能測試、程序調試、科研技改、設備國產化研究和實踐創新能力等多項任務目標。

2 自主設計、搭建實驗室，推動管理創新

自控實驗室完全依照沈陽地鐵BAS、FAS系統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系統的主要功能是對車站的給排水設備、通風空調設備、自動扶梯、電梯、照明等機電設備進行自動化監控、全面的運行管理與控制，并在火災發生時，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、控制與現場監控模塊、網絡單元和繼電聯鎖電路及其控制的現場執行設備。

人機交互平臺包括上位機平臺和現場觸摸屏監控平臺，可以完成HMI程序的編寫與調試、模擬車站內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容。控制與現場監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所組成的現場監控模塊，可實現程序編寫與調試，車站控制程序問題排查與預處理，新功能的調試與驗證等內容。網絡單元主要包括基于MOXA現場交換機的工業以太網網絡、基于施耐德獨有的Modbus Plus現場總線網絡及基于開放協議的Modbus現場網絡。網絡單元承擔著BAS實驗平臺的通信工作，還提供對外通信接口的功能。自行設計繼電聯鎖電路，連接現場監控模塊與現場執行設備，可模擬現場設備的就地控制模式，培訓運營人員的現場操控能力。同時，繼電聯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實驗平臺系統圖

2.2 FAS實驗平臺

FAS系統是在地鐵車站內進行火災監測、自動報警及在發生災害情況時，接收控制中心的命令或獨立組織指揮管轄范圍內的防救災工作，并自動打印，記錄災害事件的系統。FAS實驗平臺主要由火災自動報警控制器、圖形顯示裝置、現場探測設備及監控模塊、氣體滅火控制器、繼電聯鎖電路等5部分組成。火災自動報警控制器采用霍尼韋爾公司生產的諾帝菲爾NFS2-3030平臺，實現現場探測設備、防救災設備狀態信息的接收、處理，以及在模擬災害情況下做為主控制設備，聯動實驗室內消防聯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動救災設備的控制與顯示、信息記錄、信息傳輸等功能性任務。現場探測設備及監控模塊由智能探測器、觸發裝置、監視及控制模塊組成。監視及控制模塊可控制實驗室消防聯動測試沙盤防救災設備動作，及監視防救災設備動作后的狀態。氣體自動滅火系統采用諾帝菲爾RP-1002PLUS氣體滅火控制器，可實現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鎖電路為防救災聯動設備的控制電路，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系統模擬的情況下，對FAS實驗室平臺進行擴展，實現FAS系統三車站成網模擬。實驗室搭建了采用美國愛德華的EST3產品，模擬三座車站火災報警功能、消防聯動功能、環網通訊功能。根據實驗室設備的新建項目，配置板卡、添加探測設備，設計聯動關系、自主編程、編譯聯動關系語句，設計光纖組網、傳輸程序等工作，提高了人員對消防設備及消防規范的深入理解，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系統探測器測試板，測試版與FAS平臺回路相連，可實現FAS系統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

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，其在培養技術人員的獨立思考、創新能力方面起著不可或缺的重要作用。

一是培養技術過硬的應用型人才。實驗室在地鐵運營專業人才的培養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人員理論聯系實際、解決實際問題的能力。

二是培養技術管理型的專業帶頭人。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技術的學習、研究。

三是充分發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、FAS系統實訓平臺的作用，可對各個接口設備和基礎知識進行系統的學習和實踐。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，提高了現場人員的技術能力。

2.5 人才培養

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揮了積極的作用。

地鐵工程規模大、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。通過實驗室對現行系統、設備運行狀態、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。當地鐵內發生設備故障且存在處理技術難點時，可利用實驗平臺對發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、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、調度管理系統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、設計院及設備生產廠家的專業技術人員進行溝通、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、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。節約設備成本約47萬元；設計、安裝、調試及驗收工作均由沈陽地鐵運營分公司的專業技術人員利用業余時間獨立完成，節約人工成本約18萬元。實驗室建成后，可對地鐵運營人員進行現場培訓，節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號線區間排水泵水位傳感器的改造、1號線FAS系統通信環網故障改造、1號線氣滅盤固件版本程序的升級、2號線BAS系統PLC固件版本的升級、2號線氣體滅火系統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系統施耐德交換機獨立供電改造及消火栓按鈕測試版的開發及應用等技術改造，解決了諸多故障，提升了地鐵自控專業各系統的安全性和穩定性，為公司節省了備件置換、維修成本約105萬元。

參考文獻：

[1] 火災自動報警系統設計規范 GB 50116-2013 中國計劃出版社，2013.9.

[2] 地鐵設計規范 GB 50157-2013，中國建筑工業出版社，2013.8.