达实智能成功应用罗克韦尔自动化产品,助力深圳地铁更安全、更节能

 深圳达实智能股份有限公司   吕枫   林木青   刘小娟   李业光 一、项目简介     2011年6月22日,深圳地铁五号线(环中线)全线开通试运营。该项目是全国最大的BT项目。整条线路贯穿深圳市14条轨道交通或铁路,线路全长约40km,共设车站27座,其中高架站2座,地下站25座。路经深圳市南山、宝安、龙岗、罗湖四个行政区。     深圳达实智能股份有限公司于2009年开始为深圳地铁五号线提供综合监控及MCC系统服务。服务的范围包括车站机电设备监控和节能、车辆段机电设备监控和节能、电力监控系统、火灾报警系统、综合监控系统、智能环控柜系统等。综合监控系统深度集成了火灾自动报警系统(FAS)、环境与设备监控系统(BAS)及电力监控系统(SCADA),FAS/BAS/SCADA以子系统的形式纳入综合监控系统,同时与综合安防系统(ISDS)、乘客资讯系统(PIS)、自动售检票系统(AFC)、通信系统综合网管子系统、广播系统(PA)、屏蔽门系统(PSD)、大屏幕系统、信号系统(SIG)、不间断电源(UPS)、时钟系统(CLK)等系统互联。     罗克韦尔自动化产品主要应用于深圳地铁五号线项目的环境与设备监控系统(BAS)及智能环控柜(MCC)。 二、BAS系统中的应用 1、系统介绍     深圳地铁五号线(环中线)全线BAS作为综合监控系统中一个重要的子系统,主要通过智能配电系统(即MCC)或直接监控的方式,对隧道通风系统、车站通风空调系统、车站冷冻水系统、给排水系统、自动扶梯、电梯、照明系统、人防门/防淹门等机电系统设备按设置功能、系统运行工况和地铁环境标准等要求进行监测、控制和科学管理,并能配合综合监控系统下的FAS子系统、PSCADA 子系统等为地铁线路创造舒适、安全可靠的乘车环境。     低压配电系统在环控电控室设置了智能配电系统(MCC),负责对环控通风、空调系统各种风机(含联锁风阀)、变频器、马达保护器等被监控设备的运行状态、手/自动控制、故障告警等运营维护统计信息的集中采集,同时接受BAS系统的控制命令实现对被控设备的开关控制。除冷水机组自带机载控制箱以及部分设备变频控制柜外,其它所有环控设备配置现场手操箱,MCC系统可完成对环控设备的单控、组控、序列控制、逻辑控制,当综合监控系统尚未调通时,可以通过MCC系统完成单控、组控、序列控制、逻辑控制。     达实公司根据地下车站的BAS的功能需求,以在地下车站两端各设置一套冗余的罗克韦尔自动化的高端产品ControlLogix PLC,IBP作为远程I/O站点的构架组成车站BAS。IBP盘选用的I/O和远程I/O均为罗克韦尔自动化公司的高端Flex I/O系列输入输出模块,同时在车站控制室内设置BAS维护工作站对BAS系统进行日常监控与维护。     为保证马达控制中心MCC系统与综合监控系统BAS子系统的兼容性,达实公司在MCC系统中亦采用了罗克韦尔自动化公司的电机保护控制模块、网关PLC ControlLogix系统、PLC系统Micrologix1500、150-F系列SMC Flex软启动器、变频器、人机界面等产品,确保了整个系统的可靠性、完整性和兼容性。 2、系统特点     车站BAS系统采用罗克韦尔自动化的Logix平台产品,网络选用的是ControlNet总线技术。Logix控制平台是罗克韦尔自动化公司设计理念最先进、功能最强大的控制平台,它吸收了许多最新的技术和概念,代表了未来控制系统的发展方向。通信采用的Ethernet/IP、ControlNet协议是完全开放的协议,完全满足IEC61158国际标准,是国际公认的网络标准协议。ControlNet所采用的RG6同轴电缆具有较强的抗电磁干扰能力,可以确保不受轨道交通强电磁干扰环境的影响。在距离较远的区域,或者在区间,达实公司选用光纤作为通信介质的方案,可以彻底摆脱电磁干扰。设备完全可在地铁电磁环境内正常工作,满足国家相关的标准和规范要求。     BAS系统与其他子系统的集成采用的通信转接模块主要选用国际知名的瑞典HMS公司ANYBUS模块,它能很好的支持罗克韦尔自动化公司的总线传输,对标准协议以及非标协议接口和设备都能实现很好的实现无缝连接。     BAS系统的硬件、软件采用工业级产品,PLC采用冗余配置,网络采用光纤以太网和冗余ControlNet总线等措施充分保证了系统的可靠性。所有冗余PLC均采用ControlLogix搭配Flex I/O模块(各种I/O模块类型保持统一),所有IBP均配置Flex I/O模块,发挥了极大的统一性、良好的可维护性、通用性,系统结构也支持灵活的扩展。     系统的硬件、软件具备故障诊断、在线修改、离线编辑功能。ControlLogix处理器具有很强的可执行性和兼容性,对于系统有着非常强大的诊断、处理和恢复功能。并且可以细致到I/O和现场仪表级的诊断,可以监视到每一个模块的运行状态,Logix平台是真正的全透明结构。     通过罗克韦尔自动化独有的Produce/Consumer方式,使用ControlNet冗余现场控制总线。由于系统在PLC主机、现场总线等方面全部采用冗余配置,在这些部分任何地方出现单点故障,系统仍然可以完全正常运转而不会影响系统的任何数据采集和控制输出,但是系统会报警提示对有故障的部分进行维修。     所有车站级BAS系统发出的模式控制要求,能依靠程序的连锁保护,具备冲突检测功能,不会将此控制要求与其他操作产生冲突。控制信号能在小于1秒内反馈到发出控制要求的设备上,同时控制模式能在1秒内启动。