PLC在地铁机电设备监控系统中的应用

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摘要：随着机电设备现代技术的迅猛发展，计算机系统是人类向着机电一体化生产系统方向发展的基础，是人类社会从事生产生活的关键环节。plc在机电一体化生产系统中是模块化的组合结构是数据采集处理的中心点。本文作者从PLC技术概述及其在机电一体化生产系统中的应用分析两方面对PLC在机电一体化生产系统中的应用进行了探讨，地铁环境控制系统的节能控制为系统的重点课题。主要体现在系统稳定性差,运行成本高,控制精度低的问题。

关键词：地铁机电设备监控系统系统结构及监控对象、监控功能 分析

中图分类号：U231文献标识码： A

通过对地铁机电设备监控系统特点分析,在设计上对车站级局域网构成、设备选型方面进行了探讨,论述了这一项系统工程的重要性,同时提出对系统设计优化的建议。

一、PLC 技术概述

1.1 什么是PLC 技术

（1）PLC，简单来讲，就是在系统上进行数据采集处理的核心，同时，也是一种控制系统，其有着自己独立的CPU，而且还有相关的I/O口和功能面板，通过这些配置可以对开关量、模拟量等数据进行采集、分析、处理，同时，还具有较强的编程能力。在该技术中，融入了梯形图程序，不仅可以控制一些复杂的逻辑程序，而且可以改善传统的接线方式，有效地节约了系统建立成本。

（2）PLc的适用范围。目前，在国内PLc技术已广泛应用于钢铁、石油等各行各业，适用范围大致可归纳为：①开关量的逻辑控制，如注塑机、印刷机等；②模拟量控制，如生产配套的A/D和D/A转换模块；③过程控制，如在冶金、锅炉控制等场合；①数据处理，如造纸、冶金领域的过程控制系统；⑤通信及联网，即PLC 公司的通信及PLc 与其它智能设备间的通信。

1.2 PLC 工作原理

PLC是电子计算机的基础上，一种用在工业现场中的电控制器。它是主要靠运行存储于内存中的程序，进行入出信息变换实现控制。PLC主要由可编程控制器（PLC或PC）中央处理器}CPI7）、存储器、输入/输出模块（I/O模块）、编程器以及电源这五大部分构成，其工作过程包括输入处理、程序处理、输出处理三个部分。

（1）输入处理。输入处理由输入端子和输入映像存储器组成，其作用是将输入控制信号送入PLC，输入设备一般为按钮及常闭触头。外部输入的控制信号经PLC输入端子存入到对应的一个输入映像寄存器，该寄存器存储外部输入信号，供PLC 内容控制电路编程使用。

（2）内部处理。内部处理由按照实际控制要求编写的用户程序（执行用户程序）及内部存储器刷新组成，其作用是按照用户程序规定的逻辑关系，对输入、输出信号的状态进行计算、处理和判断，然后得到相应的输出控制信号，通过控制信号驱动输出设备。用户程序通过个人计算机通信或编程器输入等方式，把程序语句全部写到PLC的用户程序存储器中。用户程序的修改只需通过编程器等设备改变存储器中的某些语句，不会改变控制器的内部接线，实现了控制的灵活性。

二、系统设置目的

地下铁路为代表的现代城市建设，因其无污染，低噪音，高速度等优点，被越来越多的城市选用。如果地铁是一个城市地下交通动脉，为了创造一个舒适的乘坐环境，满足城市轨道交通的运营要求，在车站设置了保障正常运营的照明设备、通风空调设备、给排水设备、屏蔽门系统、自动扶梯等众多机电设备，为确保这些车站设备的正常工作，就应建立强有力的车站设备监控系统，而设置的车站机电设备监控系统，是等于在监控设备装上安全性和可靠性大脑。设置机电设备监控系统，是为了用以反映在整个监测系统的设计思路，以保证各系统安全可靠运行。特别是在地铁站火灾事故案例，相关救援设施根据设计条件，及时有效，保证人身安全。

三、地铁监控系统的技术特点

3. 1 功能要求特殊

地下铁路属于公共交通行业,是城市交通的一面“ 窗口”。面向于乘客的优质服务,反映了地铁的先进程度。这种服务除了人的因素以外,设备的安全、可靠、高效、节能所带来的舒适感、安全性也非常重要。不同于智能楼宇侧重于办公自动化、通信自动化、长时间工作下环境智能调节的要求,地铁建筑监控系统则更侧重有利于安全行车管理、变化客流下的环境调节、灾害情况下的疏散导引、相关设备在各种情况下的有效运行。

