地铁车站照明系统自动控制方式的优化

2022-02-10杨海鹏

智能建筑与智慧城市 2022年1期

杨海鹏

（北京市地铁运营有限公司运营三分公司）

1 地铁照明系统控制方式

北京地铁车站照明采用手动、自动两种控制方式。在手动控制时，将控制方式的转换开关设置在手动位置，车站操作人员到站台、站厅各处的配电间照明控制箱处，原地手动控制车站各处的照明开启、关闭；在自动控制时，将控制方式的转换开关设置在自动位置，车站人员通过设置于综控室内的BAS图形工作站远程遥控实现车站照明的开关功能。

2 地铁车站照明系统自动控制存在问题分析

地铁13号线首次在地铁中使用BAS对机电设备进行监控。由于车站设有BAS，车站人员按自动控制方式配备，通过BAS设备在综控室对车站照明进行控制。BAS采用分布式PLC对车站照明及泵类设备进行信号采集并输出控制信号。通过现场总线，PLC主通信模块与分布在各配电间PLC的从站输入、输出模块进行通信，PLC的CPU模块与BAS的通信控制器进行通信，通过站内局域网将现场信息传到服务器数据库。在车站综控室内，值班员通过与服务器通信的图形监控工作站对设备进行监控[1]。但在应用中BAS控制照明方式存在安全隐患。

①照明系统二次回路中的遥控回路采用单点控制，按此设计照明工作时需PLC输出常保持信号，当遥控状态下照明系统工作、PLC输出信号不能保持时，会造成所控照明回路失控，照明熄灭（见图1）。

图1 原设计的照明控制原理图

②PLC、现场总线未采用冗余设置。PLC故障、现场总线故障，致使车站照明全部（或局部）熄灭。

③车站照明系统的原地控制位置分散，未设计照明集中应急控制功能，一旦自动控制出现故障，要到各处控制箱手动恢复照明需要较长时间。

3 地铁车站照明系统自动控制问题的解决方案论述、比选

根据隐患成因，对车站照明控制方式进行优化。

1）用双点控制代替单点控制，提高可靠性

修改环控系统PLC程序，将照明控制触点改为双点控制，增加控关点KA2，这样BAS控制照明由两个点完成。遥控回路增加BAS控开自保持点，提高照明回路控制的可靠性。此方案需要修改BAS数据库，增加控关点，系统I/O模块也相应增加控关点，照明控制箱内需增加继电器实现功能（见图2）。

图2 照明双点控制原理图

此方案可通过增加BAS控制输出点达到提高照明系统可靠性的目的。但由于13号线BAS原设计时没有留够预留点，增加设备成本较高，同时需要修改数据库，在数据库中增设一个输出点，实现与现场PLC的双点控制相对应[2]，并且还要将新修改的数据库重新下装到车站的系统服务器中，这样就需要对整个系统内的所有点进行调试，以确保系统的可靠性。这种方案的工作量较大，对整个系统的影响也很大，还会给运营带来较大风险。

2）增设定时器，用定时器的控制点替代PLC的常保持控制点，提高系统的可靠性

由于要增设冗余PLC、现场总线工程复杂，对整个BAS系统影响大、工期长。因此考虑相对简单的改造方案，在现场控制回路采取措施提高其可靠性。通过增设定时器，用定时器的常保持控制点并联PLC的常保持控制点，提高系统的可靠性，定时控制车站照明。定时器结构简单、性能可靠，现场安装简便易行，对系统影响小。但由于季节不同，地面车站的开关灯时间需要调整，也就是要定期调整定时器的时间设置，造成后期维护工作量较大。而且如遇到延长运营时间、阴天等天气突变需要临时调整开关灯时间的情况时，还需BAS遥控开关灯，这时，定时器未投入工作控制点未闭合，无法提高系统的可靠性，因此前文所述的几类隐患仍存在，未能彻底解决。

