自动控制技术在德黑兰地铁通风系统中的应用

文｜同方泰德国际科技（北京）有限公司 杜清杰

德黑兰地铁通风系统由5个大功率轴流风机及与其配套的风阀、过滤器和水泵组成，主要起到为地铁环境通风换气、加湿降温，以及在发生火灾时排烟等作用，是保障地铁环境舒适度的主要设备，也是BAS监控的主要系统。

1 通风系统的组成

在车站通风系统中，VE1和VE2是隧道排风单元，位于每个车站的两侧，通常工作在排风状态；VE3和VE4是位于车站两侧的隧道送风单元，分别与VE1和VE2配合，通常工作在送风状态；VE5是车站送风单元，通常工作在送风状态。在特定情况下，上述送排风单元也可以手动或由软件自动改变运行状态。

送风单元除了风机外，还包括进风阀、排风阀、淋水室、水泵等设备，VE5还有用于除尘的过滤器。淋水室和水泵的作用是为高温、干燥的空气降温加湿，从而保证地铁环境的舒适。VE5通风单元如图1所示。

图1 典型车站通风单元

2 通风系统的控制方案

通风系统可由DCU、MU、CCS中的任何一级进行控制，控制模式有手动控制模式、自动温度控制模式、自动时间控制模式三种，可由操作员选择。

2.1 手动控制模式

在手动控制模式下，操作员可通过DCU的小键盘选择参数。每个设备的启停对应一个参数，把参数设为ON，该设备在满足其他连锁条件后就可启动；把参数设为OFF，该设备就停止。如把风机进风的命令参数设为ON后，DCU将自动把进风阀的打开命令设为ON，先把进风阀打开，同时把排风阀关闭，再判断该风机是否有故障，若无故障且其他风机没有正在启动中，便启动该风机。水泵启动时，淋水室水位必须足够高，风机必须正在进风方式下运行。当风机的进风运行停止或转换为排风方式运行时，水泵自动停止。DCU中设计了一系列自动程序，使操作员只需简单操作一下就可以。如风机停止运行2min后，风阀自动关闭。

在MU和CCS计算机上的BAS设备监控界面中，操作员只需用鼠标点击一下设备开关。如把开关设为ON，DCU收到命令后，判断满足启动条件，就启动设备；如把开关设为OFF，设备就停止。

2.2 自动温度控制模式

自动温度控制模式就是DCU根据风机覆盖区域的温度，自动启停风机和水泵，使该区域的温度稳定在一个舒适范围内的控制模式。

以车站送风单元为例，当站台4个测温点的温度平均值高于22℃，风机启动，以进风方式运行；当温度均值高于26℃，第一台水泵启动；当温度均值高于28℃，第二台水泵启动，两水泵同时运行。当温度均值低于26℃，第二台水泵停止；当温度均值低于22℃，第一台水泵停止；当温度均值低于19℃，风机停止。

这种方式通常在夏季时采用，DCU根据温度自动调节设备的运行，提高系统的自动化程度。

2.3 自动时间控制模式

自动时间控制模式分为MU时间控制模式和CCS时间控制模式。MU时间控制模式是MU计算机根据操作员预先设定的时间，自动控制通风设备启停的控制模式。为保证设备的合理化使用，每个设备在一天内可以设置三段时间启停。

在MU时间控制模式下，计算机每20s定时将操作员预先设定的时间与系统时间比较，到了启动时间，就下发设备启动命令，到了停止时间，就下发设备停止命令，从而自动控制设备运行。

CCS时间控制模式比较复杂，它是CCS计算机上的一个优化模式。CCS计算机将DCU送来的温湿度和设备运行情况保存在历史数据库中。每天夜里零点，计算机根据昨天整条地铁线各车站里的温湿度记录、车站外的温湿度、当时的季节、地铁列车运行的密度和地铁所处的养护阶段，以及操作员对昨天时间控制模式运行结果的评价，结合清华大学地铁热环境分析的理论模型，综合各种时间运行方式，计算出一个优化的时间运行表，经过数据压缩，通过通信网络下发至各个车站（各车站的时间表各不相同）。各车站收到数据后，解压缩，复原时间表。在MU选择CCS时间控制模式的情况下，MU根据该时间表，下达启停命令，控制通风设备。如图2所示。

在通常情况下，操作员都选择这种CCS时间优化控制模式，以实现CCS和车站无人值守的目标，极大地提高地铁机电设备运行的自动化程度。

图2 CCS时间控制模式

3 送风单元中水泵的控制

从图1所示的典型车站通风单元中，可以看到在整个通风系统中，淋水室中水泵的启动对地铁环境的温度控制至关重要。若淋水室水位足够高，水泵在风机进风方式下启动，在伊朗特有的高温干燥气候下，外界高温空气加湿后进入车站，在地铁环境中蒸发，可以使地下环境迅速变得凉爽、湿润。淋水室的结构如图3所示。

图3 淋水室结构图

在淋水室中有高、低两个液位传感器，如图3所示。初始方案中，如果低液位传感器检测到了水位，水泵1、2就可以启动了，高液位传感器的作用则是淋水室的溢出报警。在泵运行过程中，当液位逐渐下降至低于低液位传感器时，水泵自动停止。在实施过程中，我们发现，当液位高于低液位传感器，但低于水泵进水管A段的弯角处时，由于A段和水泵之间有空气，水泵启动时会有短时间的空转，这样的启动次数多了，就会缩短水泵的使用寿命。于是我们把低液位传感器移到高于A段弯角处的位置上，如图4所示。

图4 初次改动后的液位传感器位置

水泵空转的问题解决了，但经过一段时间的运行，又发现了问题。当液位高于低液位传感器后，水泵可以启动，然而，即使液位很高，到达高液位传感器处，由于高、低液位传感器间的落差小，水泵启动后，30min左右，水位就会下降到低液位传感器以下，泵就自动停止，从而造成地铁环境温度的升高。我们发现这个问题后，修改DCU的程序，当补水系统（浮球阀系统）开始补水时，只要水位高于低液位传感器，水泵即自动恢复运行。这样虽然不用操作员多次启动水泵，但由于补水速度很慢，水泵恢复运行后水位会在低液位传感器处浮动，造成水泵的频繁启停，对水泵的使用不利。同时，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），地铁环境温度依然很高。

后来经过思考，我们把低液位传感器移回原处，改变原来的水泵控制方案，修改各DCU的程序，改为高液位信号启泵，低液位信号停泵。也就是说，只有当液位到达高液位传感器处时，水泵才能启动；当水位下降至低于低液位传感器时，水泵自动停止。这样便提高淋水室的利用率，延长水泵的运行时间，在炎热的夏季，保证地铁环境的凉爽、湿润、舒适。