基于综合监控系统的城轨交通节能研究

董存祥

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津 300251)

基于综合监控系统的城轨交通节能研究

董存祥

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津 300251)

基于城市轨道交通综合监控系统跨专业平台多,监控信息量庞大的特点,在综合监控系统结构分析的基础上,结合城市轨道交通机电设备系统的能耗分析,给出基于综合监控系统的城市轨道交通空调、照明、给排水、电扶梯等机电设备系统的节能控制方法,并对综合监控系统参与其监控设备系统的节能优化控制方法进行研究,构建基于综合监控系统的节能控制方案。为城市轨道交通运营提供更加信息化、综合化、精细化的能源管理方案,对未来长期运营节约能源和成本具有重要的意义。

轨道交通;综合监控系统;节能;能源管理

1 概述

我国是一个能源消耗大国,减少能源的消耗是一个日趋紧迫的问题。在国家“十二五”战略规划中,节能是建设工程领域中的设计和建设的一个重要发展方向和战略要求。这就要求在工程建设和运营中提高能源的利用效率,减少能耗,构建一个和谐的节能环境。

现在交通枢纽已经成为一个重要的城市公共交通系统,为人们的出行提供了便利的运输工具。目前,我国已在北京、上海、广州、深圳、天津等城市修建了多个城市综合交通枢纽。然而,交通枢纽运行的巨大能耗引起了社会的广泛关注,环控通风[1]、给排水[2]、低压动照[3]、安全门、电扶梯[4]等是主要的能耗系统,如何降低这些系统的能耗,减少资源消耗,构建轨道交通系统的节能管理系统[5-6],创造一个绿色低碳的交通运输体系,在当今具有重要的意义。

综合监控系统是交通枢纽运输体系的一个重要系统,是环控通风、给排水、低压动照、电扶梯等系统的运行监控系统[7]。以综合监控系统为运行中心,指导综合交通枢纽中环控、电力、电扶梯等系统的节能运行,创造一个各系统协同运作,协调运行的绿色综合交通枢纽运输环境。

2 综合监控系统

综合监控系统采用中央级和车站级两级管理,中央级、车站级和现场级三级控制的分层分布式结构。综合监控系统面向的对象为控制中心的电调、环调、维调和总调(值班主任)及车站的值班站长、值班员及维修中心维修管理人员和车辆段管理人员,他们通过综合监控系统实现对全线环境、设备和乘客监视与服务。

当前的航空旅游业是一个“内外兼修”的行业，这就在一定程度上促进了航空旅游业形成其独有的涉外性的特点。在航空旅游业中包括国内航空业、国外航空业以及国内和国外出境旅游等服务项目，所以这使得当前的航空旅游业要想在激烈的竞争市场当中站稳脚步就必须要坚持对外开放的理念。

目前国内地铁建设已普遍采用综合监控系统,鉴于集成通信、信号系统的实施风险和工程难度,国内综合监控系统普遍采用准集成方案。目前国内地铁综合监控系统的建设趋势主要是对机电设备监控的系统进行集成,其他系统与综合监控系统互联。综合监控系统的典型系统结构如图1所示。

图1 综合监控系统结构

综合监控系统的基本功能包括综合监控系统对全线重要监控对象的状态、性能等数据进行实时地收集及处理,通过各种调度员工作站和大屏幕以图形、图像、表格和文本的形式显示出来,供调度人员参考和使用。综合监控系统根据一定的逻辑关系自动向分布在各站点的被监控对象或系统发送模式、程控、点控等控制命令,或由调度员人工发布控制命令,从而完成对全线环境、设备和乘客的集中监控。

照明系统的能耗主要与照明系统的结构和设备有关,节能主要靠加强管理运行模式实现。

3 轨道交通能耗分析

城轨交通系统的能量消耗主要是电能,用电负荷按其功能不同可分为两大用电类型。一是电动客车运行所需要的牵引电能;二是车站、区间、车辆段、控制中心等所需要的动力、照明用电,如环控、电扶梯、照明、水泵、AFC系统、FAS、BAS、SCADA、通信系统、信号系统等[9-10]。本文以车站为例主要研究和综合监控系统关联的环控、电扶梯、照明、水泵、AFC系统等设备系统。

