侯俊濤

（中鐵第六勘察設(shè)計院集團有限公司）

1 引言

地鐵交通系統(tǒng)中，驅(qū)動力車的牽引系統(tǒng)、自動扶梯、環(huán)控系統(tǒng)等對地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來說意義重大。地鐵和公共汽車不一樣，地鐵沒有窗戶，因此為了解決通風(fēng)、散熱、消防等問題必須設(shè)置環(huán)控系統(tǒng)，也就是通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)。環(huán)控系統(tǒng)的意義在于調(diào)節(jié)列車內(nèi)部空氣的流通，使列車內(nèi)部空氣效果達到最佳以滿足車內(nèi)人員的健康需求，同時在事故中提供安全保障。

2 地鐵環(huán)控系統(tǒng)概述

地鐵環(huán)控系統(tǒng)是地鐵BAS控制系統(tǒng)中的支系統(tǒng)，作為地鐵交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，對地鐵交通網(wǎng)絡(luò)的正常運行影響巨大。而風(fēng)機和風(fēng)閥作為地鐵環(huán)控系統(tǒng)的核心設(shè)備，對環(huán)控系統(tǒng)的作用非常重要，只有風(fēng)機和風(fēng)閥安全穩(wěn)定地工作才能保證環(huán)控系統(tǒng)的運行[1]。

到目前為止，已經(jīng)投入使用的一些環(huán)控系統(tǒng)并不具備完善的功能需求，其主要原因在于地鐵環(huán)控系統(tǒng)的設(shè)計非常復(fù)雜，對于風(fēng)機和風(fēng)閥的投入巨大，操作過程也極為復(fù)雜。一個功能完善的地鐵環(huán)控系統(tǒng)必須具備環(huán)控系統(tǒng)的基本功能，即制造新風(fēng)、送風(fēng)、排風(fēng)、換風(fēng)以及在發(fā)生事故時排煙、排毒、散熱等。其次，針對我國地鐵環(huán)控系統(tǒng)風(fēng)機和風(fēng)閥在運行過程中出現(xiàn)位置控制不吻合的問題以及難于控制要求的順序問題，要加強環(huán)控系統(tǒng)大量風(fēng)機和風(fēng)閥配合的可靠性[2]。

3 風(fēng)機和風(fēng)閥聯(lián)動控制的缺陷

一般來說，地鐵環(huán)控系統(tǒng)中風(fēng)機和風(fēng)閥是需要進行聯(lián)動控制的，在聯(lián)動控制時，我們需要保證風(fēng)機和風(fēng)閥的位置關(guān)系一一對應(yīng)，即在風(fēng)機開啟前，與風(fēng)機相匹配的風(fēng)閥必須提前開啟，還要保證在風(fēng)機關(guān)閉的時候，先關(guān)閉風(fēng)機再關(guān)閉與風(fēng)機匹配的風(fēng)閥，否則就可能損壞風(fēng)機或者風(fēng)閥，嚴重時還可能造成人員傷亡。目前我國地鐵環(huán)控系統(tǒng)的風(fēng)機和風(fēng)閥控制采取的基本都是風(fēng)機和風(fēng)閥聯(lián)動并列控制方式，并且采用BAS實現(xiàn)對風(fēng)機和風(fēng)閥的控制。如圖1所示，BAS系統(tǒng)同時對風(fēng)機和風(fēng)閥進行并列控制[3]。

