PAGE39地鐵通風控制系統設計目錄TOC\o"1-2"\h\u1引言 11.1地鐵通風控制設計背景 11.2地鐵通風控制研究現狀 11.3地鐵通風控制設計內容 22系統通風方案說明 32.1通風控制系統說明 32.2系統結構說明 33系統硬件設計 53.1系統硬件選擇 53.2風機臺數確定 123.3系統參數采集 163.4系統通信 194系統下位機軟件設計 214.1下位機的控制方法 214.2系統軟件流程圖設計 224.3系統下位機控制程序設計 234.4系統軟件程序設計 245基于KINGVIEW的組態監控系統 255.1上位機軟件說明 265.2系統工程安全設置 275.3系統畫面及畫面安全設計 285.4信息監測畫面設置 305.5網頁發布 325.6網頁發布安全設置 335.7網頁控制畫面 351引言隨著國民經濟的迅速發展，中國城市化進程進一步加快，城市人口快速增長，交通供需矛盾日益突出，大型城市交通擁堵越來越嚴重。城市軌道交通具有運能效率高、能耗低、污染小、快速、準時及安全等明顯優點，其是解決城市交通問題的主要手段。1.1地鐵通風控制設計背景中國軌道交通自20世紀60年代北京有了第一條地鐵以來，發展緩慢。直到十五期間（2001～2005）才開始迅猛發展。十五期間，我國軌道交通投資2000億元，建成550km城市軌道交通。十一五（2006～2010）規劃建設1700km軌道交通，投資總額近6000億元。我國城市軌道交通發展規劃，見圖1-1。圖1-1我國城市軌道交通發展規劃1.2地鐵通風控制研究現狀在我國，列車空氣調節系統主要采用集中式空調通風系統和分散式空調通風系統，但是對其的研究很不系統。列車的通風空調系統只是根據建筑通風空調系統的有關規范進行設計研制，沒有系統考慮列車運行特點和運行情況，因此存在很多問題。同一型號列車的空調通風系統差別很大。這主要是由于列車廠家分散設計，設計圖紙不統一，各廠家選擇的空調設備也多種多樣。往往沒有認真進行風道的阻力計算和實驗，致使送風量不能滿足要求。風量大的車內微風速超標，風量小的不能滿足車內的空調負荷要求；同時車內空氣品質及舒適度也較差。采用一般現有風道的大部分列車，因其送風口風量不均勻，造成客室內溫度場不均勻，不能滿足鐵道部的標準規定。有些新列車的空調通風系統的設計考慮不周全，使空調通風系統結構復雜，沿程阻力較大，與空調機組匹配后，改變了空調機組的工作點，造成通風量偏小，空調效果不理想。而且，迄今為止所有國產空調列車都沒有進行過空調通風系統的通風性能實驗，對各型列車的通風系統阻力、送風均勻性及客室內氣流組織狀況等均未進行過系統的研究，因而在進行空調通風系統的改進設計時沒有可參考的實驗數據。對于客車通風空調系統噪聲研究沒有系統的實驗，對車內的空氣品質也沒有進行過系統的考慮和研究。對于現有裝置在列車空調通風系統上所出現的問題進行的局部研究方面，我國科技人員取得了一些重要成果。從總體上來看，我國對于列車通風空調的研究和人們對客車舒適性要求極不協調，其研究工作基本上還沒有展開，而且存在以下一些問題:1）送風道結構較為復雜，沿程阻力大，與風機不匹配，送風量偏大或偏小；各風口調節機構的調節性能由于各種原因不能發揮作用。2）送風口送風量不均勻，造成客室內溫度場不均勻，客室內溫差超過有關標準。3）客車內由于送風不均勻性等影響，使得微風速嚴重超標。4）由于送回風裝置的型式和布置不合理等因素，使得車內氣流組織不合理，車內舒適度較差。5）送風道兩端的送出氣流流量受送風口、進風口的影響較大，容易造成送風量前小后大，甚至在前端會形成負壓區，兩端舒適度明顯降低。6）送風道型式單一，大部分為車頂中央風道送風風道，不能適應我國高速列車發展的需要。7）通風系統適應性差，調節性能差，不能滿足負荷變化較大時車內送風要求。