1、对综合监控系统中实现节能控制策略的研究摘要 中图分类号：TE08 文献标识码：A 节能减排，低碳生活，是我国的一项基本国策。进入 21 世纪以来，中国城市轨道交通的建设进入高潮，成为当今世界建设地铁最多的地方。轨道交通已经逐渐成为人们出行的首选交通工具。地铁运营过程中会消耗大量的能源，如果不加以控制，将有很大一部分能源被浪费掉。地铁运营中的空调系统、通风系统、照明系统和列车系统是主要的用电设备，如何降低此部分设备的能量消耗，是研究的重点。 地铁综合监控系统无缝集成了各自动化专业系统，实现地铁各专业系统之间的信息互通、资源共享，提高地铁全线的整体自动化水平，更好地为广大乘客服务，提高经济效益。综
2、合监控系统整合地铁单线的行车、车辆、供电、机电等子系统的监控信息，在控制中心集中创建统一的数据平台，利用这些信息可以自动控制地铁设备的运行。 本文从时间表、空调系统和通风系统几个方面描述了在不同的工况下如何控制地铁设备的运行，使用自动控制，自动调节的手段完成工况的转换，降低设备能量的消耗，实现节能目标。 关键字：综合监控、自动控制、调整、工况 “节能减排”出自于我国“十一五”规划纲要。主要目的就是节约能源，较少污染物排放，保护环境。地铁运营过程中需要大量的能量耗费，包括：照明、行车、通风、空调及弱电系统等，地铁中所有设备运行都使用电能，电能的消耗巨大。研究减少对电能的消耗，实现节能是本文研究的
3、重点。 地铁运营过程中的能量消耗负荷主要包含：照明、设备、屏蔽门发热；人员负荷；新风负荷；出入口与外界热交换的热负荷。这些值都是变量，作为系统的调节依据。系统的控制过程就是获取到这些信息，通过算法，进行计算，与预先制定的值做比较，自动对设备进行控制。这些信息通过与其它集成或者互联的接口中获取。 地铁运营中，环境和设备监控系统是个耗能大户。较少这些设备对能源的消耗，就可以实现节能减排。通过时间表、空调系统和通风系统的控制策略，较少用电设备的数量，降低设备运行频率、转速等，使设备依据不同的工况进行自动切换，达到节能效果。 一、时间表控制 地铁运营过程中，设备运转的状态与工况一一对应。时间表根据不同
4、的运行工况，启动相应的运行模式，时间表控制的系统主要包括：隧道通风系统、车站大系统、车站小系统、照明系统。 （一）隧道通风系统 隧道通风系统的正常运行模式是根据地铁运营的时间，由系统预先设定的时间表来控制不同的运行模式。模式的启停时间主要依据地铁运营开始及停止的时间和日期，具体分为： 早间运行：早间运营前，根据系统的时间表功能，区间隧道通风系统进行半小时（可调整）的机械通风。此时车站隧道通风系统关闭，区间隧道设有中间风井时中间风井也关闭。通风完毕后进入正常运行。 正常运行：列车正常运行时，根据时间表设定，环境和设备监控子系统将控制车站隧道通风系统投入运行而区间隧道通风系统停止运行。此时利用列车
5、活塞作用，在一般区间隧道内通过车站两端的活塞风井进行通风换气，排除区间隧道的余热余湿；在设有中间风井的区间隧道内开启区间隧道中间风井，通过车站两端的活塞风井和区间隧道中间风井进行通风换气，排除区间隧道的余热余湿。根据气候条件分为以下运行方式：在气温较高的夏季，开启活塞风道，并启动列车顶、站台下排热风系统；在过渡季节，开启活塞风道自然通风，并启动列车顶、站台下排风系统，根据室外空气温度状况、列车的行车密度和隧道内温度状况综合确定风机的转速和频率；在冬季，早晚室外气温较低且列车运行对数较少时，可停止排热风系统的运行，其他时刻仍然采用与过渡季节相同的运行方式。 夜间运行：夜间收车后，根据系统的时间表
