地铁通风控制系统设计Word格式文档下载.docx

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Abstract：

ThedesignisbasedonPLCinthesubwaytunnelventilationapplication,throughCO2concentration,temperatureandotherdetectorscollectingtheenvironmentstatusinformationofthesubwaytunnelandtransmittingtheinformationtothePLC,TheresultthatPLChandlesthecollectedinformationcontroltheinverterandfantoreachtoreal-timecontrolofthemetroenvironment;

Atthesametimethiscontrolsystemcombineswithconfigurationsoftwareandusesit’sreal-timemonitoringandpublishingwebtoreachtheremotereal-timecontrolforallsystem.Infinally,thiscontrolsystemalsoreachesavarietyofcontrolmethodsofMetroEnvironmentandmeetthemoderncontrolrequirements.

Keywords:

MetroTunnelVentilationcontrolPLCInverterPublishingweb

1引言

随着国民经济的迅速发展，中国城市化进程进一步加快，城市人口快速增长，交通供需矛盾日益突出，大型城市交通拥堵越来越严重。

城市轨道交通具有运能效率高、能耗低、污染小、快速、准时及安全等明显优点，其是解决城市交通问题的主要手段。

1.1地铁通风控制设计背景

中国轨道交通自20世纪60年代北京有了第一条地铁以来，发展缓慢。

直到十五期间（2001～2005）才开始迅猛发展。

十五期间，我国轨道交通投资2000亿元，建成550km城市轨道交通。

十一五（2006～2010）规划建设1700km轨道交通，投资总额近6000亿元。

我国城市轨道交通发展规划，见图1-1。

图1-1我国城市轨道交通发展规划

1.2地铁通风控制研究现状

在我国，列车空气调节系统主要采用集中式空调通风系统和分散式空调通风系统，但是对其的研究很不系统。

列车的通风空调系统只是根据建筑通风空调系统的有关规范进行设计研制，没有系统考虑列车运行特点和运行情况，因此存在很多问题。

同一型号列车的空调通风系统差别很大。

这主要是由于列车厂家分散设计，设计图纸不统一，各厂家选择的空调设备也多种多样。

往往没有认真进行风道的阻力计算和实验，致使送风量不能满足要求。

风量大的车内微风速超标，风量小的不能满足车内的空调负荷要求；

同时车内空气品质及舒适度也较差。

采用一般现有风道的大部分列车，因其送风口风量不均匀，造成客室内温度场不均匀，不能满足铁道部的标准规定。

有些新列车的空调通风系统的设计考虑不周全，使空调通风系统结构复杂，沿程阻力较大，与空调机组匹配后，改变了空调机组的工作点，造成通风量偏小，空调效果不理想。

而且，迄今为止所有国产空调列车都没有进行过空调通风系统的通风性能实验，对各型列车的通风系统阻力、送风均匀性及客室内气流组织状况等均未进行过系统的研究，因而在进行空调通风系统的改进设计时没有可参考的实验数据。

对于客车通风空调系统噪声研究没有系统的实验，对车内的空气品质也没有进行过系统的考虑和研究。

对于现有装置在列车空调通风系统上所出现的问题进行的局部研究方面，我国科技人员取得了一些重要成果。

从总体上来看，我国对于列车通风空调的研究和人们对客车舒适性要求极不协调，其研究工作基本上还没有展开，而且存在以下一些问题:

1）送风道结构较为复杂，沿程阻力大，与风机不匹配，送风量偏大或偏小；

各风口调节机构的调节性能由于各种原因不能发挥作用。

2）送风口送风量不均匀，造成客室内温度场不均匀，客室内温差超过有关标准。

3）客车内由于送风不均匀性等影响，使得微风速严重超标。

4）由于送回风装置的型式和布置不合理等因素，使得车内气流组织不合理，车内舒适度较差。

5）送风道两端的送出气流流量受送风口、进风口的影响较大，容易造成送风量前小后大，甚至在前端会形成负压区，两端舒适度明显降低。

6）送风道型式单一，大部分为车顶中央风道送风风道，不能适应我国高速列车发展的需要。

7）通风系统适应性差，调节性能差，不能满足负荷变化较大时车内送风要求。

8）缺乏系统的行业设计技术标准及具体的检测规则和方法，缺适应新形势的新标准。

1.3地铁通风控制设计内容

地铁工程中地下车站及区间除车站出入口、风亭及地下线路两端隧道洞口外，基本与大气隔绝。

通风空调系统的任务是对地下区间隧道内温度、湿度、风速、事故排烟情况等进行全面控制。

车站两端各设置送风井及排风井各一座，风井面积因通风量而异。

隧道通风系统中车站的公共区夏季采用空调，其余季节通风换气。

车站公共区空调通风机与至车站的区间隧道风机合而为一，车站空调通风兼区间隧道风机功能。

采用变频控制，情况不同时，风量不同，达到节能运行。

地铁运营正常时，通风空调设备排除余热和余湿，为乘客在地铁车站创造一个往返于地面至列车内的过渡性舒适环境。

隧道通风机通过送风管和回风管对车站公共区空调通风。

当区间夜间通风和区间隧道阻塞时，通过组合风阀开关控制实现对区间的通风换气。

风机根据运行模式的要求进行正转或反转运行，已达到向车站和区间隧道送风和排风的目的。

同时该风机还具有车站区间火灾是排风功能，通风空调设备向乘客和消防人员提供必要的新风量，形成一定迎面风速，指导乘客安全撤离，并具有排烟功能。

2系统通风方案说明

在设计控制系统时，首先要设计出一个基本构架，并结合这个构架来详细的说明该控制系统的基本功能。

2.1通风控制系统说明

地铁通风控制系统控制由中央控制、车站控制和就地控制三级组成。

中央控制在控制中心，是以中央监控网络和车站设备监控网络为基础的网络系统，对地铁全线的通风及空调系统进行监控，向车站下达各种运行模式指令或执行预定运行模式。

车站控制设置在车站控制室，对车站和所管辖区的各种通风空调设备进行监视，向中央控制系统传送信息，并执行中央控制室下达的各项命令。

火灾发生和在控制中心授权的条件时，车站控制室作为车站指挥中心，根据实际情况将有关通风空调系统转入灾害模式运行。

就地控制设置在各车站电控室内，具有单台设备就地控制和模式控制功能，便于各设备及子系统调试、检查和维修。

就地控制具有优先权，现场操作按钮设于设备旁便于操作处，满足单台设备的现场调试、检查和维修。

2.2系统结构说明

根据上述描述做出了如图2-1的系统控制框图，该框图描述了系统中应有的三种控制模式，即：

就地控制，车站控制以及中央控制。

就地控制是在在风机变频控制进行操作时，提供机组安装、调试、检修时在现场使用，同时兼顾预警灾害控制。

在有不同的控制要求时，变频控制系统要求设有就地（手动）/远程（自动）控制转换开关，工频/变频运行控制转换开关。

就地控制时其他操作屏蔽。

中央控制也就是远程自动控制，负责对全线风机变频通风设备进行监控，它是通过远程控制系统，实现远程启停风机，同时可以反馈风机启、停、正、逆转运行状态、故障信号、变频运行控制转换开关位置信号，反馈自动控制/就地转换开关位置信号等。

在火灾等其他情况下，控制器根据现场检测器传送回的环境信息做出相应的控制，例如，在火灾时，CO2浓度检测器把现场的CO2浓度信息送到控制器，控制器把该信号与正常情况下的浓度信息相比较，如果在信息超出了正常情况下的浓度值，并且大大超过该数据，如人们可接受正常CO2浓度为350-1000ppm，当CO2浓度达到5000ppm时会令人窒息而死亡，则认为是发生了火灾，因为地铁的特殊环境不会在没有发生火灾时产生高浓度。

以上是对该控制结构的控制过程描述。

图2-1地铁隧道通风控制系统结构图

3系统硬件设计

该控制系统主要由上位机，PLC控制器，变频器，风机以及各种检测器等设备组成，以下进行对相关设备的选择。

3.1系统硬件选择

设备型号直接影响着整个通风控制系统的通风效果和控制系统的稳定性，所以在设备选型时要特别的慎重，以保证通风控制系统取得良好的控制效果。

3.1.1控制器的选择

在隧道特殊环境下，如果现场选用继电器或普通的微机控制，它们不适应恶劣的工业环境，会发生生锈、信号受干扰等现象，无法满足控制要求，而PLC是专为工业环境应用设计的，它针对工业环境的特殊性采取了相应措施控制。

对输入信号进行滤波处理，并且输入输出电路与内部CPU是电隔离，CPU板还有抗电磁干扰的屏蔽措施，可确保PLC程序的运行不受外界电磁干扰。

在机械结构设计与制造工艺上，也采取很多措施，保证其耐振动、耐冲击，使用环境温度可高达50摄氏度，有的低温零下40到零下50℃也可工作。

根据本此设计环境的特殊性，即：

潮湿的地下以及复杂的电磁环境，故本设计选用PLC作为下位机，其具体型号为OMROMCPM1A。

在本次控制系统中将把整个隧道分成四段，所以系统中将用到4个控制器，每一个控制器控制负责控制隧道的一段。

3.1.2变频器的选择及运行设定

变频器的正确选用对于机械设备电控系统的正常运行是至关重要的。

选择变频器，首先要按照机械设备的类型、负载转矩特性、调速范围、静态速度精度、起动转矩和使用环境的要求，决定选用何种控制方式和防护结构的变频器最合适。

所谓合适是指在满足机械设备的实际工艺生产要求和使用场合的前提下，实现变频器应用的最佳性价比。

变频器选用根据风机电动机功率等参数选用。

根据本此用到的风机技术指标，在满足风机要求的前提下，本次选用型号：

欧姆龙变频器3G3MV系列变频器中的3G3MV-A4075.

欧姆龙3G3MV-A4075是一款多功能变频器，具有搭载无传感器矢量控制功能，在低速范围内实现高转矩运转；

标准搭载RS-422/485通信，DeviceNet通信的可选单元也可实现标准搭载，对应网络能力强；

操作器上设有频率设定旋钮，参数常数的复制/管理也可通过标准操作器进行应对，使用方便性大有提高；

标准搭载节能控制和PID控制，另外通过高速电流限制功能使无断路运行性能也有较大提高；

内置浪涌电流控制回路，保护更能更充分；

其实物图如图3-1所示。

图3-13G3MV-A4075变频器实物图

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。

即先把工频交流电源通过整流装置转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机