地铁电动防淹门系统设计

刘立鸿，陈军晶

（1.北京市轨道交通建设管理有限公司，北京 100086；2.中国建筑标准设计研究院有限公司，北京 100048）

1 引言

在地铁隧道穿越河流、湖泊水域时，应有效地减少河水涌入隧道造成的灾害损失。地铁防淹门控制系统（FYM）作为地铁防灾救灾设备，平时状态下极少使用，但在紧急状态下又必须立即启动，所以地铁防淹门控制系统需具有极高的可靠性及安全性。地铁电动防淹门应满足平时防淹、战时防空的需求，实现防空防灾一体化，使地铁工程的社会效益、经济效益和战略效益得以充分发挥。

2 地铁电动防淹门应用现状

国内现有的地铁隧道防淹门（以下简称“防淹门”）主要包括降落式、平开立转式2 种结构。根据垂直降落式防淹门的结构特点，需在地铁车站设置一个大于门洞尺寸的设备机房（防淹门控制室），以便存放防淹门的门扇及启闭装置。而平开立转式防淹门，只需将门扇设置在平行于行车方向轨行区两侧的小设备机房（防淹门控制室）。受制于特殊的施工条件，个别线路会采用上下布置的区间隧道，这时由于底层隧道上方没有空间设置设备机房，所以无法安装降落式防淹门。

3 电动防淹门系统构成

3.1 机械部分

3.1.1 降落式防淹门机械组成

降落式防淹门机械系统由门扇、门框、闭锁（挤压梁）、机械锁定装置（支撑臂）、启闭机、电动闸阀、控制系统等几部分组成。

3.1.2 平开立转式防淹门机械组成

平开立转式防淹门机械系统由门扇、门框、旋转平移铰页装置、启闭装置、闭锁装置、止水装置、轨道密封装置和自动辅助锁闭装置等组成。

3.2 电控部分

降落式及平开立转式防淹门控制原理基本相同。

防淹门设置1 套独立的、以PLC 为核心的控制设备。控制系统包括所有完成操作程序所需要的控制设备、断路器、接触器、转换开关、按钮、继电器、指示灯、限位开关、接近开关传感器、报警蜂鸣器、直流24V 电源等。

防淹门电气控制系统的核心设备为可编程控制器（PLC），平均无故障时间长，可靠性高，设备带点能力强；PLC 设备模块化，方便维护和更换，可扩展多个I/O 模块，方便日后扩展。

防淹门电气控制系统中，主要的被控制设备如启闭机、卷扬机等，均逻辑控制互锁，当其中1 台电机动作时，其他相关电机不能同时发生动作。同时，电机本身硬接线互锁，即启闭机上升与启闭机下降互锁；机械锁定装置解锁和机械锁定装置闭锁互锁；闭锁挤压装置解锁和闭锁挤压装置闭锁互锁。

3.2.1 基本功能

（1）采用PLC 控制；（2）设远方（车控室）控制和就地控制；就地控制应优先于远方控制；（3）在车控室控制单元可实现各防淹门单独手动全开、全关和停止；（4）在就地控制单元可实现各防淹门单独手动全开、全关和停止；（5）可显示隧道水位等；（6）设置操作控制权限；（7）实现锁定/拔出；（8）关门请求/复归；（9）有关专业其他要求。

3.2.2 系统构成

每道防淹门设一面电控柜，电控柜布置在车站防淹门控制室内。防淹门电控柜是以PLC 成套装置为核心，依靠位置开关、液位传感器等末端检测单元，对本车站左、右线隧道防淹门及其附属设备进行监控，对液位传感器送来的水位信号进行比较和确认。并将上述所有信息通过BAS 系统上传给综合监控系统，综合监控系统再上传至中央控制中心。

防淹门控制系统通过区间或者车站水泵房的液位传感器采集水位信息，当水位达到危险水位后，防淹门控制系统发出水位报警信号，车站工作人员确认报警信息准确后，向信号系统发出请求关门信号，当接收到允许关门信号后，可由工作人员就地控制柜操作关门，也可在车控室IBP 盘上直接远程操作关门，当防淹门关门动作开始后，首先防淹门电动锁定装置启动，拉开防淹门锁定设备，当锁定设备完全开启后，启闭卷扬机开始动作，匀速下放防淹门至底门槛后，卷扬机自动停止，防淹门关门动作全部完成。