8）缺乏系統的行業設計技術標準及具體的檢測規則和方法，缺適應新形勢的新標準。1.3地鐵通風控制設計內容地鐵工程中地下車站及區間除車站出入口、風亭及地下線路兩端隧道洞口外，基本與大氣隔絕。通風空調系統的任務是對地下區間隧道內溫度、濕度、風速、事故排煙情況等進行全面控制。車站兩端各設置送風井及排風井各一座，風井面積因通風量而異。隧道通風系統中車站的公共區夏季采用空調，其余季節通風換氣。車站公共區空調通風機與至車站的區間隧道風機合而為一，車站空調通風兼區間隧道風機功能。采用變頻控制，情況不同時，風量不同，達到節能運行。地鐵運營正常時，通風空調設備排除余熱和余濕，為乘客在地鐵車站創造一個往返于地面至列車內的過渡性舒適環境。隧道通風機通過送風管和回風管對車站公共區空調通風。當區間夜間通風和區間隧道阻塞時，通過組合風閥開關控制實現對區間的通風換氣。風機根據運行模式的要求進行正轉或反轉運行，已達到向車站和區間隧道送風和排風的目的。同時該風機還具有車站區間火災是排風功能，通風空調設備向乘客和消防人員提供必要的新風量，形成一定迎面風速，指導乘客安全撤離，并具有排煙功能。2系統通風方案說明在設計控制系統時，首先要設計出一個基本構架，并結合這個構架來詳細的說明該控制系統的基本功能。2.1通風控制系統說明地鐵通風控制系統控制由中央控制、車站控制和就地控制三級組成。中央控制在控制中心，是以中央監控網絡和車站設備監控網絡為基礎的網絡系統，對地鐵全線的通風及空調系統進行監控，向車站下達各種運行模式指令或執行預定運行模式。車站控制設置在車站控制室，對車站和所管轄區的各種通風空調設備進行監視，向中央控制系統傳送信息，并執行中央控制室下達的各項命令。火災發生和在控制中心授權的條件時，車站控制室作為車站指揮中心，根據實際情況將有關通風空調系統轉入災害模式運行。就地控制設置在各車站電控室內，具有單臺設備就地控制和模式控制功能，便于各設備及子系統調試、檢查和維修。就地控制具有優先權，現場操作按鈕設于設備旁便于操作處，滿足單臺設備的現場調試、檢查和維修。2.2系統結構說明根據上述描述做出了如圖2-1的系統控制框圖，該框圖描述了系統中應有的三種控制模式，即：就地控制，車站控制以及中央控制。就地控制是在在風機變頻控制進行操作時，提供機組安裝、調試、檢修時在現場使用，同時兼顧預警災害控制。在有不同的控制要求時，變頻控制系統要求設有就地(手動)/遠程(自動)控制轉換開關，工頻/變頻運行控制轉換開關。就地控制時其他操作屏蔽。車站控制設置在車站控制室，對車站和所管轄區的各種通風空調設備進行監視，向中央控制系統傳送信息，并執行中央控制室下達的各項命令。中央控制也就是遠程自動控制，負責對全線風機變頻通風設備進行監控，它是通過遠程控制系統，實現遠程啟停風機，同時可以反饋風機啟、停、正、逆轉運行狀態、故障信號、變頻運行控制轉換開關位置信號，反饋自動控制/就地轉換開關位置信號等。在火災等其他情況下，控制器根據現場檢測器傳送回的環境信息做出相應的控制，例如，在火災時，CO2濃度檢測器把現場的CO2濃度信息送到控制器，控制器把該信號與正常情況下的濃度信息相比較，如果在信息超出了正常情況下的濃度值，并且大大超過該數據，如人們可接受正常CO2濃度為350-1000ppm，當CO2濃度達到5000ppm時會令人窒息而死亡，則認為是發生了火災，因為地鐵的特殊環境不會在沒有發生火災時產生高濃度。以上是對該控制結構的控制過程描述。圖2-1地鐵隧道通風控制系統結構圖

