1、引言

　　北京地鐵五號線南起豐臺宋家莊，經(jīng)天壇，崇文門，東單，北至昌平太平莊北站。線路全長約27公里，其中地下線約17公里。全線共設(shè)有22個車站，其中16座地下站，6座地上站，一個車輛段、一個停車場、一個指揮中心，預(yù)計2006年底建成通車。

　　2、地鐵工程空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)工藝要求概述

　　地鐵工程中地下車站及區(qū)間除車站出入口、風(fēng)亭及地下線路兩端隧道洞口外，基本與大氣隔絕。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的任務(wù)是對地下車站，區(qū)間隧道內(nèi)溫度、濕度、風(fēng)速、事故工況排煙等進行全面控制。車站兩端各設(shè)置新風(fēng)井及排風(fēng)井各一座，風(fēng)井面積因通風(fēng)量而異。

　　北京地鐵五號線工程空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)制式采用閉式系統(tǒng)，開、閉式運行?？照{(diào)通風(fēng)系統(tǒng)由以下四部分組成:車站公共區(qū)空調(diào)通風(fēng)/區(qū)間通風(fēng)系統(tǒng)(大系統(tǒng))、設(shè)備管理用房空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)(小系統(tǒng)),空調(diào)水系統(tǒng)(水系統(tǒng))、其他區(qū)間通風(fēng)系統(tǒng)(中間風(fēng)井，洞口空氣幕，即射流風(fēng)機)。

　　隧道通風(fēng)系統(tǒng)中車站的公共區(qū)夏季采用空調(diào)，其余季節(jié)通風(fēng)換氣。車站公共區(qū)空調(diào)通風(fēng)機與至車站的區(qū)間隧道風(fēng)機合而為一，及車站空調(diào)通風(fēng)兼容區(qū)間隧道風(fēng)機功能。采用變頻控制，工況不同時，風(fēng)量不同，達(dá)到節(jié)能運行。

　　地鐵運營正常工況時，通風(fēng)空調(diào)設(shè)備排除余熱和余濕，為乘客在地鐵車站創(chuàng)造一個往返于地面至列車內(nèi)的過渡性舒適環(huán)境。隧道通風(fēng)機通過送，回風(fēng)管對車站公共區(qū)空調(diào)通風(fēng)。當(dāng)區(qū)間夜間通風(fēng)和區(qū)間隧道阻塞工況時，通過組合風(fēng)閥轉(zhuǎn)換開關(guān)控制實現(xiàn)對區(qū)間的通風(fēng)換氣。風(fēng)機根據(jù)運行模式的要求進行正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)運行，已達(dá)到向車站和區(qū)間隧道送風(fēng)和排風(fēng)的目的。同時該風(fēng)機兼送車站機區(qū)間火災(zāi)事故風(fēng)，通風(fēng)空調(diào)設(shè)備向乘客和消防人員提供必要的新風(fēng)量，形成一定迎面風(fēng)速，誘導(dǎo)乘客安全撤離，并具有排煙功能。

　　3、地鐵隧道風(fēng)機對變頻控制的要求

　　基于以上地鐵工程隧道通風(fēng)系統(tǒng)工藝要求，對于采用變頻器控制隧道風(fēng)機，有以下綜合功能要求。

　　3.1控制方式要求

　　由于風(fēng)機需要由中央控制、車站控制、就地控制三級組成，所以變頻器的受控要考慮三地的命令，以及不同的運轉(zhuǎn)方式。

　　其中中央控制室對全線風(fēng)機變頻通風(fēng)設(shè)備進行監(jiān)控。在正常工況下，中控室顯示風(fēng)機的工作狀態(tài)，在事故工況下，風(fēng)機及其相應(yīng)的風(fēng)閥接受中央控制室的信號，通過變頻進行正轉(zhuǎn)/逆轉(zhuǎn)運行，以保證列車正常運行及乘客疏散;火災(zāi)工況下，由中央控制室統(tǒng)一調(diào)度。