6、功能，区间隧道通风系统进行半小时（可调整）的机械通风，排除隧道中的废气和余热余湿，此时车站隧道通风系统关闭，区间隧道设有中间风井时中间风井也关闭。通风完毕后打开所有风道内风阀，利用自然通风的方式进行通风换气。 （二）车站大系统 将大系统按照不同的工况分为：小新风、全新风和通风季模式。当站外的空气焓值大于车站公共区的空气焓值时，属于盛夏季节，启动小新风模式；当送风焓值小于室外焓值并小于公共区焓值后，启用全新风模式；当送风焓值大于室外空气焓值时，启用通风季模式。 （三）车站小系统 车站小系统按照不同的工况也分为：小新风、全新风和通风模式。模式的切换原理同大系统。 （四）照明系统 依据地铁运行时间和
7、天气情况将照明系统的工况分为：全亮模式、自然照度高模式、自然照度低模式、节能降耗模式、结束模式等。在不同的时间段启用不同的模式。实现节能减排。 时间表还分为节假日、特殊日、周末时间表。定制好的时间表下装到设备和环境控制系统中，设备和环境控制系统依据定的时间自动执行。二、空调系统调节控制 车站空调冷水系统的构成及工作原理如下图所示： （一）冷水机组群控思路 冷水机组的冷量调节由冷水机组自身所携带的控制装置完成，系统依据冷负荷需要对冷水机组进行群控。冷水机组的控制目标为：根据空调负荷自动决定冷水机组的运行台数、某台冷机故障后其他机组自动替代使用、平衡多台冷水机组的负荷、每台冷水机组的使用时间较为平
8、均。控制系统根据系统冷冻水供水/回水温度、流量以及列车发车对数、列车停站时间以及客流信息计算的人员负荷及新风温度计算新风负荷等数据，自动准确计算出车站空调实际所需的冷量，从而自动调整冷水机组的运行工况。 系统负荷较低时，首先启动小冷量制冷机组满足需要，当小冷量机组不能满足要求的时候，自动切换为大冷量机组运行。冷机的加载控制条件为： 冷机的出水温度是否已超出冷机工作设定的出水温度控制目标值； 运行的冷机制冷量是否已接近 90%； 冷机出水水温的降低速度是否小于设定值； 一定的平稳运行时间是否已到。 冷机的卸载控制条件为： 冷机的出水温度是否接近冷机工作设定的出水温度控制的目标值； 运行的冷机的平
9、均负荷是否小于需求负荷； （二）空调水系统设备控制思路 空调水系统的控制主要包括冷冻水循环系统和冷却水循环系统的控制。 冷冻水循环系统控制： 冷冻水的供水与回水压差的变化，反映了空调末端对冷冻水的需求量发生改变。根据冷冻水供水与回水压差来控制冷冻水对末端设备的供给，从而控制了冷冻水进行热交换的数量。当某个房间的温度发生变化时，空调二通调节阀开度发生改变，使冷冻水供回水压差发生改变，通过对冷动泵进行变频调速，使冷冻水供回水压差保持不变，通过流量的变化改变由于房间温度变化所需的冷冻水供给量。 系统以供回总管之间的设计压差作为控制预设定值，以分水器、集水器之间压差测量值作为调节的过程变量，以变频调速