3系統硬件設計該控制系統主要由上位機，PLC控制器，變頻器，風機以及各種檢測器等設備組成，以下進行對相關設備的選擇。3.1系統硬件選擇設備型號直接影響著整個通風控制系統的通風效果和控制系統的穩定性，所以在設備選型時要特別的慎重，以保證通風控制系統取得良好的控制效果。3.1.1控制器的選擇在隧道特殊環境下，如果現場選用繼電器或普通的微機控制，它們不適應惡劣的工業環境，會發生生銹、信號受干擾等現象，無法滿足控制要求，而PLC是專為工業環境應用設計的，它針對工業環境的特殊性采取了相應措施控制。對輸入信號進行濾波處理，并且輸入輸出電路與內部CPU是電隔離，CPU板還有抗電磁干擾的屏蔽措施，可確保PLC程序的運行不受外界電磁干擾。在機械結構設計與制造工藝上，也采取很多措施，保證其耐振動、耐沖擊，使用環境溫度可高達50攝氏度，有的低溫零下40到零下50℃也可工作。根據本此設計環境的特殊性，即：潮濕的地下以及復雜的電磁環境，故本設計選用PLC作為下位機，其具體型號為OMROMCPM1A。在本次控制系統中將把整個隧道分成四段，所以系統中將用到4個控制器，每一個控制器控制負責控制隧道的一段。3.1.2變頻器的選擇及運行設定變頻器的正確選用對于機械設備電控系統的正常運行是至關重要的。選擇變頻器，首先要按照機械設備的類型、負載轉矩特性、調速范圍、靜態速度精度、起動轉矩和使用環境的要求，決定選用何種控制方式和防護結構的變頻器最合適。所謂合適是指在滿足機械設備的實際工藝生產要求和使用場合的前提下，實現變頻器應用的最佳性價比。變頻器選用根據風機電動機功率等參數選用。根據本此用到的風機技術指標，在滿足風機要求的前提下，本次選用型號：歐姆龍變頻器3G3MV系列變頻器中的3G3MV-A4075.歐姆龍3G3MV-A4075是一款多功能變頻器，具有搭載無傳感器矢量控制功能，在低速范圍內實現高轉矩運轉；標準搭載RS-422/485通信，DeviceNet通信的可選單元也可實現標準搭載，對應網絡能力強；操作器上設有頻率設定旋鈕，參數常數的復制/管理也可通過標準操作器進行應對，使用方便性大有提高；標準搭載節能控制和PID控制，另外通過高速電流限制功能使無斷路運行性能也有較大提高；內置浪涌電流控制回路，保護更能更充分；其實物圖如圖3-1所示。圖3-13G3MV-A4075變頻器實物圖變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。即先把工頻交流電源通過整流裝置轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。在變頻器控制電機時，利用變頻器的可多段變頻功能來對電機進行控制，電機在不同的頻率下具有不同的輸出速度，具體的變頻控制原理如圖3-2所示。在本次設計中就是應用了該變頻控制原理，即：利用變頻器在開始條件運行的情況下，在現有輸出頻率上進行頻率的疊加，最后實現變頻器的小輸出到大輸出的轉變。圖3-2變頻控制原理變頻器的電路一般由整流、中間直流環節、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流，逆變部分為IGBT三相橋式逆變，且輸出為PWM波形，中間直流環節的作用為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。與變頻器輸出頻率有關的具體參數如式3-1所示：n=60f(1-s)/p(3-1)式3-1中：n為異步電動機的轉速f為電網頻率s為電動機轉差率p為電動機極對數由式3-1可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在0-50Hz的范圍內變化時，電動機轉速調節范圍非常寬。變頻調速就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的。在使用時，首先要對該變頻器原理及結構有一個充分的了解，首先從圖3-3的描述來對該變頻器做一個充分的了解，從圖中可以看出，該變頻器具有RS422/485通訊口，可實現與上位機的通訊，同時還具有LED顯示以及面板操作鍵和DeviceNet連接接口，可實現0-60Hz的頻率設定，以實現對設備的調速控制。