地铁环控系统控制方式研究

地铁环控系统控制方式研究

韩玉双

（身份证号：13092819900618XXXX天津300000）

摘要：随着我国城市化趋势和经济的急剧发展，大中型城市的居民成倍增加，地铁作为一种快速、准时、运量大、舒适和环保的交通工具迅速在各大城市投入建设。然而地铁在地下10多米深的隧道内运行，人流密度大，环控成为地铁的重要组成部分。

环控系统负责控制和调节地铁内的空气环境，保证地铁内的空气品质合理和舒适，满足乘客和工作人员的舒适性、健康和安全需求，满足设备工作要求。此外，环控系统在地铁事故及灾害情况下负责通风、排烟和排热，起到生命保障及辅助灭火的作用。因此环控系统的可靠运行至关重要，此文从风机启动、控制及风机风阀的联动三方面研究环控系统的控制方式。

关键词：软启动器；变频器；智能马达保护控制器；风机风阀联动控制方式。

一、风机启动

电机直接启动对电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，大风机启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。因此需要结合风机的具体使用需求选择合适的启动方式。星三角启动、变频器与软启动器优缺点分析如下：

星三角启动是在变频器、软启动器出现之前用途最广泛的降压启动方式，虽然比较经济、实用，但存在明显缺点，即起动过程中出现二次冲击电流，声音大，故障率高等。

变频调速是一种先进且较成熟的技术，它是通过整流器、逆变器和控制电路将频率一定的交流电变成直流，再将直流逆变为不同频率的交流，以实现对交流异步电机进行调速控制。

变频装置具有电压和电流过大时以及短路、接地、超载、发热时的各种保护功能，提高了风机运行的安全性。而使用变频节能装置后，起动电流从零开始，最大值也不超过额定电流。但其缺点是：存在电磁干扰（变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，而且会产生高次谐波）、发热（由内部的损耗产生的）、成本高、高频谐波污染、容易产生故障且不易维修。

软启动器是一种集软启动、软停车、轻载节能和多功能保护于一体的电机控制装备，实现在整个启动过程中无冲击而平滑的启动电机，而且可根据电动机负载的特性来调节启动过程中的各种参数，如限流值、启动时间等。

软启动器有过电流，过载保护和电压保护功能；起动电流小、起动速度平稳可靠、对电网冲击小等优点，且起动曲线可根据现场实际工况调整。软启动器控制箱体积很小，便于安装。由于该启动器采用电子式电路，可以相对比较容易地通过安全和事故指示灯增强其基本功能，改善电动机的保护，简化故障查找。另外还具可靠性高、维护量小、电动机保护良好以及参数设置简单等优点。为了避免软启动器长期带电运行，软起动器控制柜内需设置旁路交流触器。软起动结束，旁路接触器闭合，使软起动器退出运行，直至停车时，再次投入，这样即延长了软起动器的寿命，又使电网避免了谐波污染，还可减少软起动器中的晶闸管发热损耗。但是软启动器是靠斜坡式调节自身电压来完成工作。由于扭矩与电压平方成正比，连接电动机不能从一开始就达到最大扭矩，因此，软启动器更适合于水泵、风扇、传送带、电梯等轻型易启动的设备。

综上所述，软起动器实际上是个调压器，适合于工艺简单，电机功率大的设备。变频器输出不但改变电压而且同时改变频率，适用于需要调速，工艺控制复杂的设备。由于变频器、软启动器价格差别较大，在选材的时候可以结合风机的具体使用需求进行选择，不但大幅度提高设备性能，而且节省投资。

地铁里使用的排热风机、回排风机、空调柜风机都需要根据地下区域的温度、湿度等数据对风机转速进行调整，所以选择了变频器。而事故风机对此无要求，因此选择使用软启动器。

二、风机控制

智能马达保护控制器是针对低压电动机在各种应用场合产生的故障诊断而开发的智能电动机保护器。具有体积小，重量轻、功能强大，可靠性高，配置灵活，外形美观、安装方便等特点。采用高集成制的高速处理器进行数据采集、处理，在实现传统的低压电动机保护的基础上，融入测控、计量、运行记录和通讯功能，真正实现数字化，智能化，网络化，集保护功能和测控功能于一体，为地铁环控控制的管理带来了很大的便利！