3.1 车站环控、区间通风系统能耗

城市轨道交通系统的车站环控、隧道通风子系统包括车站通风空调系统和隧道通风系统2部分。车站通风空调系统分为车站公共区域通风空调系统(简称大系统)、车站设备管理用房通风空调系统(简称小系统)和车站空调水系统。采用屏蔽门系统时,隧道通风系统分为区间隧道通风系统和车站隧道通风系统2部分。

《古今韵会举要》（以下简称《韵会》）引书丰富，据文美华的《〈古今韵会举要〉引例研究》统计《韵会》共引书99部，引书次数13785次，引用诗文450次，但历代学者对此书的重视程度不高，对他的研究也甚少。经笔者统计，《韵会》共引用《说文》6498字，其中释义与大徐本不同的有1846字次，不同率达到28.4%，其与“大徐本”的不同之处能为我们校勘《说文》提供丰富的素材。

车站通风空调系统为乘客提供过渡性舒适的候车环境条件,发生火灾时为乘客提供防灾排烟的安全疏散条件;设备管理用房及地面建筑的通风空调系统为车站及地面建筑内工作人员提供舒适的工作环境条件和设备运行所需的环境条件,以及为发生火灾时防排烟措施诱导工作人员安全疏散的条件。

车站通风空调系统设备主要有全新风机、空调新风机、进风亭、排风亭、空调、回排风机、排烟风机、消音器、防火阀、温度传感器、压差传感器、冷水机组等。

隧道通风系统为列车正常运营提供所需的环境条件,阻塞时保障列车空调能够正常工作,火灾时能正常排除烟气,诱导乘客安全撤离。隧道通风设备用房分别设在车站两侧的端头。

隧道通风系统设备主要有电动风阀、防火阀、可正反转隧道风机、轨顶排风机、消声器等。

车站环控、隧道通风系统的能耗主要为空调机、空压机、风机等的能耗。这些设备的能耗除了与系统设备的组成和运行模式有关外,还与气候等自然条件有关。

3.2 车站、隧道照明设备能耗

照明系统负责车站、隧道区间的照明及控制,主要包括工作照明、事故照明、疏散照明、导向标志照明等。

照明灯具和设备方面,车站站厅、站台照明灯具主要选用反光型灯具,设备室采用直光型带有格栅的灯具,光源以荧光灯为主。

中韩两国同属亚洲文化圈，在文化上有同有异，随着近些年来“韩流”文化的传入，韩式文化也随之走入普通民众的生活，而餐桌礼仪是国家文化的一个重要缩影，对他国文化有所了解，能够帮助我们更好地进行跨文化交际，传播中华优秀文化。

3.3 车站电扶梯系统能耗

其政逆则神怒，神怒则材失性，不为民用。其他变异皆属沴，沴亦神怒。凡神怒者，日、月、五星既见适于天矣。［8］3266

城市轨道交通车站电扶梯系统主要包括自动扶梯、垂直电梯等。自动扶梯和垂直电梯设置在车站内和出入口,它将地面上的乘客迅速、安全、舒适地送入地铁站台或将下车的乘客送至地面,是地铁车站内垂直方向的快速交通系统。

车站电梯系统的能耗与系统的结构和设备特性有关,主要通过节能运行模式达到节能的目的。

3.4 FAS,BAS,AFC系统能耗

FAS,BAS,AFC系统的能耗与客流的关系不大,主要取决于系统设备的结构和性能,其耗能基本不变,且相对其他系统,FAS,BAS,AFC系统能耗较小。

4 基于综合监控系统的节能控制

(3)其他机电设备系统:车站电扶梯、AS,BAS, AFC等系统的能耗计量及相关数据统计分析。

(1)环控、通风系统:空调水系统,大系统,小系统的关键能耗参数设定值管理及能源评估。

ABS接枝聚合过程中，一部分丙烯腈、苯乙烯单体接枝到聚丁二烯分子链上，但不可避免地会有一部分单体发生共聚，没有接枝到聚丁二烯分子链上，形成游离SAN树脂。接枝到聚丁二烯橡胶上的SAN与总的SAN树脂质量比值称为接枝效率，接枝效率小于100%。不同的接枝效率意味着游离SAN含量不同，游离SAN对最终产品的流动性能影响很大，由于游离SAN是在ABS乳液接枝聚合过程产生的，其分子量小于共混时的基体SAN树脂，因此游离SAN将提高最终产品流动性能。宋振彪等[3]在跟踪接枝率变化对产品性能影响的过程中，发现接枝率低时，ABS树脂产品的熔融指数增加。