圖3-33G3MV-A4075變頻器結構圖在對系統進行調試時，首先應對各設備進行電氣連接，只有在做完這些后才可能完成系統整體性能的調試，表3-1是對本次變頻器連線的說明。表3-1變頻器端口連接說明記號名稱內容R/L1電源輸入端子3G3MV-A4□，三相AC380～460VS/L2T/L3U/T1電機輸出端子電機驅動用三相電源輸出3G3MV-A4□，三相AC380～460VV/T2W/T3B1制動電阻連接端子連接外部制動電阻或制動電阻單元的端子（用于檢測制動中的過電壓）B2在對該變頻器進行操作時，首先應對該變頻器的輸入輸出有一個了解，對一個智能化設備而言，它在工作前都應該對它的系統參數進行設定，只有這樣才能實現我們想要的功能，表3-2是對該變頻器的參數功能說明；在操作時，也應該對該變頻器面板上的按鍵有所了解，表3-3該變頻器面板按鍵功能說明。表3-2變頻器輸入輸出功能說明記號名稱規格輸入S1多功能輸入1（正轉/停止）光電耦合器DC+24V8mAS2多功能輸入2（反轉/停止）S3多功能輸入3（外部異常a接點）S4多功能輸入4（錯誤復位）S5多功能輸入5（多段速指令1）S6多功能輸入6（多段速指令2）S7多功能輸入7（頻率指令）SC序列輸入公共端FS頻率指令電源輸出DC+12V20mAFR頻率指令輸入DC0～+10V（輸入阻抗，20kΩ）FC頻率指令公共端輸出MA多功能接點輸出（a接點錯誤）繼電器輸出DC+30V1A以下AC250V1A以下MB多功能接點輸出（b接點錯誤）MC多功能接點輸出公共端P1多功能光電耦合器輸出1（運行中）集電極開路輸出DC+48V50mA以下P2多功能光電耦合器輸出2（頻率檢測）PC多功能光電耦合器輸出公共端通信R＋通信收信側符合RS-422/485R－S＋通信送信側S－變頻器運行參數設定，變頻器的運行狀態有多種，因此，在調試及運行時，必須對變頻器運行狀態以及頻率參數進行設置，以下是本次對變頻器進行的設置：n003=1(運行方法的選擇)n004=1(頻率指令的選擇)n005=1(自由滑行停止)n006=0(可反轉)n008=1(操作器對數字設定）n009=0(操作器按↓后頻率設定有效)n024=25頻率設定n025=35頻率設定n026=50頻率設定n027=60頻率設定在對以上參數設定完之后，則可對變頻器以及控制器進行系統調試運行，來驗證系統的程序異常以及模擬整個系統的功能。表3-3變頻器面板按鍵功能說明名稱功能FREF頻率指令LED亮燈時，可以設定或監控頻率指令FOUT輸出頻率LED亮燈時，可監控變頻器的輸出頻率IOUT輸出電流LED亮燈時，可以監控變頻器的輸出電流MNTR多功能監控LED亮燈時，可以監控U－01～U－10間的設定值F/R正轉/反轉選擇LED亮燈時，可以選擇用RUN鍵控制運轉時的運轉方向LO/RE本地/遠程選擇LED亮燈時，數字操作器控制的操作與參數常數設定的操作的切換，變頻器運行中，只能進行對照，另外，此LED亮燈時運行指令的輸入將被忽略，LED亮燈時，可設定/對照n001～n179的參數常數PRGM參數設定指示燈變頻器運行中，可進行對照和部分設定值的變更3.1.3上位機的選擇上位機實現的功能及工作的環境決定了上位機選用情況，具體來時是上位機的功能是上位機通過組態王軟件能夠顯示隧道環境風機狀態等參數值、存儲并在需要的情況下，顯示檢測器實時測量值的曲線圖形或顯示歷史數據等，并作為主站進行遠程控制。上位機多數在操作室內，工作環境良好，因此可以不采用工控機，而選擇普通的PC機即可。