地铁人防信号集中显示系统概述

1 引言

随着全国各大城市地铁修建里程越来越长， 地铁除了运载旅客外，同时还兼人防功能。 地铁工程作为非常重要的人防工程，其人防功能平时极少使用，但在战时情况下又必须立即启动，所以监控人防设施的各种状态就显得非常重要，地铁人防信号集中显示系统应运而生， 该系统必须有较高的可靠性及安全性。 地铁人防信号集中显示系统与车站诸多专业关系密切，因此在设计、施工时需进行周密考虑。 该系统应满足平时防灾、战时防空，实现防空防灾一体化，使地铁工程的社会效益、经济效益和战略效益得以充分发挥[1]。

2 地铁人防信号集中显示系统应用现状

地铁人防信号集中显示系统是将某一防护单元内车站内部及区间所有人防设备的状态进行信号采集和显示、控制，方便战时掌握人防设备状态的整体情况， 国内现有的模式主要有两种，一种是北京地铁，主要是把地铁人防信号集中显示系统独立地设置在地铁车站人防控制室内。 另外一种是除北京外的全国其他地方， 主要是把部分人防信号如地铁区间隔断门的状态信号显示在车控室BAS 系统内，没有单独设置人防信号集中显示系统和人防控制室[2]。

3 地铁人防信号集中显示系统构成、原理以及主要特点

人防信号集中显示系统主要由人防集中信号显示台、人防双电源配电箱、防护段原地信号箱、清洁风道风机电气控制柜、信号采集行程开关、等电位接地端子箱、磁石电话等设备组成。

地铁人防信号显示系统是将某一防护单元内车站内部及区间所有人防设备的状态进行信号采集和显示， 方便战时掌握人防设备状态的整体情况， 特别是对区间隔断门的开关状态的显示，平时能减少事故的发生，战时可快速实现防护单元的独立。 每一套人防信号显示系统与防护单元内各防护段的防护设备形成一个完整独立的体系。

每个设防地铁车站根据设防等级设置独立1 套独立的、以PLC 为核心的显示设备， 信号显示系统包含所有完成操作和监视程序所需要的控制显示设备（包括PLC、电源模块、I/O模块、显示器等）、断路器、接触器、转换开关、按钮、继电器、指示灯、限位开关、报警蜂鸣器、直流24 V 电源等。

信号显示系统的核心设备为可编程控制器（PLC），平均无故障时间长，可靠性高，设备带点能力强；PLC 设备模块化，方便维护和更换，可扩展多个I/O 模块，方便日后增加扩展[3]。

3.1 人防信号集中显示系统的工作环境、原理以及工作技术参数

人防信号集中显示系统设备的工作环境要求如下：

1）海拔高度1 000 m 以下，室内安装；

2）无水滴、蒸汽、灰尘及油性灰尘场所；

3）无腐蚀、易燃性气体、液体；

4）无漂浮性的尘埃及金属微粒；

5）无强烈振动及电磁噪声干扰场所；

6）使用环境温度为时-10~40 ℃，相对湿度85%以下（无结露）。

人防信号集中显示系统供电电源是由车站内动照专业提供的一级负荷供电。 具体的技术要求是：由动力照明专业提供两回不同400 V 母线段的电源至人防信号室内双电源切换配电箱，人防信号系统配电采用TN-S 形式，以放射式供电至人防信号显示台及车站各出入口、安全口、隔绝风道、区间正线及区间风井等人防原地信号箱。

再由动力照明专业提供两回不同400 V 母线段的电源至清洁风道处双电源切换箱，为该处的人防清洁风机提供动力电源。

人防集中信号显示系统为基于MPI 的显示系统。 显示系统是由国内国际知名品牌的PLC 及其I/O 扩展模块、 电源模块组成，具有以下特点。

1）A/D、D/A 转换精度及转换速度高， 一个模块带3 路A/D，1 路D/A，A/D、D/A 转换速度高达125μs，为保证系统的采样、控制精度及调节速度提供了基本的物理条件。

2）CPU 运算速度快，0.37μs/位，指令丰富：具有浮点运算、指针运算、中断、通信响应、PID 运算、PWM 脉冲输出等功能，存储容量大，充分适应现代控制技术，如最优控制、自适应控制、变结构控制等控制算法的要求。