圖1 風(fēng)機和風(fēng)閥聯(lián)動控制并列方式示意圖

3.1 BAS對風(fēng)機和風(fēng)閥的并列控制問題

BAS系統(tǒng)是對地鐵車站以及隧道內(nèi)的設(shè)備進行全面管理和控制的系統(tǒng)。由于工程施工、調(diào)試和運用要求，風(fēng)機和風(fēng)閥的控制需要根據(jù)不同的條件選取控制方式，如：自動和手動控制兩種方式。兩種方式的不同之處在于，自動控制方式是在BAS系統(tǒng)的控制下，根據(jù)之前編寫的程序自動按照一定的順序執(zhí)行操作，即開啟風(fēng)機時先風(fēng)閥后風(fēng)機，關(guān)閉風(fēng)機時先風(fēng)機后風(fēng)閥。而手動控制是通過人工對按鈕的操作，來調(diào)試風(fēng)機和風(fēng)閥或者實現(xiàn)風(fēng)機和風(fēng)閥的緊急制動。相同之處在于自動控制和手動控制都按照先風(fēng)機后風(fēng)閥的順序來進行啟動或者停止控制。當前的地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，因為手動控制不能很好地實現(xiàn)風(fēng)機和風(fēng)閥的聯(lián)動并列控制，所以通常實現(xiàn)風(fēng)機和風(fēng)閥的聯(lián)動控制時，需要人工的方式進行整個工作過程的聯(lián)絡(luò)。這種設(shè)計就凸現(xiàn)了一個弊端，當發(fā)生火災(zāi)或者其他緊急情況時，工作人員不能及時對風(fēng)機風(fēng)閥進行緊急控制或者操作風(fēng)機風(fēng)閥的工作人員之間容易出現(xiàn)信號中斷問題，直接導(dǎo)致風(fēng)機和風(fēng)閥不能正常進行聯(lián)動控制工作，最終造成嚴重的后果，甚至導(dǎo)致人員傷亡。

3.2 BAS對風(fēng)閥的“復(fù)位信號”控制問題

一般來說，BAS系統(tǒng)對風(fēng)閥進行“復(fù)位信號”控制采取的是雙重控制。在特殊情況，比如：發(fā)生火災(zāi)或者由于操作不當引起B(yǎng)AS系統(tǒng)不能正常工作，從而導(dǎo)致風(fēng)閥電源被斷開，風(fēng)閥就會處于失去電源供給，這時就需要通過BAS系統(tǒng)使風(fēng)閥再次得到電源供給，換句話說就是通過BAS再次給風(fēng)閥一個信號，重新實現(xiàn)風(fēng)機和風(fēng)閥的工作狀態(tài)相一致。還有一種情況就是電源故障導(dǎo)致多個風(fēng)閥失電，這個時候這些風(fēng)閥就會處于電源供給短路故障，例如：當電源供給所的供電線路出現(xiàn)故障時，為了解除多個風(fēng)閥的斷電狀態(tài)使其與風(fēng)機狀態(tài)相匹配，必須通過BAS控制使風(fēng)閥恢復(fù)到原來的狀態(tài)。在目前的地鐵環(huán)控系統(tǒng)中風(fēng)閥的數(shù)量是非常大的，想要使諸多風(fēng)閥恢復(fù)到原來狀態(tài)與相應(yīng)風(fēng)機匹配，實現(xiàn)的過程是非常困難的，而且風(fēng)閥處于失電狀態(tài)下的地鐵運行是非正常的，很容易導(dǎo)致其他風(fēng)閥再次出現(xiàn)故障導(dǎo)致出現(xiàn)更嚴重的問題。在目前的地鐵環(huán)控系統(tǒng)中，雖然在“復(fù)位信號”控制方面有一定的解決辦法，例如：在目前的解決措施中，采取了讓BAS控制系統(tǒng)在風(fēng)閥失去電源供給之前就對風(fēng)閥進行復(fù)位控制，或者提升風(fēng)閥所受的負荷，這樣雖然能夠勉強解決“復(fù)位信號”的問題。但是，讓BAS控制系統(tǒng)提前對風(fēng)閥進行復(fù)位控制難以實現(xiàn)，并且時間差的問題難以解決，另一種方法在風(fēng)機和風(fēng)閥共用一根母線時不能將風(fēng)閥的負荷等級提升為一級[4]。