　　車站控制室確保在正常工況下，對車站及其所控區(qū)間風(fēng)機作變頻控制及顯示，在事故工況下，風(fēng)機及相應(yīng)的變頻器能接受車站控制、中央控制室控制;火災(zāi)工況下，由中央控制室統(tǒng)一調(diào)度。

　　就地控制是在風(fēng)機變頻控制柜處進行操作，供機組安裝、調(diào)試、檢修時在現(xiàn)場使用。

　　根據(jù)控制方式的不同要求，變頻控制系統(tǒng)要求設(shè)有就地(手動)/遠(yuǎn)程(自動)控制轉(zhuǎn)換開關(guān)，工頻/變頻運行控制轉(zhuǎn)換開關(guān)。就地控制時其他操作屏蔽。遠(yuǎn)程自動控制通過bas(環(huán)控系統(tǒng))，實現(xiàn)遠(yuǎn)程啟停風(fēng)機，同時可以反饋風(fēng)機啟、停、正、逆轉(zhuǎn)運行狀態(tài)、故障信號、變頻運行控制轉(zhuǎn)換開關(guān)位置信號，反饋自動控制/就地轉(zhuǎn)換開關(guān)位置信號等。而在火災(zāi)發(fā)生時，遠(yuǎn)程控制要通過fas(火災(zāi)控制系統(tǒng))系統(tǒng)實現(xiàn)，可反饋風(fēng)機運行狀態(tài)和故障信號、運行控制轉(zhuǎn)換位置信號，可遠(yuǎn)程啟停風(fēng)機，同時還能屏蔽bas系統(tǒng)運行操作。

　　3.2變頻器的性能及要求

　　北京地鐵五號線工程項目車站可逆轉(zhuǎn)耐高溫軸流風(fēng)機，區(qū)間風(fēng)井隧道可逆轉(zhuǎn)軸流風(fēng)機共計采用施耐德atv38hc13nx變頻器56臺，atv38hc15nx變頻器8臺，ats48c21q軟啟動器2臺。其中atv38hc13nx變頻器對應(yīng)軸流風(fēng)機電機功率為90kw，atv38hc15nx變頻器對應(yīng)軸流風(fēng)機電機功率為110kw，為可靠運行考慮計，要求變頻器按風(fēng)機的負(fù)載功率均加大一檔選擇。

　　atv38變頻器是施耐德電氣公司針對風(fēng)機水泵等變轉(zhuǎn)矩負(fù)載而開發(fā)的一款用于三相異步電動機的變頻器，功率范圍從0.75kw到315kw,電壓范圍:380v~10%至460v+10%,廣泛用于工業(yè)與民用建筑供熱，通風(fēng)，供水，空調(diào)等各類應(yīng)用場合。其主要特點如下:

　　(1)產(chǎn)品適用性強

　　針對風(fēng)機應(yīng)用，atv38變頻器可以通過磁通優(yōu)化，調(diào)節(jié)優(yōu)化電動機效率，提高節(jié)能效果，根據(jù)速度調(diào)整電流限制，使用速度檢測自動捕捉旋轉(zhuǎn)負(fù)載，內(nèi)置pid調(diào)節(jié)，自動降低電機噪音等。

　　(2)集成性好

　　atv38系列變頻器具有4個邏輯輸入，2個繼電器輸出，2個模擬輸入和1個模擬輸出，另可通過i/o擴展卡滿足增加要求，標(biāo)準(zhǔn)配置一個符合modbus協(xié)議的rs-485多點串口連接。因此可以滿足多方控制及多種控制要求。