(2)照明设备:车站、隧道区间照明系统的关键能耗参数设定值管理及能源评估。

ISCS可通过其集成子系统BAS的PLC对各机电设备系统的优化控制实现系统节能管理。如何管理和评估节能控制是节能工作的关键内容。针对城轨运行管理,提高城轨运营的机电设备系统的节能,对车站能耗情况进行评估,指导现场机电设备节能运行,是ISCS在城轨节能运营中的关键作用。因此ISCS可实现城轨节能管理功能并为城轨运营提高可视化的节能管理界面。其功能如下。

(4)节能参考设计的采集:如天气,隧道温度,人流量,屏蔽门开闭状态、电力价格等。

(5)机电设备的最优启停控制。

基于综合监控系统的节能控制方案如图2所示。

黄花三宝木TrigonostemonlutescensY. T. Chang et J. Y. Liang是大戟科（Euphorbiaceae）三宝木属Trigonostemon Bl. 植物，其主产于广西南部，生长于石灰岩山地的灌木林中，为广西特有药用植物[1]。在我国和泰国，三宝木属植物是应用广泛的民间药[2]，此属植物大多具有防腐、杀菌、止泻、化痰的功效[3]。现代研究结果表明，三宝木属植物所含化学成分以萜类[4]、生物碱类[5]及菲类[6]等化合物为主，具有抗肿瘤[4]、抗病毒[5]、抑菌[7]、杀虫[8]等药理活性，是一类值得深入研究与开发的药用植物资源。

图2 基于综合监控系统的节能控制方案

4.3.1 送排风控制

李闺女说，大家都甭理他，看着是好人哩，实际是笑面虎，往大伙身上捅刀子。李六如，你还算是人吗。咱李家庄可都是一个老祖宗传下来的。

常用的空调控制方法如下。

(1)定流量控制方式

其特征是系统的循环水量保持定值不变,当负荷变化时,通过改变供水或回水温度来匹配。定流量供水方式的优点是系统简单,不需要复杂的自控设备。

学校注重创客空间的引领，智能制造学院蓝岛创客空间以南京机电职业技术学院全院资源为依托，以“创新、实践、分享、成长”为宗旨，以科技创新活动为载体，聚集创客人才，成就创意灵感，分享创新成果，重点瞄准智能制造、3D打印等前沿技术，遵循整体性、开放性、职业性、实践性原则，探索创客教育与职业教育相互融合的人才培养新模式，培养创新型技术技能人才。空间现有5个创新工场、6个创新工作坊、10间创新工作室、开放会议室和开放教室若干间、创客图书馆和创客茶吧各1个，创客团队训练中心1个；开放设备有：数控加工中心、3D打印中心、线切割、电火花加工机床、激光切割机、刻绘机、PCB制版机、波峰焊、雕刻机等上百台设备。

(2)通用变频器PID控制方法

近年来,随着大功率电力电子器件的出现,促进了通用变频器的小型化和实用化,为降低空调系统的能源浪费,人们开始采用通用变频器来控制空调系统的水泵和风机,通过供、回水压差或温差的采集,对水泵和风机进行PID(比例、积分、微分)调节,以达到节能效果。PID控制历史悠久,原理简单,使用方便,价格较低。

(3)基于模糊控制理论的变流量控制技术

①变流量冷却水泵系统

当末端空调负荷减少时,反映到冷水机组将出现冷却水出水温度降低的现象,温度传感器检测出这种变化趋势后,模糊控制系统将自动降低冷却水泵的工作频率,降低冷却水进水流量,提高冷却水出水温度,并使进、出水温差控制在最佳设定值上,维持冷水机组的高效率运行。