3.3 供配電系統(tǒng)設(shè)計的問題

供配電系統(tǒng)是地鐵網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，它對地鐵網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定的運行起著重要作用。在過去發(fā)生的地鐵事件中，有不少事故是由于供配電系統(tǒng)的故障最終導(dǎo)致環(huán)控系統(tǒng)失效而引起的。供配電系統(tǒng)可以說是整個地鐵網(wǎng)絡(luò)中的“供能”大師，承擔(dān)著供電這一大重任。但是由于在設(shè)計過程中，工程組為了降低成本，使用的電纜材質(zhì)不符合標準，就容易導(dǎo)致在給環(huán)控系統(tǒng)供電的時候發(fā)生斷路，導(dǎo)致環(huán)控系統(tǒng)不能正常運行，風(fēng)機和風(fēng)閥受損。不僅如此，地鐵環(huán)控配電的設(shè)計也對整個環(huán)控系統(tǒng)有著巨大的影響，如果供配電設(shè)計不合理，就會導(dǎo)致環(huán)控系統(tǒng)控制失效，在緊急情況下就可能引發(fā)事故。

4 風(fēng)機和風(fēng)閥聯(lián)動主從控制方式研究

想要解決風(fēng)機和風(fēng)閥的并列控制問題以及“復(fù)位信號”控制問題，就需要解決配電的問題，由配電入手將風(fēng)機和風(fēng)閥設(shè)置在不同級的負荷條件下。通過電控室操作將一級和二級負荷區(qū)分開來。對風(fēng)閥的配電采取降級處理，就是采用二級負荷給風(fēng)閥供電，而風(fēng)機在原來的基礎(chǔ)上使用一級負荷供電，讓風(fēng)閥跟從風(fēng)機進行控制，這樣風(fēng)機和風(fēng)閥就形成了主從控制關(guān)系。如圖2所示，風(fēng)機和風(fēng)閥實現(xiàn)主從控制方式[5]。

圖2 風(fēng)機和風(fēng)閥聯(lián)動主從控制方式示意圖

在工程實際操作過程中，BAS只要接受命令并對風(fēng)機發(fā)出啟動指令，風(fēng)機則只用接受BAS系統(tǒng)發(fā)出的指令并主動控制對應(yīng)風(fēng)閥啟動，然后再對自身啟動，就能實現(xiàn)風(fēng)機和風(fēng)閥啟動運行的聯(lián)動控制。同樣，BAS對風(fēng)機發(fā)出停止運行指令，風(fēng)機接受來自BAS的指令之后主動控制對應(yīng)風(fēng)閥停止運行，然后再對自身停止運行，就能實現(xiàn)風(fēng)機和風(fēng)閥停止運行的聯(lián)動控制。相比風(fēng)機風(fēng)閥的并列聯(lián)動控制方式，在風(fēng)機和風(fēng)閥聯(lián)動主從控制方式下，風(fēng)機能自主對風(fēng)閥進行控制，主要原因在于聯(lián)動并列控制是大系統(tǒng)軟邏輯控制，而聯(lián)動主從控制是硬節(jié)點控制。除此之外，聯(lián)動主從控制在一定程度上優(yōu)化了BAS的控制功能，節(jié)約了制造成本。在將風(fēng)機、風(fēng)閥的聯(lián)動控制方式由并列聯(lián)動方式改為聯(lián)動主從控制方式的電路設(shè)計中，需要注意在設(shè)計關(guān)機電路時，應(yīng)該要先關(guān)風(fēng)機再關(guān)風(fēng)閥，這樣才能讓地鐵風(fēng)機風(fēng)閥系統(tǒng)更好的運行。

5 結(jié)語

隨著我國在地鐵方面的研究投入提高，地鐵成為了人們出行最為便捷的交通工具，人們對地鐵這種交通方式越來越依賴，然而隨著地鐵越來越多，相應(yīng)的問題就隨之凸顯出來，比如：風(fēng)機和風(fēng)閥的聯(lián)動控制問題，這個問題在工程技術(shù)上是一個很小的問題，但是由于國內(nèi)建設(shè)地鐵采取的是傳統(tǒng)方式，沒有對這一問題進行深入研究，導(dǎo)致地鐵環(huán)控系統(tǒng)出現(xiàn)了越來越多的問題，給地鐵的安全運行埋下了安全隱患。如果這種小隱患不能及時得到解決，就容易發(fā)展成為巨大的隱患，待隱患成為事故的時候，一切就都為時已晚。對此，地鐵工程部門和設(shè)計部門應(yīng)該要認識到這一問題的危害性，及時采取措施，對風(fēng)機風(fēng)閥的控制積極采取主從控制方式，慎用并列控制方式。