地鐵電動防淹門系統(tǒng)設計

劉立鴻，陳軍晶

（1.北京市軌道交通建設管理有限公司，北京 100086；2.中國建筑標準設計研究院有限公司，北京 100048）

1 引言

在地鐵隧道穿越河流、湖泊水域時，應有效地減少河水涌入隧道造成的災害損失。地鐵防淹門控制系統(tǒng)（FYM）作為地鐵防災救災設備，平時狀態(tài)下極少使用，但在緊急狀態(tài)下又必須立即啟動，所以地鐵防淹門控制系統(tǒng)需具有極高的可靠性及安全性。地鐵電動防淹門應滿足平時防淹、戰(zhàn)時防空的需求，實現(xiàn)防空防災一體化，使地鐵工程的社會效益、經(jīng)濟效益和戰(zhàn)略效益得以充分發(fā)揮。

2 地鐵電動防淹門應用現(xiàn)狀

國內(nèi)現(xiàn)有的地鐵隧道防淹門（以下簡稱“防淹門”）主要包括降落式、平開立轉式2 種結構。根據(jù)垂直降落式防淹門的結構特點，需在地鐵車站設置一個大于門洞尺寸的設備機房（防淹門控制室），以便存放防淹門的門扇及啟閉裝置。而平開立轉式防淹門，只需將門扇設置在平行于行車方向軌行區(qū)兩側的小設備機房（防淹門控制室）。受制于特殊的施工條件，個別線路會采用上下布置的區(qū)間隧道，這時由于底層隧道上方?jīng)]有空間設置設備機房，所以無法安裝降落式防淹門。

3 電動防淹門系統(tǒng)構成

3.1 機械部分

3.1.1 降落式防淹門機械組成

降落式防淹門機械系統(tǒng)由門扇、門框、閉鎖（擠壓梁）、機械鎖定裝置（支撐臂）、啟閉機、電動閘閥、控制系統(tǒng)等幾部分組成。

3.1.2 平開立轉式防淹門機械組成

平開立轉式防淹門機械系統(tǒng)由門扇、門框、旋轉平移鉸頁裝置、啟閉裝置、閉鎖裝置、止水裝置、軌道密封裝置和自動輔助鎖閉裝置等組成。

3.2 電控部分

降落式及平開立轉式防淹門控制原理基本相同。

防淹門設置1 套獨立的、以PLC 為核心的控制設備?？刂葡到y(tǒng)包括所有完成操作程序所需要的控制設備、斷路器、接觸器、轉換開關、按鈕、繼電器、指示燈、限位開關、接近開關傳感器、報警蜂鳴器、直流24V 電源等。

防淹門電氣控制系統(tǒng)的核心設備為可編程控制器（PLC），平均無故障時間長，可靠性高，設備帶點能力強；PLC 設備模塊化，方便維護和更換，可擴展多個I/O 模塊，方便日后擴展。

防淹門電氣控制系統(tǒng)中，主要的被控制設備如啟閉機、卷揚機等，均邏輯控制互鎖，當其中1 臺電機動作時，其他相關電機不能同時發(fā)生動作。同時，電機本身硬接線互鎖，即啟閉機上升與啟閉機下降互鎖；機械鎖定裝置解鎖和機械鎖定裝置閉鎖互鎖；閉鎖擠壓裝置解鎖和閉鎖擠壓裝置閉鎖互鎖。

3.2.1 基本功能

（1）采用PLC 控制；（2）設遠方（車控室）控制和就地控制；就地控制應優(yōu)先于遠方控制；（3）在車控室控制單元可實現(xiàn)各防淹門單獨手動全開、全關和停止；（4）在就地控制單元可實現(xiàn)各防淹門單獨手動全開、全關和停止；（5）可顯示隧道水位等；（6）設置操作控制權限；（7）實現(xiàn)鎖定/拔出；（8）關門請求/復歸；（9）有關專業(yè)其他要求。