3） 输入/ 输出点多，响应快，24 输入/16 输出，每点可设置滤波参数，4 个20 kHz 高速计数器，2 个高速输出口， 适应实时控制的要求。

4）通信组网能力强，配有2 个232/485 通信口，可方便连接232/485/422 等通信接口，以适应监控系统的要求。

5）可靠性高，将CPU 模块，输入/ 输出I/O 模块，通信模块高度集成一体，简化结构，使用方便。

系统触摸屏采用了Multi Panel IP1500 多功能面板，Multi Panel IP1500 采用了64 k 色的TFT 显示屏，其分辨率为1 024×768，性能水平较早先的设备有所增强。 Multi Panel IP1500 操作系统基于Microsoft Windows CE 5.0， 其多媒体功能得到了极大的增强， 并且设备预装了用于pocket PC 的Internet Explorer 6.0 ，从而扩展了显示Web 页面的方式。 设备集成了剩余免维护消息缓冲区， 为PLC 数据提供了剩余存储区以支持WinAC MP 2007。 Multi Panel MP 377 提供了多种用途、高性能[4]。

3.2 人防集中信号显示系统主要功能和特点

人防集中信号显示系统有以下主要功能：

1）采用PLC 控制、触摸屏显示出入口、安全口、风道、区间风井的防护密闭门及密闭门的开关状态； 区间正线隔断门的开、关门及报警状态；

2）触摸屏显示区间正线隔断门的开、关门及报警状态；

3）显示风道人防清洁风机的运行、停止和故障状态，就地和远程控制人防清洁风机的开启和停止；

4）在各防护段及人防信号室内设置磁石电话系统，保障战时各防护段能与人防信号室保持电话通信；

5）设置操作控制权限；

6）电气联锁和保护，系统控制回路应具有短路等保护、互锁等功能；

7）有关专业其他要求。

人防集中信号显示系统的主要特点如下。

1）画面直观。 地铁人防系统信号集中显示台画面中所有监控的设备均采用图形配合文字的方式表示， 并伴随动画显示，所有设备状态信息一目了然。

2）操作简便。 通过点击触摸屏画面中的按钮可以查看任意设备的运行状态。

3）实时性强。 系统信号处理时间短，速度快，能够及时准确地显示监控数据的信息状态。

4）高可靠性。所有的I/O 输入信号均采用断电器隔离，使工业现场的外电路与控制器内部电路之间电气上隔离。 各模块均采用屏蔽措施，以防止噪声干扰。 系统供电所用的开关电源性能优良，并且系统具有良好的自诊断功能，一旦电源或其他软、硬件发生异常情况，CPU 立即采取有效措施，以防止故障扩大。

为了使操作人员及时地了解和掌握整个地铁站各防护设备的运行状态，本系统建立了以下各类监控显示画面。

1）起始画面：系统启动即进入起始画面，选择“点击进入”按钮可进入系统。

2）站内平面图：如图1 所示点击起始画面的“点击进入”，画面进入“站内平面图”，站内平面图画面显示所有地铁人防系统各防护设备的平面图形状态。

图1 系统平面状态显示图

3）系统框图：点击画面下方按钮“系统框图”，画面切换到“系统框图”，系统框图显示出车站所有监控设备概况。

4）报警监控操作：区间隔断门不在开或者关时，系统会发出声音报警（注意：只有在报警开启时会发出声音报警）。

区间隔断门监控画面中，上部的“报警开关”按钮设计为报警投入与切除功能，按下“报警开关”按钮后下方的报警开关状态显示“报警开启”，再次按一下“报警开关”按钮则显示“报警关闭”，报警状态显示当前有无报警。

5）人防风机启停操作画面：在起始画面中点击“点此进入”即可进入“站内平面图”画面，在图中找到风道风机的状态指示及盖板的位置。 点击开启或者关闭来操作人防清洁风机的启停。

4 人防信号集中显示系统主要设备

4.1 人防双电源配电箱

人防双电源配电箱设置于车站人防信号控制室内， 用于给人防信号显示台及各防护段原地信号箱供电。 原地信号箱采用单相AC 220V 供电，人防信号显示台采用三相AC 380 V供电。

4.2 人防信号集中显示台

人防信号显示台由台体、空开、触摸屏、一体化PLC、扩展模块、24 V 继电器、端子排等组成，是人防信号集中显示系统的核心设备。

人防信号显示台设置于车站人防信号控制室内， 外观为琴台式设计。 内部安装PLC 成套装置， 用于采集防护单元各防护段内人防设备的状态信息。 盘面上配置一块触摸屏，用于显示防护单元内各防护段的人防设备状态信息。

4.3 防护段人防原地信号箱

防护段原地信号箱是用于就地监测防护段人防设备开、关到位的状态。 一般来说，出入口、风道原地信号箱只用于监测人防设备的关到位状态。 而区间隔断门需监测人防设备的开、关到位状态。 因为区间人防设备如果不能打开闭锁到位，会对行车安全造成极大隐患，从而引发事故，所以区间上的人防设备均需对关门到位状态进行监测。 当区间防护设备处于游离状态（既非开到位也非关到位）时，将引发报警，提醒工作人员检查区间人防设备。 所有状态信息均通过硬接线方式接至人防信号显示台PLC 装置内。