　　(3)保護功能齊全

　　可以在連續(xù)運行中防止過電流和過載，以及缺相，短路保護，可以實現(xiàn)ptc熱傳感器對電機進行熱保護，并可配置各種報警輸出等。

　　(4)電磁兼容性好

　　可配置各種濾波器，輸入、輸出電抗器，以滿足抗射頻輻射干擾和傳導(dǎo)輻射干擾要求，以及降低對電網(wǎng)的諧波注入。

　　3.3變頻器與控制系統(tǒng)簡介

　　變頻器控制系統(tǒng)主回路如圖1所示。

　　主回路(以110kw)為例，由塑殼斷路器1qf(施耐德產(chǎn)品，型號ns250-ma)，進線交流接觸器、出線交流接觸器、工頻旁路正轉(zhuǎn)接觸器、工頻旁路反轉(zhuǎn)接觸器1km,2km,3km,4km(施耐德產(chǎn)品，型號lc1d245m5c),熱繼電器1fr(施耐德產(chǎn)品，型號lr9f7375),構(gòu)成過載，過流，過熱等保護功能執(zhí)行回路系統(tǒng)，以及完成故障分?jǐn)喔綦x(進線接觸器)，強制通風(fēng)，排煙(工頻正反轉(zhuǎn))等工藝運行要求。

　　變頻器fc(atv38hc15n4x),進線端增加射抗頻干擾濾波器c(型號vw368402)，進線電抗器l(型號vw368503),用于控制風(fēng)機，改善變頻器對電網(wǎng)的諧波影響，及用于滿足最嚴(yán)格的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　變頻器的4個邏輯輸入端，分別定義為風(fēng)機正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，直流制動，給定切換功能，兩路繼電器輸出信號分別定義為報警輸出，出線接觸器控制等，在模擬輸入ai1的+10v與ai1端，通過ki5的控制，實現(xiàn)強制變頻器在緊急情況下，達(dá)到最高頻率輸出。

　　為實現(xiàn)于bas,fas系統(tǒng)對變頻器的控制，變頻器附有modbus通訊選件卡，型號vw3a58303,該卡配有一9針sub-d插頭。

　　變頻器控制回路如圖2所示。

　　圖1變頻器控制系統(tǒng)主回路

　　圖2變頻器控制回路

　　控制回路采用施耐德小型plc,neza系列產(chǎn)品，具有編程靈活，運行可靠等優(yōu)點。由本地控制，fas控制，bas控制風(fēng)機的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，停止分別進入plc輸入信號,同時分別由轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇本地/遠(yuǎn)程，工頻/變頻運行作為plc輸入信號。

　　plc輸出側(cè)，主要用于控制風(fēng)機工頻正轉(zhuǎn)，工頻反轉(zhuǎn)，變頻器進線接觸器，出線接觸器控制，變頻全速運行等。同時控制變頻器的四個邏輯輸入端。

　　3.4地鐵風(fēng)機變頻通訊網(wǎng)絡(luò)控制

　　北京地鐵五號線風(fēng)機變頻器，與車站bas系統(tǒng)之間，其通信采用modbusrtu傳輸協(xié)議，atv38變頻器的物理接口采用rs-485接口，傳輸介質(zhì)采用兩芯雙絞線屏蔽電纜，采用rs-485d型9針插頭連接器件。

　　atv38變頻器的串行鏈路配置可以在com菜單中進行配置。從站地址可以在1~247之間，傳輸速率可以在4800bps,9600bps,19200bps選擇。

　　以下分別介紹modbusrtu傳輸模式及相應(yīng)控制功能。

　　(1)協(xié)議簡介

　　modbus通訊采用主—從技術(shù)，即主設(shè)備查詢從設(shè)備，從設(shè)備根據(jù)主設(shè)備的查詢指令，提供數(shù)據(jù)響應(yīng)。

　　查詢:

　　查詢指令中的功能代碼告之被選中的從設(shè)備要執(zhí)行何種功能。數(shù)據(jù)段包含了從設(shè)備要執(zhí)行功能的任何附加信息。例如功能代碼3是要求從設(shè)備讀保持寄存器并返回它們的內(nèi)容。數(shù)據(jù)段包含了告之從設(shè)備的信息:從何寄存器開始讀及要讀的寄存器數(shù)量。錯誤檢測域為從設(shè)備提供了一種驗證消息內(nèi)容是否正確的方法。

　　響應(yīng):