当车站工作人员确认水位消退后，可就地控制或者远程IBP 盘控制防淹门控制系统开启防淹门，当防淹门开门动作开始后，防淹门控制系统首先控制启闭卷扬机动作，启闭卷扬机匀速提升防淹门至锁定高度以上后，启闭卷扬机停止动作；然后电动锁定装置开始启动，匀速推动锁定梁至锁定位置，当完全到达锁定位置后，电动锁定装置停止动作，防淹门开门动作完成，并将信号上传至车控系统。

3.2.3 电气控制原理

防淹门电气控制系统（FYM）采用可编程控制器作为主控制设备，采用液位变送器作为水位信号采集装置采集水位数字信号，传输给防淹门电气控制系统（FYM）。

当地铁轨行区开始积水时，防淹门水位监测系统就地和车站综合监控室内同时发出预报警信号，防淹门电气控制系统（FYM）电铃响起；当地铁轨行区水位信号达到能威胁车辆行驶安全时，防淹门水位监测系统发出危险报警信号同时就地和车站综合监控室内警笛报警；经地铁运营相关部门同意后，由地铁操作人员操作“请求关门”按钮向信号系统（NT）发出请求关门信号，信号系统（NT）确认地铁轨行区间相关位置没有列车行驶、危险区域也没有相关人员后，即可“允许关门”信号。防淹门电气控制系统（FYM）收到信号系统（NT）允许关门信号后，由人工操作关闭防淹门。

正常状态下，地铁防淹门由电动锁定装置锁定于锁定装置上，收到信号系统（NT）发出的允许关门信号后，人工发出关门指令，电动锁定装置启动，拉开锁定装置，启闭机/卷扬机再关闭防淹门至关到位状态。当水位退去，确认地铁轨行区安全后，可开启防淹门；首先启闭机/卷扬机开启防淹门至锁定位置以上50 mm，电动锁定装置启动，推动锁定梁复位，最后开启防淹门至开到位状态。

3.2.4 控制方式

1）每道防淹门设一个就地控制柜，就地控制地铁防淹门的关闭和开启；同时通过车站综合监控室内IBP 盘防淹门控制按钮，可对防淹门进行远方控制，实现对防淹门就地控制和远方控制。

2）每一道防淹门的控制方式均设车控室控制和就地控制2 种选择方式。检修手动控制只用于调试、检修情况，不用于正常的防淹门运行控制。

3）每一个就地单元配置有一个控制方式选择开关，用于就地手动、就地检修、远方控制的选择。选择开关设有就地手动、就地检修、远方控制3 个位置，实现控制方式的选择和就地操作闭锁。

4）运行控制方式

为保障行车安全，运行控制方式总的要求是：区间水位报警为自动报警方式，门体控制为人工操作控制模式。

根据需要，在通过信号系统确认后，通过车控室IBP 或就地控制柜下发开/ 关防淹门等相关控制命令至就地单元PLC，实现防淹门的开/关控制。

3.2.5 防淹门控制系统结构及详细功能

防淹门控制系统以防淹门控制的有关要求和国家及行业的相关技术标准为设计依据，防淹门控制采用分层分布式系统结构，分为车控监控层和就地监控层，能够在远方（车控室）和就地通过人工操作实现防淹门的控制、运行监视和水位检测等功能。硬件、软件足设计要求，控制系统能准确可靠、灵活有效地完成对防淹门的控制和监视。

1）远方监控

远方监控主要包括车控室IBP 盘防淹门控制器等。IBP 盘防淹门控制器设置在车站综合监控室内，主要设备和元器件包含IBP 盘上的控制按钮、信号指示灯、报警电笛、报警电铃等设备。车控室ISCS 及OCC 监视主要通过与就地PLC 与综合监控系统进行网络通信，实现实时和远程监视功能。远方监控功能及系统在ISCS 中集成由ISCS 实现。