4.4 风道人防清洁风机控制柜

风道人防清洁风机控制柜用于风道内清洁风机的监控，并将清洁风道内人防设备的状态指示集成于柜内。 相较于其他原地信号箱，该处状态信息多了风机运行、停止、故障状态；风机盖板的开、关状态；密闭小门的开、关状态。 所有状态信息均通过硬接线方式接至人防信号显示台PLC 装置。

4.5 磁石电话装置

各防护段原地信号箱及清洁风道风机控制柜内均设置磁石电话接口端子，每个防护单元内共配置4 部磁石电话机。 当正常通信系统失效后，可利用磁石电话与防护段进行通话。 其中一部磁石电话安装于人防信号显示台处， 另外3 部根据使用地点需求随用随接， 将磁石电话接于原地信号箱内接线端子即可使用，与人防信号室进行通话[5]。

5 与各专业接口及要求

5.1 与动照专业接口及要求

人防双电源配电箱需动照专业提供不同400 V 低压母线的双回电源，容量为10 kW，战时二级负荷。

清洁风道风机控制柜需动照专业提供不同400 V 低压母线的双回电源，容量为5 kW，战时二级负荷。

动照专业应在人防信号室内设置接地端子排。 供人防信号显示台接地使用。

5.2 与BAS 专业接口及要求

人防信号显示台与近端环控电控室BAS 机柜应采用MODBUS 通信。通信接口采用RS485 接口，冗余配置，通信电缆为屏蔽双绞线。 人防信号显示系统向BAS 系统传输本防护单元内出入口、安全口、风道、区间风井的防护密闭门及密闭门的状态信号；区间隔断门的开、关门及报警状态以及车站风道内人防清洁风机运行、故障、停止状态。

5.3 与通信专业接口及要求

通信专业依据人防专业提供的防护段电话地点要求，实施人防信号室和防护段之间的通信电话系统。 另需在各防护段设置视频监控装置，并负责将视频图像上传至TCC。

5.4 与综合监控（I SCS）专业接口

人防信号集中显示系统（RF）与综合监控（ISCS）系统的接口类型采用以太网口连接方式。 人防系统（RF）将人防设备状态信息传输给综合监控（ISCS）系统，综合监控（ISCS）系统再将人防设备状态信息上传至路网指挥中心（TCC）

6 设计与施工要求

1）人防信号显示台落地安装，带槽钢基础，进出线方式为下进下出，防护等级为IP30。

2）人防双电源配电箱采用挂墙明装，进出线方式为上进下出，防护等级为IP55。

3）原地信号箱采用挂墙明装，进出线方式为上进上出，防护等级为IP55。

4）清洁风道风机控制柜采用挂墙明装，进出线方式为上进上出，防护等级为IP55。

5）供电电缆采用WDZAN-YJY-0.6/1kV 型电缆。

6）信号电缆采用WDZAN-KYJYP-450/750V 型电缆。

7）电缆敷设采用钢制线槽及穿套接紧定式钢管的敷设形式。

8）电缆接至人防门体上时应采用金属波纹软管，并固定牢固可靠，不可出现关门挤压套管的现象。

9）所有电缆穿越人防墙处应以裸缆穿过，并应做防护密闭处理。

10）穿越人防墙电缆的总面积不宜大于穿墙套管面积的25%。

11）所有线管、线槽穿过车站内防火分区、防烟分区隔墙、竖井侧墙、 穿越车站中板孔洞及电缆引入电气箱柜的开孔部位，均需进行有效防火封堵。

12）所有穿过防护密闭墙、密闭墙的电气管线均应预埋防护密闭穿墙套管，并应有防护密闭措施。 有防电磁涡流要求的应选用无磁性不锈钢管， 预埋穿墙保护管应选用厚壁热镀锌钢管，管壁厚度不小于4 mm。

13）电缆桥架不得直接穿过临空墙、防护密闭隔墙、密闭隔墙，当必须通过时应改为穿管敷设，并应符合防护密闭要求。

14）由防护密闭门的门框墙引出至防护密闭门外的照明线路，应在门框墙内安装熔断器保护或单独设照明回路。 进、出人防工程的照明线路应采用护套线。

15）人防信号集中显示系统采用联合接地形式，接地电阻要求不大于0.5 Ω。 人防双电源配电箱及人防信号显示台用WDZ-YJY-0.6/1kV 1×35mm2电缆就近接至车站弱电井接地端子箱[6]。

7 结语