3）常开点改常闭点的反逻辑控制方案

现有二次控制回路是通过PLC输出控制中间继电器的常开点闭合来控制照明回路投入工作，并需要PLC保持输出的控制信号来使常开点保持闭合状态。故障时，由于PLC输出信号不能保持，造成已吸合的常开点断开，导致照明系统接触器释放。笔者设想能否通过使用中间继电器的常闭点代替PLC输出信号控制的常开点吸合控制照明回路工作。这样照明控制回路在工作状态下稳定，不需要PLC输出常保持的控制信号来保持照明回路在开启的工作状态。但这样存在的问题是如何关闭照明。按照上面的反逻辑思路，设想在关闭照明时，可通过PLC输出信号控制继电器的常闭点断开来控制二次回路的接触器释放，使照明系统停止工作。这样就可以提高系统的稳定性，并且不影响照明系统的现有功能[3]。

根据上述设想对系统的二次回路进行了改造试验。在采用这种控制方式接线时，我们发现照明系统工作期间PLC模块不能按上位机指令输出控制信号，无法遥控停止车站照明。在对BAS系统的PLC控制程序进行分析后发现，在原有程序中PLC采集到照明系统返信继电器KA1常开点断开的情况下，PLC判断照明系统未投入工作，PLC才能输出24V的控制命令；而改变现有二次回路的接线后，PLC需要在照明返信点常开点闭合时，发出控制命令，这不符合原有的控制逻辑，造成无法关闭照明，为此需对照明的返信设置进行更改。考虑用KA1的常闭点作为照明的PLC返信点，在上位机BAS软件的返信配置上做修改(见图2）。当照明工作状态返信点断开时，上位机配置为照明工作状态；当照明工作状态返信点闭合时，上位机配置为照明停止状态。经过这样的设置，即符合原有PLC的控制逻辑，而且在按反逻辑更改接线后也能正常用系统开启、停止照明。

从控制原理上分析，经过这样的完善改造，即使PLC或现场总线系统出现本文开始时提到的故障，也不会对工作中的照明系统产生任何影响；而在照明系统不工作时所发生的故障也只会造成车站照明系统的开启。从改造施工方面分析，只需将原控制回路中接KA常开点更改为接常闭点；将BAS返信回路接KA1继电器常开点改为接常闭点，同时在BAS界面修改相应软件设置，在BAS监控图形上正确返信（见图3）。

图3 反逻辑控制原理图

为验证以上分析，我们按照反逻辑方案修改照明控制箱继电器接线及BAS设置后，进行如下试验：

①将照明控制箱原地转换开关打至“手动”位，按动“运行/停止”开关，电控箱面板显示正常，手动控制功能正常；

②将照明控制箱转换开关打至“自动”位，通过综控室BAS进行远程遥控关灯、开灯操作；

③现场观察照明关闭、开启，控制箱面板显示、综控室BAS图形工作站返信显示与实际情况相符；

④模拟故障，将BAS系统PLC电源断电，PLC停止工作，照明回路工作正常无任何影响，观察照明控制箱面板指示灯指示正常，只是综控室环控主机因PLC故障不能监控实际设备状态；

⑤恢复PLC到正常状态，在综控室BAS主机上发远程关灯命令，观察照明控制箱面板显示、综控室BAS主机返信显示正常，车站照明关闭。

通过试验确定此方案不仅可以提高照明系统稳定性，而且施工改动量较小，对系统影响也很低，所以最终决定采用此方案进行优化完善。

4 地铁车站照明系统自动控制应用效果

现13号线车站照明系统全部采用这种反逻辑的控制方式，经过近年来的使用，系统正常，未出现任何问题。在2008年9月残奥会期间，13号线立水桥站BAS设备遭到雷电影响导致全部通信模块损坏，现场总线瘫痪，车站照明系统因已完善了控制方式，系统工作正常，未受到影响，避免了一次严重事故的发生。总结实际使用情况，利用反逻辑来控制设备是可行的，这是一个简单、可靠的控制方式。