3.2.2 系統(tǒng)構成

每道防淹門設一面電控柜，電控柜布置在車站防淹門控制室內(nèi)。防淹門電控柜是以PLC 成套裝置為核心，依靠位置開關、液位傳感器等末端檢測單元，對本車站左、右線隧道防淹門及其附屬設備進行監(jiān)控，對液位傳感器送來的水位信號進行比較和確認。并將上述所有信息通過BAS 系統(tǒng)上傳給綜合監(jiān)控系統(tǒng)，綜合監(jiān)控系統(tǒng)再上傳至中央控制中心。

防淹門控制系統(tǒng)通過區(qū)間或者車站水泵房的液位傳感器采集水位信息，當水位達到危險水位后，防淹門控制系統(tǒng)發(fā)出水位報警信號，車站工作人員確認報警信息準確后，向信號系統(tǒng)發(fā)出請求關門信號，當接收到允許關門信號后，可由工作人員就地控制柜操作關門，也可在車控室IBP 盤上直接遠程操作關門，當防淹門關門動作開始后，首先防淹門電動鎖定裝置啟動，拉開防淹門鎖定設備，當鎖定設備完全開啟后，啟閉卷揚機開始動作，勻速下放防淹門至底門檻后，卷揚機自動停止，防淹門關門動作全部完成。

當車站工作人員確認水位消退后，可就地控制或者遠程IBP 盤控制防淹門控制系統(tǒng)開啟防淹門，當防淹門開門動作開始后，防淹門控制系統(tǒng)首先控制啟閉卷揚機動作，啟閉卷揚機勻速提升防淹門至鎖定高度以上后，啟閉卷揚機停止動作；然后電動鎖定裝置開始啟動，勻速推動鎖定梁至鎖定位置，當完全到達鎖定位置后，電動鎖定裝置停止動作，防淹門開門動作完成，并將信號上傳至車控系統(tǒng)。

3.2.3 電氣控制原理

防淹門電氣控制系統(tǒng)（FYM）采用可編程控制器作為主控制設備，采用液位變送器作為水位信號采集裝置采集水位數(shù)字信號，傳輸給防淹門電氣控制系統(tǒng)（FYM）。

當?shù)罔F軌行區(qū)開始積水時，防淹門水位監(jiān)測系統(tǒng)就地和車站綜合監(jiān)控室內(nèi)同時發(fā)出預報警信號，防淹門電氣控制系統(tǒng)（FYM）電鈴響起；當?shù)罔F軌行區(qū)水位信號達到能威脅車輛行駛安全時，防淹門水位監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出危險報警信號同時就地和車站綜合監(jiān)控室內(nèi)警笛報警；經(jīng)地鐵運營相關部門同意后，由地鐵操作人員操作“請求關門”按鈕向信號系統(tǒng)（NT）發(fā)出請求關門信號，信號系統(tǒng)（NT）確認地鐵軌行區(qū)間相關位置沒有列車行駛、危險區(qū)域也沒有相關人員后，即可“允許關門”信號。防淹門電氣控制系統(tǒng)（FYM）收到信號系統(tǒng)（NT）允許關門信號后，由人工操作關閉防淹門。

正常狀態(tài)下，地鐵防淹門由電動鎖定裝置鎖定于鎖定裝置上，收到信號系統(tǒng)（NT）發(fā)出的允許關門信號后，人工發(fā)出關門指令，電動鎖定裝置啟動，拉開鎖定裝置，啟閉機/卷揚機再關閉防淹門至關到位狀態(tài)。當水位退去，確認地鐵軌行區(qū)安全后，可開啟防淹門；首先啟閉機/卷揚機開啟防淹門至鎖定位置以上50 mm，電動鎖定裝置啟動，推動鎖定梁復位，最后開啟防淹門至開到位狀態(tài)。