研究显示，联合使用术前口服碳水化合物、硬膜外镇痛及术后肠道营养，有利于维持术后氮平衡、维持血糖正常水平而不需要使用外源性胰岛素[51]。如果患者体重严重下降应口服辅助营养，并持续至患者出院。对于老年人的特殊营养素的缺乏，应根据情况给予补充维生素及微量元素。有研究显示早期口服或肠内营养与完全禁食相比，可以促进术后肠功能的早期康复，减少术后感染并发症及缩短住院时间。然而，如果不使用多模式镇痛的方案，术后早期进食有可能增加呕吐的风险。

②一次泵变流量系统

当末端空调负荷变小时,末端空调设备前的两通阀将会关闭或减小,负荷侧回路管路的阻力增大,冷冻水供、回水温差将出现减小,供回水管的压差将出现增高的趋势。水温传感器及水流压差器检测出这种趋势后,模糊控制系统将自动降低冷冻水泵的工作频率,减少冷冻水流量,并使供回水温差及供回水压差控制在最佳设定值上,维持冷水机组的高效率运行。

4.3 其他机电设备的节能控制

二次泵变流量系统分为一级泵变流量系统和二级泵变流量系统。其控制原理及效果与一次泵变流量大致相同。而一级泵系统负责确保冷水机组的安全运行,一级泵系统的旁通管路一般设计为直通管,管径按一台冷水机组额定流量设计。一次泵变流量系统跟踪二级泵环路的流量变化,并保证一级泵环路的流量大于二级泵环路的流量,使旁通冷冻水管保持从供水管流向回水总管。当旁通管的流量超出设定值的范围时,变流量控制器将模糊PID调节一级泵的工作频率,使旁通管的流量返回设定值。

动态变流量空调节能控制系统已在国内若干大型建筑物BAS中投入运行,实践证明:变流量空调系统与定流量空调系统相比较,水泵以及冷却塔等平均节能达60%～80%;对于吸收式溴化锂机组可节约燃料20%～40%;对于电制冷主机可节电10%～30%,具有良好的经济效益和社会效益。

2004年，路虎发现迎来了自面世以来最为彻底的一次换代。第三代路虎发现拥有了全新的车身整合式底盘结构、全新的动力总成、全新的驱动系统，而一切都让这个已经诞生十余年的中型SUV得到了全面的进化与升级。

4.2 智能场景照明控制

大型建筑物照明系统能耗大约占总能耗的20%～30%,存在较大的节能潜力。

建筑物照明控制的基本原则是在满足照度和舒适性需求的前提下实现节能,实现节能最优的方法是采用智能化的场景控制策略。

所谓智能场景控制就是通过综合考虑和分析与车站照明密切相关的时间、区域、环境照度、客流量和建筑物上下班时间等因素,按照预设的控制策略,对照明进行动态智能化管理,控制照明灯具在不同情况下以不同状态工作,实现多样化的照明场景,从而在提高照明质量的同时获得最佳的节能效果。

具体控制策略包括:

(1)就地手动控制;

(2)远程遥控;

(3)时间表自动控制;

(4)基于光照度和客流量的环境参数辅助控制;

(5)事件驱动,以客运车站为例,照明控制系统与客运信息系统接口,实现基于列车进出站、旅客上下车的站台照明和通道照明的联动控制。

③二次泵变流量设计

恒生电子，同花顺，金证股份等国内的大型软件厂商在金融类软件系统领域投入很多资源进行设计和开发，在数据的交互、传输、存储等方面的架构设计和开发上较为周密和严格，而架构中的安全性设计，更是设计的重中之重，可见保障金融类软件系统的网络通信安全十分重要。

4.1 空调节能控制

送排风节能控制要点如下。

(1)变频控制

空调是地铁车站的耗电大户,约占整个车站耗电的40%。因此,研究机电设备节能监控必须高度重视空调的节能控制。

①根据工况变频运行:如低速,通风工况下风机低速运行;中速,排烟工况下风机中速运行;高速,接受BAS发来的火警信号在通风排烟工况下风机高速运行。

②根据环境CO2浓度或列车进出站信息自动控制风机的启停和转速。

(2)定时控制

把设备分组(每组可含有若干台设备),根据实际情况设定不同的节电运行方式(划分周期,确定间隔),由综合监控系统统一调度。

4.3.2 给排水控制

(1)变频控制

近些年来，航海类专业学生毕业实习中频繁发生权益被侵害的问题。这是由于虽然部分航海院校与企业签订了用人合同，但是部分企业出于经济利益考量，仅仅把毕业学生当作临时工和廉价劳动力对待，接纳学生实习的积极性较低，给学生安排的工作岗位技术含量较低，难以真正体现学生的专业水平，使学生的实习效果不佳，影响学生的职业发展，进而发生权益保障问题。