3.1.4風機的選擇通風控制系統的主要功能部件就是風機，風機的選擇直接決定了通過風系統的優良程度，由此可見，風機對于一個通風系統的重要性；其次，風機的性價比對于一個系統的運營也是至關重要的，所以在選擇風機時，必須滿足系統的正常要求，如果選擇風機的功率較大，對設備和能源而講，就顯得浪費，但是在選擇時，應留有一定的余量，以供以后利用。本次設計采用當前較常用的SDF系列地鐵隧道軸流式風機，該系列風機具有效率高，噪音小，結構緊湊，運行平穩可靠等顯著特點，以適應地鐵隧道特定條件下的使用要求。圖3-4SDF系列地鐵隧道風機的實物圖。圖3-4SDF系列地鐵隧道風機軸流式通風機的性能特點是流量大，轉數大，揚程(全壓)低，流體沿軸向流入、流出葉輪。其結構特點是：結構簡單，重量相對較輕。因有較大的輪轂動葉片角度可以做成可調的。動葉片可調的軸流式通風機，由于動葉片角度可隨外界負荷變化而改變，因而變工況時調節性能好，保持較寬的高效工作區。軸流式風機與軸流式水泵結構基本相同。有主軸、葉輪、集流器、導葉、機殼、動葉調節裝置、進氣箱和擴壓器等主要部件。關于軸流風機具體的結構型式見圖3-5所示。圖3-5軸流式（通）風機結構示意圖（兩級葉輪）1進氣箱2葉輪3主軸承4動葉片調節裝置5擴壓器6軸7電動機軸流式風機在隧道，礦山地下停車場以及其他場所應用較為廣泛，所以它針對不同應用環境制作了不同型號的風機，關于軸流式風機的具體參數及詳細說明，具體見表3-4。表3-4軸流風機參數指標型號風量(m3/h)風壓（Pa）功率（kw）轉速（r/min）噪聲（dB）重量（kg）SDF-3.540003430.7529007450SDF-450003430.7529007562SDF-4.565003431.129007670SDF-580003431.114507785SDF-5.6120004412.2145081105SDF-6Ⅰ170004903145083125SDF-6Ⅱ180004903145083125SDF-7260005885.5145087165SDF-8Ⅰ300004415.5145085185SDF-8Ⅱ300005937.5145086200SDF-9Ⅰ350005887.596088225SDF-9Ⅱ4000058811145090240SDF-10Ⅰ400004907.596087265SDF-10Ⅱ480005881196089286SDF-10Ⅲ5000068611145090285SDF-11.26000068618.596091380參考表3-4的風機性能指標，并結合地鐵通風應有的排氣容量，選擇本次使用的風機型號，故此本次選擇SDF-10Ш型軸流風機作為本次地鐵通風控制的排氣風機。3.1.5其它設備的選擇二氧化碳測量儀的選擇，本次采用GTB20單點壁掛式二氧化碳檢測儀，GTB20型單點壁掛式二氧化碳檢測儀，是一種固定式可連續檢測作業環境中有毒有害氣體濃度的儀器。GTB20型單點壁掛式CO2檢測儀為自然擴散方式檢測氣體濃度，采用進口電化學傳感器，具有極好的靈敏度和出色的重復性；大屏幕液晶屏實時顯示泄漏氣體的濃度值，超過預設報警點立即啟動聲光報警信號或驅動排風系統；國際標準4-20mA信號可直接接入工廠DCS系統，RS485數字信號與工廠上位機連接；其主要技術指標有：測量范圍，見附表3-5；適用氣體，可燃氣體、氧氣、有毒有害性氣體；響應時間，T90<30s；顯示方式，128*64點陣液晶屏實時顯示數據及系統狀態；報警提示，廣角高亮發光指示、100dB蜂鳴音隨濃度增加頻率加大；報警點，一級報警用戶設定，二級報警用戶設定；報警輸出，兩路繼電器輸出，容量AC220V/2A；信號輸出，國際標準4-20mA信號可直接接入工廠DCS系統；工作環境，-30℃—+50℃；濕度＜95%RH無結露；工作電壓，AC220V50Hz，非報警狀態下備用電池供電可連續工作20小時以上，可燃氣體可連續工作8小時；防護等級，IP65。