　　如果從設(shè)備產(chǎn)生一個正常的響應(yīng)，響應(yīng)信息中的功能代碼是對查詢信息中的功能代碼的回應(yīng)。數(shù)據(jù)段包括了從設(shè)備收集的數(shù)據(jù):如寄存器值或狀態(tài)。

　　如果有錯誤發(fā)生，響應(yīng)功能碼將被修改，表明響應(yīng)信息是錯誤的，同時數(shù)據(jù)段包含了描述此錯誤信息的代碼。

　　在rtu模式中，其信息幀中不含報文報頭字節(jié)，也不含報文結(jié)尾字節(jié)，其格式如表1所示:

　　表1rtu模式中的格式

　　數(shù)據(jù)以二進制代碼傳輸。

　　數(shù)據(jù)區(qū):數(shù)據(jù)區(qū)包含需要從設(shè)備執(zhí)行什么動作或由從設(shè)備采集的返送信息。這些信息可以是數(shù)值、參考地址等等。例如，功能碼告訴從設(shè)備讀取寄存器的值，則數(shù)據(jù)區(qū)必需包含要讀取寄存器的起始地址及讀取長度。對于不同的從設(shè)備，地址和數(shù)據(jù)信息都不相同。

　　錯誤校驗碼:主設(shè)備或從設(shè)備可用校驗碼進行判別接收信息是否出錯。錯誤校驗采用crc-16校驗方法。

　　請求代碼(功能代碼)有以下四種類型，“讀”，“寫”功能都是從主站的角度上定義的，如表2所示。

　　表2請求代碼(功能代碼)的四種類型

　　(2)地鐵bas系統(tǒng)通訊與變頻控制功能簡介

　　bas對風(fēng)機atv變頻器進行啟停控制并監(jiān)視風(fēng)機atv變頻器的狀態(tài)和運行參數(shù)，同時bas根據(jù)負(fù)荷變化，自動調(diào)整風(fēng)機atv變頻器的頻率輸出。

　　寫風(fēng)機atv變頻器的控制命令basplc采用modbusrtu功能碼16向風(fēng)機atv變頻器發(fā)送啟動、停止指令及頻率給定。

　　如將給定值50hz寫入變頻器中，采用如下格式:將16#0032寫入從站2的w401(16#0191)中，如表3所示。

　　表3給定值寫入變頻器中的格式

　　讀風(fēng)機atv變頻器的狀態(tài):

　　basplc采用modbus功能碼03讀取風(fēng)機atv變頻器的運行狀態(tài)、參數(shù)和報警。

　　例:在從站2中讀取從w250到w253(16#00fa到16#00fd)四個字，使用功能3請求，如表4所示。

　　表4讀風(fēng)機atv變頻器的狀態(tài)

　　響應(yīng):響應(yīng)如表5所示。

　　表5響應(yīng)代碼

　　值:w250 w251 w252 w253

　　參數(shù):hsp lsp acc dec

　　對于通訊中的故障，bas系統(tǒng)有如下處理:

　　bas發(fā)出命令后，如果風(fēng)機atv變頻器沒有報文響應(yīng)(1s)，bas認(rèn)為出現(xiàn)通信或設(shè)備故障，產(chǎn)生報警信息，并在監(jiān)控畫面上顯示報警信息。

　　bas發(fā)出命令后，如果風(fēng)機atv變頻器有響應(yīng)，但響應(yīng)的數(shù)據(jù)包含了錯誤碼，bas產(chǎn)生報警信息。

　　4、結(jié)束語

　　隨著我國城市軌道交通事業(yè)的發(fā)展與建設(shè)水平的不斷提高，以及節(jié)能意識的普遍提高，在地鐵隧道通風(fēng)工程中對變頻器的需求亦日益高漲，同時控制方式亦向遠(yuǎn)程化，智能化發(fā)展，采用變頻控制地鐵隧道風(fēng)機，將以便利，節(jié)能，安全及時等特點為地鐵運行提供良好的運營保障。