地铁机电设备监控系统设计及选型分析

地下铁路作为现代化城市建设的 标志之一， 因其具 有无 污染、 低噪音、 高速度等优点， 目前已被越来 越多的城市 所采 用。机电设备监控系统 （ ?@3I） 是 将计算 机及其 网络技 术相 结合的机电设备自动化控制系统， 该系统的 控制对象主 要为 地铁通风空调设备、 给 排水设 备、 正常 照明设 备及 电扶梯 等 设备。其主要 作用 为： 对 地铁 内 的环 境质 量 进行 监视 和 控 制， 使其在正常情况下 满足乘 客舒 适度的 要求， 并 在紧急 情 况下提供正确可靠的信息来保证乘 客等人员安 全。其中， 由 于地铁工程的通风空调系统与一般的 地上建筑完 全不同， 其 温湿的变化既有它的周期性， 也有受外界干 扰的随机变 化无 规律性， 因此， 通风空调系统容量大 且复杂。在这 种情况下，
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监控系统组成及功能
（%） 中央级监 控系 统由中 央级 局域网 络构 成， 网络内 包
图"
工业总线形式系统 结构配置图
系统各控制器作为网络节点连接 在总线网上， 利用 总线 作为节点的共 同信道 互通 信息。采 用广播 或主—从 等方 式 通信。这种总线方 式， 通讯 效率高， 节 点增 加容易。 但总 线 长度有 限制， 总线 容易阻塞 ， 故 障诊断 困难。常用 在工业 网 络中， 通信效率和可靠性依据大 量的工业实 践有所保证 。但 不同厂家的总线系统有各自的数据通信 特点， 相应的总线 产 品有其自己的市场定位， 在开 放性方 面都有 所努力，以达 到 通用性的目的。 （$） 环形以太网形式系统结构配置如图 $ 所示。
广 东 水 利 电 力 职 业 技 术 学 院 学 报
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地 铁 机 电 设 备 监 控 系 统 设 计及 选 型 分 析
林楚斌 " ， 李
概
述
地铁作为城市建设的大型基础设 施， 不 仅是城市公 交客
如果没有计算机控制系统， 只靠工作人员人为 去控制是根 本
［ G］ 无法实现的。所以在全线 设置 ?@3I 系统 非常重 要。 设置
机电设备监控系统是想借一斑而窥全 貌， 想以 此达到反 映整 个监控系统的设计思路， 确保以上这些系统的 安全可靠 运行 的目的。特别是在地下车站发生火灾事 故的情况 下， 能 够使 有关救灾设施按照设计工况及时有效 地运行， 从而保障 人身 安全。本文就 广州 地 铁四 号线 大 学城 专线 段 车站 级 ?@3 I 系统的设计从技术特点、 网络构成和设备选型 上进行了 分析 及探讨。
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环 境条 件特 殊
地铁建筑所处环境具有特殊性。 由于机车为 电力牵引，
且地下相对外界隔绝， 环 境潮 湿， 既不同 于地 面商用 建筑 物 所处环境较好， 电磁干 扰较轻， 也不同 于工厂生产 环境， 其金 属粉尘等有害物质较多， 环境恶劣。
收稿日期： 9::A H":H9G 作者简介： 林楚斌， 自动控制工程师， 主要从事地铁站智能 建 筑及水电站计算机监控系统的施工及管理工 作。
地铁监控系统的技术特点
功 能要 求特 殊
地下铁 路 属 于 公共 交 通 行 业， 是城市交通的一面 “窗
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口” ， 是面向乘客的优质服务， 反映了城市 的先进程度。 这种 服务除 了人的因 素以外， 设 备的安 全、 可 靠、 高效、 节能所 带 来的舒适感、 安全性也非常 重要。不 同于智能 楼宇侧重于 办 公自动化、 通信自动化、 长时间工作下环 境智能调 节的要求， 地铁建筑监控系统则更侧重有利于安全 行车管理、 变化客 流 下的环境调节、 灾害情况 下的 疏散导 引、 相关 设备在 各种 情 况下的有效运行。
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设备选型分析
车站级局域网的高效运行， 往往取决于网 络连接设 备和
信息传输的物理介质， 而控制器的选择又直接 关系到系 统控
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制性能的高低。
广 东 水 利 电 力 职 业 技 术 学 院 学 报 磁环境。
第0 卷