3.2.4 控制方式

1）每道防淹門設一個就地控制柜，就地控制地鐵防淹門的關閉和開啟；同時通過車站綜合監(jiān)控室內(nèi)IBP 盤防淹門控制按鈕，可對防淹門進行遠方控制，實現(xiàn)對防淹門就地控制和遠方控制。

2）每一道防淹門的控制方式均設車控室控制和就地控制2 種選擇方式。檢修手動控制只用于調(diào)試、檢修情況，不用于正常的防淹門運行控制。

3）每一個就地單元配置有一個控制方式選擇開關，用于就地手動、就地檢修、遠方控制的選擇。選擇開關設有就地手動、就地檢修、遠方控制3 個位置，實現(xiàn)控制方式的選擇和就地操作閉鎖。

4）運行控制方式

為保障行車安全，運行控制方式總的要求是：區(qū)間水位報警為自動報警方式，門體控制為人工操作控制模式。

根據(jù)需要，在通過信號系統(tǒng)確認后，通過車控室IBP 或就地控制柜下發(fā)開/ 關防淹門等相關控制命令至就地單元PLC，實現(xiàn)防淹門的開/關控制。

3.2.5 防淹門控制系統(tǒng)結構及詳細功能

防淹門控制系統(tǒng)以防淹門控制的有關要求和國家及行業(yè)的相關技術標準為設計依據(jù)，防淹門控制采用分層分布式系統(tǒng)結構，分為車控監(jiān)控層和就地監(jiān)控層，能夠在遠方（車控室）和就地通過人工操作實現(xiàn)防淹門的控制、運行監(jiān)視和水位檢測等功能。硬件、軟件足設計要求，控制系統(tǒng)能準確可靠、靈活有效地完成對防淹門的控制和監(jiān)視。

1）遠方監(jiān)控

遠方監(jiān)控主要包括車控室IBP 盤防淹門控制器等。IBP 盤防淹門控制器設置在車站綜合監(jiān)控室內(nèi)，主要設備和元器件包含IBP 盤上的控制按鈕、信號指示燈、報警電笛、報警電鈴等設備。車控室ISCS 及OCC 監(jiān)視主要通過與就地PLC 與綜合監(jiān)控系統(tǒng)進行網(wǎng)絡通信，實現(xiàn)實時和遠程監(jiān)視功能。遠方監(jiān)控功能及系統(tǒng)在ISCS 中集成由ISCS 實現(xiàn)。

2）就地監(jiān)控

就地監(jiān)控由各防淹門就地控制設備和網(wǎng)絡設備組成。設就地控制單元，每套內(nèi)置1 套PLC 單元模塊，分別組成相對獨立的系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集和控制，并與各車站監(jiān)控層單元連接，采用通信和I/O 方式與綜合監(jiān)控系統(tǒng)、車站信號系統(tǒng)連接。

每套就地控制柜主要由可編程序控制器、信號檢測元件、控制電源、報警器等組成，通過就地控制箱進行防淹門就地操作控制，主要完成數(shù)據(jù)采集、處理和通信功能。

3）控制權

（1）控制權設遠方及就地2 級，可在就地進行切換；（2）遠方監(jiān)控由車控室IBP 實現(xiàn)，就地監(jiān)控由人防防淹門控制柜實現(xiàn)；（3）在進行控制權切換時，運行無擾動和誤動。

4）主要功能

一是遠方（車控室）監(jiān)控。主要完成對地鐵防淹門的遠控和軌行區(qū)水位信號的監(jiān)測，并接收地鐵信號系統(tǒng)（NT）的信號，根據(jù)地鐵運行的實際需求，在地鐵車站控制室內(nèi)IBP 盤防淹門控制按鈕將關閉/開啟命令下發(fā)至防淹門電氣控制柜，實現(xiàn)防淹門的關閉/開啟。