2）就地监控

就地监控由各防淹门就地控制设备和网络设备组成。设就地控制单元，每套内置1 套PLC 单元模块，分别组成相对独立的系统进行数据采集和控制，并与各车站监控层单元连接，采用通信和I/O 方式与综合监控系统、车站信号系统连接。

每套就地控制柜主要由可编程序控制器、信号检测元件、控制电源、报警器等组成，通过就地控制箱进行防淹门就地操作控制，主要完成数据采集、处理和通信功能。

3）控制权

（1）控制权设远方及就地2 级，可在就地进行切换；（2）远方监控由车控室IBP 实现，就地监控由人防防淹门控制柜实现；（3）在进行控制权切换时，运行无扰动和误动。

4）主要功能

一是远方（车控室）监控。主要完成对地铁防淹门的远控和轨行区水位信号的监测，并接收地铁信号系统（NT）的信号，根据地铁运行的实际需求，在地铁车站控制室内IBP 盘防淹门控制按钮将关闭/开启命令下发至防淹门电气控制柜，实现防淹门的关闭/开启。

二是就地单元控制。防淹门电气控制柜主要由可编程序控制器、水位检测、电机控制器、人机界面组成。相关功能如下：（1）防淹门相关数据的采集和处理；（2）运行监视和故障报警；（3）防淹门启闭控制；（4）权限切换；（5）通信。

三是全运行监测。为了确保防淹门的正常运行，除对防淹门的安全可靠的控制外，还应对一些设备的状态进行监测：（1）防淹门位置开关状态监测；（2）防淹门超行程位置状态报警和保护；（3）地铁轨行区水位状态监测。

四是电气联锁和保护。系统控制回路应具有短路等保护功能。

4 电动防淹门与其他专业接口设计

4.1 与动力照明专业接口

防淹门控制室需设置应急照明，照度按100%正常照度考虑。防淹门靠近车站侧应设置应急照明，照度按100%正常照度考虑。防淹门控制室由动力照明专业提供专用接地铜排，供防淹门控制柜接地使用。接地铜排应与车站综合接地网可靠连接，最终保证防淹门控制柜接地电阻不大于1Ω。

4.2 与通信专业接口

通信专业应在防淹门靠近车站侧设置视频监控装置，保证车站控制室可通过视频画面远程监视防淹门状态。

4.3 与信号专业接口

地铁防淹门控制系统（FYM）向地铁信号系统（NT）提供防淹门开到位状态和系统请求关门信号，2 种信号状态均需无源干节点；信号系统给防淹门系统提供同意关门信号（无源干节点，常开点）。当需要关门时，由防淹门向信号系统发出请求关门信号，如行车安全可以关门，则有信号系统返回防淹门系统同意关门信号，可操作防淹门关闭。所有与信号之间的物理接点均采用“双断”电路，且相关继电器型号符合信号专业要求。

4.4 与BAS 专业接口

防淹门系统（FYM）与BAS 系统的接口分界在防淹门电控柜的PLC 通讯模块处，通信接口采用RS485 接口，冗余配置，通信协议采用MODBUS RTU 协议，通信电缆为屏蔽双绞线。FG 向BAS 传输门的开、关状态、水位信息、水位上涨速度报警信息及主要设备的状态信息等。

4.5 与综合监控（ISCS）专业接口

地铁防淹门控制系统(FYM)与综合监控（ISCS）系统IBP盘的接口类型采用硬线连接方式。FYM 系统向IBP 盘提供防淹门状态、水位报警等信息。并且IBP 盘可远程控制关门、开门和停止。ISCS 系统应将防淹门系统信息上传至OCC，实现中央、车站、就地3 级监视，车站、就地2 级控制。

5 结语

综上所述，地铁防淹门电气控制系统属于防水淹设备，平时为水位监测设施，防淹门关闭使用概率低。但是在地铁实际运行过程中，防淹门直接影响轨行区地铁行车安全，因此，防淹门电气控制系统设计时要着重考虑本系统的安全性、可靠性，设置必要的安全保护装置。而且在地铁实际运营中，需要地铁工作人员周期性地操作防淹门系统，从而保证防淹门设备处于正常工作状态。