重量：約1200g（包含電池）。表3-5檢測氣體種類表檢測氣體種類表氣體種類標準量程可選量程分辨率反映時間(T90)氧氣O20－25％VOL（0－30）0.1％VOL≤30秒一氧化碳CO0－2000ppm（0－250，500，2000）1PPM≤30秒硫化氫H2S0－200ppm（0－30，50，2000）1PPM≤30秒氫氰酸HCN0－100ppm（0－50，200）1PPM≤30秒氯氣cL20－20ppm（0－5，10，100）0.1PPM≤30秒臭氣O30－5ppm（0－2，10，100）0.01PPM≤30秒氨氣NH30－100ppm（0－25，100）1PPM≤30秒二氧化碳CO20－5000ppm（0－500，5000）1PPM≤30秒可燃氣Ex0－100％LEL無1％LEL≤30秒二氧化硫SO20－20ppm（0－10，50，100）1PPM≤30秒溫濕檢測儀的選用，地鐵運行環境處于地下，其相對溫度濕度與地面有所不同，所以就需要通過儀器對其環境進行檢測，從而保證人身和地鐵的正常運行。所以針對該環境，采用一款在潮濕環境較常用的溫室檢測器，即07-8溫濕度儀。它是一種采用計算機的智能儀表，儀表采用雙排數碼管分別同時顯示濕度測量值和溫度測量值，控制用的有關參數均可由面板鍵盤鍵入并實時顯示，儀表有以下多種功能可供選擇，如傳感器，可選用高分子加雙PT100來測量濕度及溫度；儀表同時檢測一路溫度和一路濕度，同時對溫度和濕度進行控制。該儀表帶有通訊接口，則可以與電腦或PLC進行通訊，對溫度和濕度進行遠程控制，數據記錄，數據打印，及查看曲線。溫濕度測量儀指標：精度，溫度測量精度±0.5%FS±1.0個字濕度測量精度±2%FS±1.0個字，適用于高溫高濕，低溫低濕的復雜壞境；濕度最大量程，1%-99%RH；濕度最佳有效量程:4%—99%RH；此傳感器安裝時要求風速大于4米/秒，才可以得到最佳精度；適用環境溫度，-50℃—+200℃；測量誤差，±１％；最佳溫度范圍，-10—+45℃；最大溫度量程，-20—+60℃；濕度最佳有效量程，25%—95%RH；濕度最大量程，5%—98%RH；繼電器輸出觸點容量，AC220V/10A（阻性）；數據斷電保護時間，超過10年；工作電源，AC220V±10%,功耗小于5W；正常工作環境，溫度0-50℃，相對濕度35%—85%的無腐蝕性氣體場合。3.2風機臺數確定3.2.1軸流風機的性能分析隧道內的空氣流動主要是由于存在氣流壓差。軸流風機通過噴射高速氣流而產生推力，隨著空氣流速的減小，其能量傳遞給沿隧道內的運動空氣，從而產生隧道內的空氣壓差，其大小等于軸流風機的推力與隧道橫截面積之商，用于克服隧道內的空氣流動阻力。因此，軸流風機的選型主要取決于對風機推力的要求(即風機出口氣流噴射速度的要求)以及所需排風量(即風機直徑)的要求。在風機的基本性能測試中，通常選用轉速作為固定值，然后建立全壓、軸功率、效率等隨流量的變化的函數關系。風機的性能曲線是指在轉速和流體的密度、葉片安裝角一定時風機的全壓、軸功率、效率等隨流量變化的一組關系曲線。該曲線的具體表述如圖3-6所示。圖3-6軸流式風機性能曲線風機的性能曲線有以下三條：1）全壓與流量的關系曲線，用p—QV表示；2）軸功率與流量的關系曲線，用P-QV表示；3）全壓效率與流量的關系曲線，用-QV表示。軸流式風機性能曲線是在葉輪轉速和葉片安裝角一定時測量得到的，如圖3-6所示。其形狀特點是p-qv曲線，在小流量區域內出現馬鞍形形狀，在大流量區域內非常陡降，在qv=0時，p最大；Pa-qv曲線，在qv=0時，Pa最大，隨著qv的增大Pa減小，因此軸流風機不允許在空負荷時啟動，除非動葉可調；p-qv曲線，高效區比較窄，最高效率點接近不穩定分界點c。