3. 2 环境条件特殊

地铁建筑所处环境具有特殊性,由于机车为电力牵引, 且地下相对外界隔绝,环境潮湿。既不同于地面商用建筑物,一般所处环境较好,电磁干扰较轻,也不同于工厂金属粉尘等有害物质较多,环境恶劣。

3. 3 被控设备种类多

包括各类风机、风阀、水泵、冷水机组、各类传感器、蝶阀、自动扶梯、照明设备、防淹门、屏蔽门、各种导向标志等。

3. 4 相关系统众多

由于被控设备的多样性,以及所属专业的相对独立,不同厂家的产品指标、性能不尽相同,这就给监控系统的控制接口增加了难度。

四、设备选型思考

车站级局域网和高效的运作，往往取决于网络连接设备和信息传输的物理介质，控制器选择性的好坏直接关系到系统的控制性能。在高速以太网尚未普及之前,大多数以太网为10Mbps , 没有交换机的需求，以便它可以连接到每个端口设备有足够的带宽。自动检测和切换和双功能，使网络具有良好的扩展性能。而支持冗余环路硬件自动切换功能，使以太网双环结构成为可能，使网络的自愈能力，提高了系统的可靠性。使用多模光缆作为传输介质，避免强烈的电磁感应，高电压引起的干扰。

作为车站级监控系统的核心部件,控制器的处理能力、处理速度、扩展能力、可靠性、易维护性等诸多方面都要有所考虑。而PLC 在这些方面则有很好的性能和实践。在对实际数量的IΠO 数据收发的同时,有大量的中间处理数据,选择CPU 的处理能力就要远大于实际的IΠO 数量,如4～5 倍。对于不同的指令,处理速度有几倍,甚至几十倍的差别,选择基本赋值指令作为参考,具有可比性。为提高可靠性,如一台PLC 被诊断故障,另一台必须保证所有下层设备及数据通讯不间断、无扰动的继续正常运行, PLC 常需要冗余配置。配置方式有单电源-双CPU 、双电源-单CPU 、双电源-双CPU 的多种组合,采用后一种及双背板结构,更能保证PLC 的完全冗余。采用标准化选件、模块化结构、可带电插拔方式等, 为运营维修部门的现场设备维护和日后系统的扩展创造了条件。

五、监控对象及其要求

地铁工程车站设备监控系统主要被控对象由通风与空调系统,给排水系统，自动扶梯系统,照明系统,屏蔽门系统，人防密闭隔断门系统等几部分组成：

5.1通风与空调系统是地铁车站设备监控系统的主要组成部分。它的稳定运行保证了地铁在正常运行时，为乘客提供安全舒适的乘车环境，为地铁工作人员和设备运行提供良好的工作环境；在列车阻塞运行时,保证列车空调正常工作；在地铁车站出现火灾时，系统能迅速排除烟气,保证乘客安全撤离。

5.2给排水系统包括给水系统，消防用水供水系统和排水系统.给排水，消防用水利用城市现有设施。地铁沿线的雨水排入城市雨水系统；生活污水及厕所冲洗水经化粪池处理后排入城市污水系统;结构渗透水，结构排水，车站冲洗水，消防废水均排入城市污水系统。

5.3在地铁站厅设置月台及车站大厅的地面，根据安装位置不同，自动扶梯入口（站厅的地面）和平台（平台扶梯的站厅）。对于典型地铁站，出口楼梯分布在两端的车站大堂，电梯平台的两端的车站月台。监控每个入口的电梯和自动扶梯上行，下行和故障和左，右扶手带故障。

六、结束语：

地铁机电设备的自动监控是一项十分重要的控制技术, 也是一项繁杂的系统工程,涉及许多专业的设备监控及运行要求,有着地铁行业的特殊性。这就要以接口协调配合为基础,设备选型为根本,网络构造为条件,以管理措施为保证, 以实际运营经验作为优化的前提,才能使得地铁监控系统有更好的发展前景。

参考文献：

［1］张明聚，王诚浩，吕琦等 铁路客运专线明挖大断面隧道施工监测分析铁路客运专线［Ｊ］．北京工业大学学报， 2010（10） 1350-1356

［2］张明聚，由海亮，杜修力．北京地铁某车站明挖基坑施工监测分析［Ｊ］．北京工业大学学报， 2006(10) 874-878