变频器在北京地铁五号线隧道风机应用

引言-项目概况
北京地铁五号线南起丰台宋家庄，经天坛，崇文门，东单，北至昌平太平庄北站。线路全长约27公 里，其中地下线约17公里。全线共设有22个车站，其中16座地下站，6座地上站，一个车辆段、一 个停车场、一个指挥中心，预计2007年底建成通车。
地铁工程空调通风系统工艺要求概述
地铁工程中地下车站及区间除车站出入口、风亭及地下线路两端隧道峒口外，基本与大气隔绝。通 风空调系统的任务是对地下车站及区间隧道内温度、湿度、风速、事故工况排烟等进行全面控制。 车站两端分别设置新风井及排风井各一座，风井面积因通风量而异。 北京地铁五号线工程空调通风系统制式采用闭式系统，开/闭式运行。空调通风系统由以下四部分组 成：车站公共区空调通风/区间通风系统（大系统）、设备管理用房空调通风系统（小系统）,空调水 系统（水系统）、其他区间通风系统（中间风井，峒口空气幕及射流风机）。 隧道通风系统中车站的公共区夏季采用空调控制，其余季节通风换气。车站公共区空调通风机与置 于车站的区间隧道风机合而为一，即车站空调通风兼顾区间隧道风机功能。采用变频控制，工况不 同时，风量不同实现节能运行的目的。 地铁运营正常工况时，通风空调设备排除余热和余湿，为乘客在地铁车站创造一个往返于地面至列 车内的过渡性舒适环境。隧道通风机通过送/回风管对车站公共区通风换气。当区间夜间通风和区间
图一（主回路）
主回路(以110KW)为例，由塑壳断路器1QF(施耐德产品，型号NS250-MA)，进线交流接触器、出 线交流接触器、工频旁路正转接触器、工频旁路反转接触器1KM，2KM，3KM，4KM(施耐德产 品，型号LC1D245M5C)，热继电器1FR(施耐德产品，型号LR9F7375)，构成过载，过流，过热 等保护功能执行回路系统，以及完成故障分断隔离(进线接触器)，强制通风，排烟(工频正反转)等 工艺运行要求。 变频器FC(ATV38HC15N4X),进线端增加射频干扰滤波器C(型号VW 368402)，进线电抗器L(型号VW 368503)，用于控制风机，改善变频器对电网的谐波影响，并能满足最严格的电磁兼容性标准要求。 变频器的4个逻辑输入端，分别定义为风机正转，反转，直流制动，给定切换功能，两路继电器输出 信号分别定义为报警输出，出线接触器控制等，在模拟输入AI1的+10V与AI1端，通过KI5的控制， 实现强制变频器在紧急情况下，达到最高频率输出。 为实现BAS/FAS系统对变频器的控制，变频器附有Modbus 通讯选件卡，型号VW3A58303，该卡配 有一9针SUB-D插头。
图二（控制回路）
控制回路采用施耐德小型PLC产品，具有编程灵活，运行可靠等优点。由 本地控制，FAS控制，BAS控制风机的正转，反转，停止分别进入PLC输 入信号,同时分别由转换开关选择本地/远程，工频/变频运行作为PLC输入 信号。
PLC输出侧，主要用于控制风机工频正转，工频反转，变频器进线接触器， 出线接触器控制，变频全速运行等。同时控制变频器的四个逻辑输入端。
从站地址 8位
请求代码 8位
数据 N × 8位
错误校验码 16位
数据以二进制代码传输。
数据区：数据区包含需要从设备执行什么动作或由从设备采集的返送信 息。这些信息可以是数值、参考地址等等。例如，功能码告诉从设备读取 寄存器的值，则数据区必需包含要读取寄存器的起始地址及读取长度。对 于不同的从设备，地址和数据信息都不相同。
错误校验码：主设备或从设备可用校验码进行判别接收信息是否出错。错 误校验采用CRC－16校验方法。
请求代码（功能代码）有以下四种类型，“读”，“写”功能都是从主站 的角度上定义的。
代码(十进制) 3 6 16 43
功能名称 读N个输出字 写一个输出字
写N个输出字 标识
广播 否 是 是 否
Modbus标准名 读保持寄存器 预置单寄存器 预置多寄存器 读设备标识
BAS发出命令后，如果风机ATV变频器有响应，但响应的数据包包含了错 误码，BAS产生报警信息。
结束语：
随着我国城市轨道交通事业的发展与建设水平的不断提高，以及节能意识 的普遍提高，在地铁隧道通风工程中对变频器的需求亦日益高涨，同时控 制方式向远程化，智能化发展，采用变频控制地铁隧道风机，将以便利， 节能，安全，及时等特点为地铁运行提供良好的运营保障。
(b) 响应 如果从设备产生一个正常的响应，响应消息中的功能代码是对查询消息 中的功能代码的回应。数据段包括了从设备收集的数据：如寄存器值或 状态。
如果有错误发生，响应功能码将被修改，表明响应消息是错误的，同时数 据段包含了描述此错误信息的代码。
在RTU模式中，其信息帧中不含报文报头字节，也不含报文结尾字节，其 格式如下：
4）地铁风机变频通讯网络控制 北京地铁五号线风机变频器与车站BAS系统之间的通信采用Modbus RTU 传输协议，ATV38变频器的物理接口采用RS485接口，传输介质采用两芯 双绞线屏蔽电缆，采用RS485 D型9针插头连接器。