对于没有进行冗余配备的部分(如IO板卡),单点设备故障仅对与该设备有关的数据采集或控制输出产生影响,系统中其他部分仍保持正常运行,同时系统也会报警提示进行维修。     BAS系统对输出控制回路采用单独的中间继电器进行信号隔离和功率放大,其中所有输入均具有独立光电隔离功能,具有防尘、防腐蚀、防潮、防霉、防震、抗电磁干扰和静电干扰的能力,保证在地铁环境中安全、可靠地运行。 三、MCC中的应用 1、系统介绍     深圳地铁五号线车站环控系统,即通风空调及防排烟系统,主要具备两个方面的功能:一是日常运营给乘客和设备提供舒适及适宜的环境;二是事故及灾害情况下进行通风、排烟、排毒、排热,起到生命保障及辅助灭火的作用。系统构成由隧道通风系统(包括区间隧道和车站隧道)、车站公共区通风空调和防排烟系统(简称车站大系统)、车站管理及设备用房通风空调和防排烟(简称车站小系统)及制冷(水系统)系统组成。环控设备主要包括冷水机组、冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔、空调风柜、TVF风机、U/O风机、射流风机、车站各类送/排风机、风阀、防火阀等。     电机控制中心(Motor Control Center,MCC)统一管理配电和仪器设备,将各种电机控制单元、馈电线接头单元、配电变压器、照明配电盘、联锁继电器以及计量设备装入一个整体安装的机壳内并且由一个公共的封闭母线供电。在自动化系统控制链中,MCC起着重要的承接作用,向下可为各种用电设备提供动力和控制,向上可与自动化系统信息互通。     深圳地铁五号线的MCC方案是一种基于罗克韦尔自动化先进产品DeviceNet 网络的智能控制系统,通过一根电缆将控制环控设备的MCC开关柜(ABB MNS3.0开关柜)与自动化系统连接构成智能的网络控制系统。此智能型MCC系统成功避免了通过点对点的硬接线方式容易造成接线复杂、故障点多、可靠性低的缺点,将硬件、软件和网络有机结合,容易而又安全的实现了与自动化系统的信息交互传递。图1给出了长龙站的智能MCC系统的结构图。     在每个MCC柜内,对环控设备的控制都通过挂在三条DeviceNet总线上的智能小PLC或者智能马达保护设备来实现。 (1)对于风阀,风阀的输入状态都接到MicroLogix 1500系列小PLC的输入模块上,同时小PLC的输出模块产生控制输出至风阀。此小PLC通过1761-NET-DNI网关接入DeviceNet总线。(2)对于小系统马达,采用E3 Plus接收马达的输入状态量,并产生控制输出至马达控制马达启停。E3 Plus本身带有现场总线接口,可以直接接入现场总线。 (3)对于功率大于75KW的隧道风机,采用SMC Flex系列的软启动器来控制马达启停. 软启动器通过20-COMM-D直接接入DeviceNet总线。 (4)对于空调风柜、回排风机、冷却冷冻水泵等等,采用PowerFlex70/700系列的变频器来控制马达启停与调速。变频器通过20-COMM-D直接接入DeviceNet总线。 (5)在每个车站两端环控室各配置一台带触摸功能的工控机(嵌入控制柜),可以通过HMI监控整个MCC系统的系统活动。 (6)与BAS系统通信通过在每个车站两端环控室各配置一台带触摸功能的工控机(嵌入控制柜),可以通过HMI监控整个MCC系统的系统活动。 2、系统特点 (1) MCC 系统本身配置一套独立的控制器,可完成对设备的单控、组控、序列控制、逻辑控制,当BAS尚未调通或BAS故障时,可以通过工控机完成防排烟控制、紧急通风模式控制、单控、组控、序列控制、逻辑控制等功能,系统可靠性得到提高。 (2) MCC 系统采用DeviceNet现场总线技术,减少了控制电缆和投资成本,并由三条现场总线分别连接不同设备,这样的架构降低了由于总线故障造成的风险。 (3) 罗克韦尔自动化先进智能控制元件的应用,使得MCC系统具有先进的控制功能。E3 Plus高度集成了CPU、I/O模块、中间继电器、电机保护模块的功能。SMC Flex系列软启动器具有7种启动方式,软起动器既能保证隧道风机在14s内从启动达到额定转速,而且从正转到反转、从反转到正转的切换时间均小于60秒,满足了地铁车站消防的特殊要求。PowerFlex70/700系列变频器支持矢量控制方式,不但具有自动适配电机、自动调节载波频率、自动调节压频比、自动调节加减速时间等功能,更有节能和降噪的明显效果。 (4) MCC系统具备完善的设备级诊断功能,智能元件能够监控每台电动机的实时运行状态,并且有预报警机制。如果电机脱扣,智能MCC可指示脱扣的原因:缺相、失速、过载或接地故障。DeviceNet网络又能够很方便与ControlNet和EtherNet/IP网络实现无缝连接,将故障信息准确速递至BAS系统,系统具备很高的扩展性。 (5) MCC系统维护非常简单高效。基于DeviceNet现场总线的罗克韦尔自动化的马达保护器、软启动器、变频器支持设备自动更换(Auto Device Replacement ,ADR)功能,设备更换可以即插即用,维护成本大大降低。 四、结束语     罗克韦尔自动化系列产品的有效结合和应用,不仅保障了整套系统及项目的稳定可靠运行,更提高了项目的自动化水平,使深圳地铁五号线综合监控BAS及MCC项目达到了国内高水平标准,确保了深圳地铁五号线的顺利开通及安全运营

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