综上所述，除需变频、软启的大风机和消防风机以外，其他风机控制回路优先采用智能马达保护控制器。

三、风机风阀的联动控制方式

环控系统多数风机的运转需要对应风阀的可靠配合，要求开机时按风阀风机顺序启动运行，关机时按风机风阀顺序停止运行。

但是，国内已经投运或在建的地铁工程中，在调试、操作过程中多次出现风机与风阀的控制不匹配，难于实现要求的顺序，这些问题出现的原因主要是风机风阀的联动控制方式存在缺陷。

当前国内多数地铁中，当风机和风阀需要联动控制时，都实行BAS对风机和风阀并列控制，并且BAS对风阀进行“复位信号”控制。

BAS对风机和风阀的并列控制问题：

对于风机和风阀的控制，根据施工、调试和运营的具体需要，有自动控制、手动控制两种控制方式，均遵守风机风阀的启停运行顺序。自动控制用于运营；手动控制通过按钮操作，用于调试及紧急控制。

BAS对风机和风阀的并列控制是大系统软逻辑控制，BAS系统同时拥有风机和风阀的直接控制权限。但在手动控制方式下，大系统软逻辑控制不能对风机和风阀的联动控制进行约束，在运营中只能采用人工联络方式进行控制约束。在这样的设计模式下，如果发生火灾且需要手动控制时，运行人员难以到达风阀（或风机）的控制箱位置或者由于风机风阀操作人员之间出现通讯问题时，都将无法实现联动控制。

BAS对风阀的“复位信号”控制问题：

BAS对风阀进行“双信号”控制的目的是对风阀复位。在风阀失电时，风阀将保持断电时的工作状态；电源恢复后，需要通过BAS给风阀第二个信号使其恢复正确位置，避免与风机状态不匹配。由于风阀的数量比较多，恢复风阀位置的工作量非常大，而且是发生在地铁的非正常运行状态下，非常容易发生错漏而导致次生的灾害。

通过以上分析可见，工程设计中出现“BAS对风机和风阀的并列控制问题”和“BAS对风阀的复位信号控制问题”时，都是在控制上将风机与风阀作为平级对象而产生的问题，而带来的问题在风阀与风机同级条件下难于解决。因此，考虑降低风阀的控制级别，将其纳入风机的小系统内，风阀直接接收风机的控制，形成风机与风阀的主从控制关系，而不再直接接受BAS的控制指令。

在实际运营中，需要启动风机时，BAS只对风机发出启动的指令，风机收到启动指令后，总是先对风阀发出开启指令，稍后才启动自身。运营中需要关闭风机时，BAS只对风机发出关闭的指令，风机收到关闭指令后，总是首先关闭自身，稍后才关闭风阀。在风机和风阀联动主从控制方式下，通过硬节点控制能够很容易地实现风阀与风机连锁中互相制约的运行条件，还能够简化和节约BAS的控制点资源。这样，在手动控制方式下保证风阀的位置总能与风机相适应，在风阀失电再复电后也不会与风机要求的位置相违背。

综上所述，通过研究风机风阀联动的基本需求，应摒弃导致联动控制缺陷的并列控制方式，优先采用风机风阀联动的主从控制方式，简化了控制系统，工程实施简单，运营简便。

结论

本文通过对地铁环控系统的深入分析，结合风机的具体使用需求，优化了风机的启动、控制及风机风阀的联锁控制方式的设计，不但大幅度提高设备性能，完善功能，简化操作，而且节省投资，为地铁环控控制的管理带来了很大的便利！

参考文献：

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[2]王廷才.变频器原理及应用[J].机械工业出版社.（2009）.

[3]浅谈风功率、能量及载荷的评估计算[J].胡静.黑龙江科技信息.2013（24）

[4]高旭旻.地铁工程电动防火阀与风机联动功能的实现[J].现代建筑电气2011，（7）：35-38.