ATV38变频器的串行链路的参数可以在COM菜单中进行配置。从站地址 可以在1~247之间选择，传输速率可以在4800bps,9600bps,19200bps中 选择。
隧道阻塞工况时，通过控制组合风阀转换开关实现对区间的通风换气。风机根据运行模式的要求进 行正转或反转运行，以达到向车站和区间隧道送风和排风的目的。同时该风机兼顾车站机区间火灾 事故通风，通风空调设备具有排烟功能，同时可以为乘客和消防人员提供必要的新风量，形成一定 迎面风速，诱导乘客安全撤离。
地铁隧道风机对变频控制的要求
参考资料：
1）《ATV38变频器用户手册》 2）《ATV31MODBUS用户手册》 3）《ATV38变频器通讯变量使用手册》
请求:
02
03
00FA
0004
响应：
02
03
08
01F4
0000
0096
01C2
值：
W250 W251 W252 W253
参数：
HSP
LSP
ACC
DEC
对于通讯中的故障，BAS系统有如下处理：
BAS发出命令后，如果风机ATV变频器没有发出报文回应（1秒）， BAS认为出现通信或设备故障，产生报警信息，并在监控画面上显示报 警信息。
应用 案例
变频器在北京地铁五号线隧道风机应用
摘要：地铁工程车站可逆转高温轴流风机，区间风井隧道可逆转轴流风机，一般设于车站 两端或区间通风机房内，用于车站、区间隧道通风。以前采用的是星三角启动，风阀调节 方式，近几年来各大城市新增地铁项目中逐渐采用变频和软启控制车站风机。本文结合北 京地铁五号线的实际要求，详尽地介绍了地铁车站风机变频控制要求，及施耐德ATV38变 频器在该系统中的应用。 关键词：地铁 变频 风机 Modbus通讯
基于以上地铁工程隧道通风系统工艺要求，对于采用变频器控制隧道风机，有以下综合功能要求。
1）控制方式要求 由于风机需要由中央控制、车站控制、就地控制三级组成，所以变频器的受控要考虑三地的命令， 以及不同的运转方式。
其中中央控制室对全线风机变频通风设备进行监控。在正常工况下，中控室显示风机的工作状态， 在事故工况下，风机及其相应的风阀接受中央控制室的信号，通过变频进行正转/逆转运行，以保证 列车正常运行及乘客疏散；火灾工况下，由中央控制室统一调度。
(2) 地铁BAS系统通讯与变频控制功能简介
BAS对风机ATV变频器进行启停控制并监视风机ATV变频器的状态和运行 参数， 同时BAS根据负荷变化，自动调整风机ATV变频器的频率输出。
写风机ATV变频器的控制命令：
BAS PLC采用ModbusRTU功能码16向风机ATV变频器发送启动停止指令 及频率给定。
车站控制室确保在正常工况下，对车站及其所控区间风机进变频控制及状态显示。
在事故工况下，风机及其相应的变频器能接受车站控制、中央控制室控制；火灾工况下，由中央控 制室统一调度。
就地控制是在风机变频控制柜处进行操作，供机组安装、调试、检修时在现场使用。
根据控制方式的不同要求，变频控制系统要求设有就地（手动）/远程（自动）控制转换开关，工频 /变频运行控制转换开关。就地控制时其他操作被屏蔽。远程自动控制通过BAS（环控系统），实现 远程启停风机，同时可以反馈风机启、停、正转、逆转运行状态、故障信号、变频运行控制转换开关 位置信号，反馈自动控制/就地转换开关位置信号等。而在火灾发生时，远程控制要通过FAS（火灾报 警系统）系统实现，可反馈风机运行状态和故障信号、运行控制转换位置信号，可远程启停风机，同 时还能屏蔽BAS系统运行操作。
如将给定值50HZ写入变频器中，采用如下格式：将16#0032写入从站2的 W401(16#0191)中。
02
06
0191
0032
读风机ATV变频器的状态：
BAS PLC采用Modbus功能码03读取风机ATV变频器的运行状态、参数 和报警。
例：在从站2中读取从W250到W253(16#00FA到16#00FD)四个字，使用 功能3
ATV38变频器是施耐德电气公司针对风机、水泵等变转距负载而开发的一款用于三相异步电动机的 变频器，功率范围从0.75KW到315KW,电压范围380V-10%至460V+10%,广泛用于工业与民用建筑 供热，通风，供水，空调等各类应用场合。其主要特点如下：
a) 产品适用性强，针对风机应用，ATV38变频器可以通过磁通优化，调节优化电动机效率，达到 节能效果，根据速度调整电流限制，使用速度检测自动捕捉旋转负载，内置PID调节，自动降低电 机噪音等。 b) 集成性好，ATV38系列变频器具有4个逻辑输入，2个继电器输出，2个模拟输入和1个模拟输出， 还可通过I/O扩展卡增加数量，标准配置一个符合 Modbus 协议的 RS485 多点串口连接。可以满足 多方控制及多种控制要求。 c) 保护功能齐全，可以在连续运行中防止过流和过载，具有缺相，短路保护，可以实现PTC热传感 器对电机进行热保护，并可配置各种报警输出。 d) 电磁兼容性好，可配置各种滤波器，输入输出电抗器，以满足射频辐射干扰和传导辐射干扰要 求，以及降低对电网的谐波注入。 3) 变频控制系统简介