二是就地單元控制。防淹門電氣控制柜主要由可編程序控制器、水位檢測、電機控制器、人機界面組成。相關功能如下：（1）防淹門相關數(shù)據(jù)的采集和處理；（2）運行監(jiān)視和故障報警；（3）防淹門啟閉控制；（4）權限切換；（5）通信。

三是全運行監(jiān)測。為了確保防淹門的正常運行，除對防淹門的安全可靠的控制外，還應對一些設備的狀態(tài)進行監(jiān)測：（1）防淹門位置開關狀態(tài)監(jiān)測；（2）防淹門超行程位置狀態(tài)報警和保護；（3）地鐵軌行區(qū)水位狀態(tài)監(jiān)測。

四是電氣聯(lián)鎖和保護。系統(tǒng)控制回路應具有短路等保護功能。

4 電動防淹門與其他專業(yè)接口設計

4.1 與動力照明專業(yè)接口

防淹門控制室需設置應急照明，照度按100%正常照度考慮。防淹門靠近車站側應設置應急照明，照度按100%正常照度考慮。防淹門控制室由動力照明專業(yè)提供專用接地銅排，供防淹門控制柜接地使用。接地銅排應與車站綜合接地網(wǎng)可靠連接，最終保證防淹門控制柜接地電阻不大于1Ω。

4.2 與通信專業(yè)接口

通信專業(yè)應在防淹門靠近車站側設置視頻監(jiān)控裝置，保證車站控制室可通過視頻畫面遠程監(jiān)視防淹門狀態(tài)。

4.3 與信號專業(yè)接口

地鐵防淹門控制系統(tǒng)（FYM）向地鐵信號系統(tǒng)（NT）提供防淹門開到位狀態(tài)和系統(tǒng)請求關門信號，2 種信號狀態(tài)均需無源干節(jié)點；信號系統(tǒng)給防淹門系統(tǒng)提供同意關門信號（無源干節(jié)點，常開點）。當需要關門時，由防淹門向信號系統(tǒng)發(fā)出請求關門信號，如行車安全可以關門，則有信號系統(tǒng)返回防淹門系統(tǒng)同意關門信號，可操作防淹門關閉。所有與信號之間的物理接點均采用“雙斷”電路，且相關繼電器型號符合信號專業(yè)要求。

4.4 與BAS 專業(yè)接口

防淹門系統(tǒng)（FYM）與BAS 系統(tǒng)的接口分界在防淹門電控柜的PLC 通訊模塊處，通信接口采用RS485 接口，冗余配置，通信協(xié)議采用MODBUS RTU 協(xié)議，通信電纜為屏蔽雙絞線。FG 向BAS 傳輸門的開、關狀態(tài)、水位信息、水位上漲速度報警信息及主要設備的狀態(tài)信息等。

4.5 與綜合監(jiān)控（ISCS）專業(yè)接口

地鐵防淹門控制系統(tǒng)(FYM)與綜合監(jiān)控（ISCS）系統(tǒng)IBP盤的接口類型采用硬線連接方式。FYM 系統(tǒng)向IBP 盤提供防淹門狀態(tài)、水位報警等信息。并且IBP 盤可遠程控制關門、開門和停止。ISCS 系統(tǒng)應將防淹門系統(tǒng)信息上傳至OCC，實現(xiàn)中央、車站、就地3 級監(jiān)視，車站、就地2 級控制。

5 結語

綜上所述，地鐵防淹門電氣控制系統(tǒng)屬于防水淹設備，平時為水位監(jiān)測設施，防淹門關閉使用概率低。但是在地鐵實際運行過程中，防淹門直接影響軌行區(qū)地鐵行車安全，因此，防淹門電氣控制系統(tǒng)設計時要著重考慮本系統(tǒng)的安全性、可靠性，設置必要的安全保護裝置。而且在地鐵實際運營中，需要地鐵工作人員周期性地操作防淹門系統(tǒng)，從而保證防淹門設備處于正常工作狀態(tài)。