10、冷冻水泵作为控制系统的执行机构，对冷冻水供水进行调节控制，控制目标是使过程变量趋近于预设定值。 实现方法：首先设定一个压差参数，作为集水器和分水器间二通阀压差反馈值的参照对象，如果二通阀压差反馈值大于设定的压差参数，而此时系统冷冻水流量大于单台冷水机组允许的最小冷冻水流量，则保持关闭压差旁通阀不变，优先对频率进行调节，降低冷冻水泵的运行频率，保持分水器和集水器间压差的恒定，当系统冷冻水流量降到机组允许的最小流量或冷冻水泵的运行频率降到最低限制值（一般为 30%）时，如压差反馈值还大于设定值时，则保持冷冻水泵运行频率不变，开启压差旁通阀，增加旁通阀的开度值，保持分水器和集水器间压差的恒定。如果旁
11、通阀压差反馈值小于设定的压差参数，首先保持冷冻泵的运行频率不变，减小旁通阀的开度，当旁通阀开度达到关闭状态时，如压差反馈值还小于设定值时，此时将增加冷冻泵的运行频率，增加冷冻水的流量，直到旁通阀的压差反馈值等于设定值。由此实现节能的目的。 冷却水循环系统控制： 在冷却水循环系统中，冷水机组与冷却塔一一对应，即一台冷却塔与一台冷水机组对应，冷却塔风机采用固定台数运行的方式，冷却水循环系统采用冷却水出水和回水温差作为控制依据，对冷却水泵进行变频调节。 首先设定冷却水供回水温差设定值，并确定冷却泵变频器工作的最小工作频率，将其设定为下限频率并锁定。 当冷却水供水和回水温度差值大于设定值时，增加冷却水
12、泵的运行频率，加快冷却水的循环速度，使冷却水供水和回水温度差值保持设定值不变。当冷却水供水和回水温度差值小于设定值时，降低冷却水泵的运行频率，降低冷却水的循环速度，使冷却水供水和回水温度差值保持设定值不变。当冷却水泵的运行频率降到最低限制值时，如冷却水供水和回水温度差值还小于设定值时，冷却水泵将保持在最低限制频率运行。三、通风系统调节控制 通风系统分为冬季、夏季、过渡季、早间运行、夜间运行、阻塞运行、火灾事故运行、突发客流等多种运行方式。地铁运营根据不同的气候条件，按照不同的工况进行自动调节，降低设备运行能耗，节约资源。控制策略为： 当站外空气焓值大于车站空调大系统回风焓值时，属于盛夏季节。这
13、时由于回风焓值低于室外空气焓值，为了节约能量，充分利用室内回风，空调系统采用最小新风量降温除湿工况，用小新风加一次回风运行。采用此工况时，系统将联锁控制空调新风机和混风阀和全新风阀，使一部分回风排出车站外，另一部分回风按最小新风比与新风混合，再经表冷器冷却后送风。 当站外空气焓值小于或等于车站空调大系统回风焓值且高于空调送风焓值时，开始进入初夏或夏末。由于回风焓值总是高于室外空气焓值，为了节约能量，空调系统采用全新风降温除湿工况。采用此工况时，系统关闭回风阀，关闭新风机，打开全新风阀，全部采用室外新风，经空调机组表冷器处理后送至空调区域，排风阀全开，回/排风全部排出室外。当站外空气焓值小于空调
14、送风焓值时，采用通风工况。停止冷水机组运行，关闭空调新风机，打开全新风阀，外界空气不经冷却处理，由空调柜直接送至公共区，回/排风机回风阀关闭，排风阀全开，回/排风全部排出室外。 空调通风系统工况转换的关键是室内、外空气焓值的计算和比较判断。系统检测的是空气的干球温度和相对湿度信号。空气的焓值是由空气温湿度决定，而温湿度每时每刻都在变化，因此焓值也随之变化。但是由于车站公共区空间较大，因此空气状态变化缓慢，属于大滞后环节。为了防止一天内工况频繁转换，系统利用定时任务处理方式，分别计算0.51 小时（时间可设定）室内、外空气焓值的平均值，并做比较，判断工况之间的转换。 参考文献 1魏晓东.城市轨道交通自动化系统与技术M.北京:电子工业出版社,2004. 2曲立东。城市轨道交通环境与设备监控系统设计与应用：电子工业出版社，2008