在高速以太网尚 未普及 之前， 大 多数以 太网 为 !" #$%&， 没有交换 机的 需求。 对于 百 兆 以太 网， 选 用 高品 质 !" ’ !"" 可以 使其 连接 的每 个端 口设 备 #$ %& 自适应端口的 交换 机， 拥有足够的带宽。其自动侦测交换和 全双工功能， 使网 络有 着良好的扩充延伸 性能。 而支持 冗余 双环硬 件自 动切换 的 功能， 使以太网的双环 结构成 为可 能， 这样就 在网 络故障 自 愈能力上提高了系统的可靠性。 采用多模光缆作为传输介 质，避免了强 电磁感 应、 高电 压引起的干 扰。选 用 带有 钢护 带， 具 有良 好 抗拉 伸和 抗 侧 压， 以 及防湿防潮性能的 光缆， 更 有利于 在地 下的 安装敷 设 和系统传输可靠性的提高。 作为车站级监控 系统 的核 心部件， 控 制器的 处理 能力、 处理速度、 扩展能力、 可靠性、 易 维护性等诸多 方面都要 有所 考虑。而 ()* 在这些 方面则 有很好 的性 能和实 践。在对 实 际数量的 + ’ , 数据 收发的 同时， 有 大量的 中间 处理数 据， 选 择 *(- 的处理能力就要远大 于实际的 + ’ , 数量， 如 . / 0 倍。 对于不同的指令， 处理 速度有 几倍 甚至几 十倍 的差别， 选择 基本赋值指令作为参考具有可比性。 为提高可靠 性， 如 一台 ()* 被诊断故障， 另一台必须保证所 有下层设备 及数据 通讯 不间断、 无扰动的继 续正 常运 行， ()* 常需 要冗 余配 置。配 置方式有 单电 源 1 双 *(- 、 双电 源 1 单 *(- 、 双电 源 1 双 采用后一种及双背板结构更能保证 ()* 的 *(- 的多种组合， 完全 冗余。采用 标准化 选件、 模块化 结构、 可带 电插拔 方式 等， 为运营维修部门的现场设备维护和日后系 统的扩展 创造 了条件。 在控制系统的选型上， 采用 ()* 可编程序控制器作 为控 制系统的 核心 部件。 主要 用于 工 业现 场， 环 境要 求 较为 严 格， 能适应潮湿腐蚀或电磁干扰大的地方， 具有 防护等级高 、 寿命长等性能特点。
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设 备选 型原 则
系统和设备选用要考虑其可靠性、 安全 性、 稳 定性、 先进
性、 可 扩展性、 开 发性、 交互性、 经 济性和易 于维护 性等主 要 性能指标。同时， 还要重点考虑选择 的主要产 品有在地铁 环 控工程中的成功应用实例。
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9 系统设置目的及设备选型原则
系统设 置目 的
（" 7 广东工业大学自动化学院，广东 广州 摘
珏9
!":A":）
广 东 广州 !""::: ； 9 7 珠江水利委员会珠江水利科学研究院，
要： 对广州地铁四号线大学城 专线段官洲站机电设备监控系统特点进行分析， 在设 计上对车 站级局
域网构成、 设备选型方面进 行探讨， 并针对其存在的不足提出系统设计优化的建议 。 关键词： 地铁； 机电设备； 监控系统； 设计和选型 中图分类号： B9<" C 7 A 文献标识码： D 文章编号： （ 9::;） "A;9 E 9FG" :" E ::<A E :G
运的骨干系统， 而且是城市建设和土地开 发的支持 系统。地 铁现代化的发展， 成为城市交通现代化的重要标志之一。 地铁车站 设备 监控 系统 （ ?@3I） 通 过中 央级、 车 站级 和 就地级三级对车站设备进行监控， 通过中央 级和车站级 进行
［" ］ 系统管理。 车站设备监控系统对全线各个 车站的通风 空调
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被 控设 备种 类多
包括各类风 机、 风 阀、 水 泵、 冷 水 机组、 各类 传 感器、 蝶
阀、 自 动 扶 梯、 照 明 设 备、 防 淹 门、 屏蔽门、 各种导 向标志
第 %期
［! ］ 等。
林楚斌等： 地铁机电设备监控系统设计及选型分析 障的瓶颈， 如果 中心机发生故障， 全网会停止工作。
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相关系 统众 多
由于被控设备 的多样 性， 以及所 属专 业的 相对独 立， 不
（"） 工业总线形式系统结构配置如图 " 所示。
同厂家的产品指标、 性 能不尽 相同， 这 就给监 控系 统的控 制 接口增加了难度。 由于具有以 上 特殊 性， 为 机电 设备 监 控系 统 的系 统 构 成、 设备选型 、 系统运行可靠性、 设备的技术管 理都提出 了特 殊的要求。
于网 络拓扑 结构、 通信传 输方式 和通信 速率。一般 来讲， 多 采用以下三种方式。
图%
点对点形式系统结构配置图
实践证明， 这种 方式的效 果非 常好， 整条 四号 线开通 至今 运
［$ ］ 行良好。
（%） 点对点形式系统结构配置 如图 % 所示。车站局 域网 采用 %： / 点对点 的结构 扩充，但需要的 式， 采用局域网上设置式。该 案 属于集中式通信策略， 网络结构简单， 各节点相 互独立， 易于 通路多， 而且 工作站 处容易 形成通 信故
［% ］ 的环境监控、 其他机电设备的监控管理和导向设备监控。
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环形以太网形式系统结构配置图