地铁机电设备监控系统设计

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【摘要】地铁作为城市建设的大型基础设施，不仅是城市公交客运的骨干系统，而且是城市建设和土地开发的支持系统。地铁现代化的发展，成为城市交通现代化的重要标志之一。本文对地铁机电设备监控系统设计进行了研究。

【关键词】地铁机电设备监控系统 设计

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

地铁车站设备监控系统( EMCS) 通过中央级、车站级和就地级三级对车站设备进行监控, 通过中央级和车站级进行系统管理。车站设备监控系统对全线各个车站的通风空调系统设备、给排水设备、自动扶梯、电梯、车站公共区照明、广告照明、车站事故照明电源、屏蔽门及人防密闭隔断门等车站设备进行全面、有效的自动化监控及管理，确保设备处于高效、节能、可靠的最佳运行状态，并创造一个舒适的地下环境，此外在火灾等灾害或阻塞事故状态下，能够更好地协调车站设备的运行，充分发挥各种设备应有的作用来保证乘客的安全和设备的正常运行。

一、系统设置目的

地下铁路作为现代化城市建设的标志之一，因其具有无污染、低噪音、高速度等优点，目前已被越来越多的城市所采用。机电设备监控系统( EMCS) 是将计算机及其网络技术相结合的机电设备自动化控制系统，该系统的控制对象主要为地铁通风空调设备、给排水设备、正常照明设备及电扶梯等设备。其主要作用为：对地铁内的环境质量进行监视和控制，使其在正常情况下满足乘客舒适度的要求，并在紧急情况下提供正确可靠的信息来保证乘客等人员安全。其中，由于地铁工程的通风空调系统与一般的地上建筑完全不同，其温湿的变化既有它的周期性，也有受外界干扰的随机变化无规律性，因此，通风空调系统容量大且复杂。在这种情况下，如果没有计算机控制系统，只靠工作人员人为去控制是根本无法实现的。所以在全线设置EMCS 系统非常重要。设置机电设备监控系统是想借一斑而窥全貌，想以此达到反映整个监控系统的设计思路，确保以上这些系统的安全可靠运行的目的。特别是在地下车站发生火灾事故的情况下，能够使有关救灾设施按照设计工况及时有效地运行，从而保障人身安全。

二、地铁监控系统的技术特点

1、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。

2、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，是面向乘客的优质服务，反映了城市的先进程度。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。

三、监控系统组成及功能

1、车站级监控系统组成由设置于车站环控电控室和车站控制室( SCR) 的可编程序控制器( PLC) 采集现场设备的状态信号，通过网络通讯线传递到车站级服务器及监控工作站，车站监控人员再通过工作站下达控制指令，由PLC 传递到现场设备完成。

2、中央级监控系统由中央级局域网络构成，网络内包括主备监控主机、主备服务器、档案管理计算机、网络交换机、打印机、打印机服务器、大屏幕显示系统和UPS 等设备。

3、就地级监控设备组成：作为车站级监控设备PLC 控制器的组成部分，远程I/ O 设备直接与现场设备连接，采集从现场传感器检测到的各类信号；同时，远程I/ O 也将上级下达的控制任务，直接传递到现场的阀门、开关及电机等执行机构，从而完成系统的控制指令。对于关键性的监控场合，使用带CPU 处理器的远程I/ O 来实现独立控制功能。

4、地铁监控系统从全线功能来讲，包括了设在全线调度指挥中心的中央级功能，设在各个车站控制室和环控电控室的车站级功能，以及设在被控设备附近的就地级功能。

车站级设备监控系统负责统一管理本车站的被控设备。接收中央级下达的指令，完成其控制要求，以及实现对车站的环境监控、其他机电设备的监控管理和导向设备监控。

四、车站级网络构成

1、点对点形式

车站局域网采用1: N 点对点的结构方式，局域网上设置服务器，通过集线器可同时与所有子网控制器进行点对点数据交换，通信方式采用轮回仲裁方法，实现点对点的通信方式。该方案属于集中式通信策略，网络结构简单，易于扩充，但需要的数据通路多，而且工作站处容易形成通信故障的瓶颈。

2、环形以太网形式

局域网通过连接设备将网络连接成环型，系统各控制器作为环网上的节点互通信息。网络通信协议采用TCPPIP 协议组标准，通信方式为CSMAPCD。由于以太网是一个非常开放的网络，且通讯能力强大，网络通讯设备成熟。但其传输效率的能力相对薄弱，如果采用高可靠、高品质的交换机作为连接设备，利用它的存储转发功能，建立逻辑上的多通道，则可以较好地解决这一问题。另外，为了保证系统的控制和信息的响应时间，可选择通信速率为100Mbps 的高速以太网。

3、工业总线形式

系统各控制器作为网络节点连接在总线网上，利用总线作为节点的共同信道互通信息。采用广播或主从等方式通信。这种总线方式，通讯效率高，节点增加容易。常用在工业网络中，通信效率和可靠性依据大量的工业实践有所保证。但不同厂家的总线系统有各自的数据通信特点，相应的总线产品有其自己的市场定位，在开放性方面都有所努力，以达到通用性的目的。

五、设备选型分析

车站级局域网的高效运行，往往取决于网络连接设备和信息传输的物理介质，而控制器的选择又直接关系到系统控制性能的高低。在高速以太网尚未普及之前，大多数以太网10Mbps，没有交换机的需求。对于百兆以太网，选用高品质10P100Mbps 自适应端口的交换机，可以使其连接的每个端口设备拥有足够的带宽。其自动侦测交换和全双工功能，使网络有着良好的扩充延伸性能。而支持冗余双环硬件自动切换的功能，使以太网的双环结构成为可能， 这样就在网络故障自愈能力上提高了系统的可靠性。

采用多模光缆作为传输介质，避免了强电磁感应、高电压引起的干扰。选用带有钢护带，具有良好抗拉伸和抗侧压，以及防湿防潮性能的光缆，更有利于在地下的安装敷设和系统传输可靠性的提高。

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IPO 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IPO 数量。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。

总结

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] 丁洪东。 基于ATC系统的城市轨道交通车辆系统[J]. 科技信息. 2010(35)

[2] 杨琳。 地铁车站大客流组织模式研究[J]. 科技信息. 2010(28)