(4)地层多重划分：地层多重划分方案请参照中国地层表(2014)最新标准。注意宇、界、系、统及宙、代、纪、世等的用法。

根据水池(塔)水位、管网压力等参数自动控制水泵的启停和转速。

(2)定时控制

把设备分组(每组可含有若干台设备),根据实际情况设定不同的节电运行方式(划分周期,确定间隔),由综合监控系统统一调度。

5 结论与展望

综合监控系统是城市轨道交通的一个统一运行平台和集中监控系统,为了实现轨道交通节能控制,结合轨道交通机电设备系统能耗分析,给出了基于综合监控系统的节能控制方法和节能控制方案。作为轨道交通运营管理的综合监控系统是设备系统能耗分析的基础,也是能耗管理和节能控制的有效平台,同时其设备运行数据为能源管理和节能措施提供有效的数据分析和支持。

本文基于铁道第三勘察设计院集团有限公司科研课题《综合监控系统导向的节能研究》,后续工作在本文和文献[11]基础上进一步开展综合监控系统导向的设备系统节能研究。

[1] 许红.变频调速技术在风机、泵类应用中的节能分析[J].铁道标准设计,2009(3):112-114.

[2] 李国栋.水源热泵系统的效率分析与节能研究[J].铁道标准设计,2010(S2):96-99.

[3] 黄明才.EMC模式在地铁车站照明改造中的应用[J].现代城市轨道交通,2012(1):54-56.

[4] 袁青平.地铁车站自动扶梯运行方式节能分析[J].铁道标准设计,2008(8):125-131.

[5] 何志康,刘冬.地铁能源管理系统的研究[J].现代城市轨道交通, 2010(6):19-21.

[6] 韩冶.城市轨道交通能源管理系统设计方案[J].铁道标准设计, 2013(6):157-159.

[7] 李研,张学兵.南京地铁运营电耗分析及改进措施[J].现代城市轨道交通,2012(5):78-81.

[8] 温玉君,戴孙放.综合监控系统在综合交通枢纽工程中的应用[J].综合交通枢纽研究,2010,13(9):1-4.

[9] 张俊.综合监控系统节能优化控制[J].现代建筑电气,2012(3): 5-9.

[10]周桔红,赵驰,张劭.浅谈地铁综合监控系统引领城市轨道交通综合能耗管理变革[J].自动化博览,2012(2):50-52.

[11]董存祥.城轨综合监控系统的多Agent模型[J].铁道工程学报, 2013(12):93-98.

Energy-Saving Study for Urban Rail Transit Based on Integrated Supervision and Control System

DONG Cun-xiang
(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation,Tianjin 300251,China)

There are a lot of professional platforms and a huge amount of supervision and control information in the integrated supervision and control system(ISCS)of urban rail transit.By virtue of this characteristics of the ISCS,and after analysis on the structure of ISCS in combination with the analysis on the energy consuming of electromechanical equipments in urban rail transit,this study put forward an ISCS-based energy-saving control method for electromechanical equipment in urban rail transit,including air conditioning,lighting,water supply and drainage,electrical lifts and escalators,etc.Moreover,this study researched how the ISCS can participate in the energy-saving optimization and controlling of equipment supervision system,and established an ISCS-based energy-saving control plan.This study provides a more informationized,integrated and refined energy management plan,having great significance for energy and cost saving in the process of long-term operation of urban rail transit in future. Key words:urban rail transit;integrated supervision and control system;energy saving;energy management

U231+.6

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.08.041

1004-2954(2014)08-0168-04

20140515

铁道第三勘察设计院集团有限公司科研项目(721271)

董存祥(1969—),男,高级工程师,2010年毕业于天津大学计算机应用,工学博士,E-mail:dongcunxiang@tsdig.com。