分析p-qv性能曲線出現馬鞍形狀的原因，是風機在不同流量下，流體進入葉型沖角的改變，引起葉型升力系數變化。3.2.2地鐵隧道通風要求現代社會的飛速發展，人們對生活的要求也越來越高。國家在《地下鐵道設計規范》GB50157-92中做了如下規定：1）隧道通風設備傳至車站站廳和站臺廳的噪聲不得超過70dB（A），傳至地面風亭的噪聲應符合國家現行有關城市區域環境噪聲標準的要求。2）當采用活塞通風或機械通風時，每個乘客每小時需供應的新鮮空氣量不應少于30m3。3）當采用閉式循環運行時，其新鮮空氣量不應少于12.6m3。4）隧道通風系統的通風量，應保證隧道內換氣次數每小時不少于3次。5）通風道和風井的風速不宜大于8m/s，站臺下排風道的風速不宜大于15ｍ/ｓ，風亭格柵風速不宜大于4ｍ/ｓ。站臺廳與站廳的風速宜采用1/5ｍ/ｓ。6）廁所應設置獨立的機械排風、自然送風系統，所排出的氣體應直接排出地面。當坑位與小便器總數不超過3個時，允許將所排出的氣體排至隧道內。7）單向交通的隧道設計風速不宜大于10m/s，特殊情況可取12m/s；雙向交通的隧道設計風速不應大于8m/s。8）隧道內營運通風的主流方向不應頻繁變化。3.2.3風機臺數的計算在地鐵環境下，氣體對人身體健康的影響主要取決于空氣中的二氧化碳濃度，所以在通風中就以二氧化碳濃度作為主要參考指標。根據二氧化碳濃度對人生命活動的影響列出了表3-1，其具體內容說明見表3-2。表3-1大氣中二氧化碳濃度對生命活動的影響二氧化碳濃度對人的影響0.03%正常1%有害4-5%氣喘、頭暈>10%死亡表3-2二氧化碳濃度對人體的生理影響空氣中二氧化碳的體積分數（%）對人體的影響0.05人體感覺舒適1感到氣悶、頭暈、心悸1.55人體短期無明顯影響2對人體有輕微影響（疲勞、煩悶、頭暈）3.5人體反應劇烈（呼吸困難）4~5感到氣悶、頭痛、眩暈5氣喘、氣暈、精神緊張，不可忍耐6人體昏迷，個別引起死亡在現實生活中，一般是通過檢測器把空氣中的二氧化碳濃度以ppm的形式表示，以便進行具體的控制操作，以下是以ppm形式表示的二氧化碳濃度含量與人體生理影響：350～450ppm：同一般室外環境350～1000ppm：空氣清新，呼吸順暢1000～2000ppm：感覺空氣渾濁，并開始覺得昏昏欲睡2000～5000ppm：感覺頭痛、嗜睡、呆滯、注意力無法集中、心跳加速、輕度惡心大于5000ppm：可能導致嚴重缺氧，造成永久性腦損傷、昏迷、甚至死亡在隧道內的空氣不可作為壓縮流體對待；隧道內的空氣流可作為不隨時間變化的恒流處理。因此，可根據這個恒量來計算風機的數量。其次，在風機數量計算方面與地鐵列車的車型也有關。據介紹，目前，國內的地鐵車輛分為A、B、C三種車型：標準A型車車寬3米，車高3.8米，車體有效長度22.1米。與A型車相比，標準B型車車寬2.8米，車高3.8米，車體有效長度19.8m，不僅比A型車要苗條小巧一些，造價也要比A型車便宜很多。此外，因為車廂高3.8米，不管乘客是多高的個子，乘坐地鐵都不會感覺到壓抑。A、B型車的最大載客量正常狀況下分別為310人/輛和240人/輛。風機風量的定義為，風速V與風道截面積F的乘積.大型風機由于能夠用風速計準確測出風速，即根據3-2式得出。Q=VF(3-2)風機數量的確定根據所區間的換氣次數，計算區間所需總風量，進而計算得風機數量。計算公式：N=V×n/Q(3-3)式3-3中：N——風機數量（臺）V——場地體積（m3）n——換氣次數（次/時）Q——所選風機型號的單臺風量（m3/h）目前，國內地鐵隧道一般為高6.6米，寬7.3米。風機設定臺數設定條件地鐵隧道長度L=20km區間隧道長度L1=5km地鐵橫截面積S=6.6×7.3㎡列車運行時速v=60km/h選用B型列車車型最大載荷為k=240人/輛取六節列車組地鐵最大載荷K=1440人/列斜通風道長度L2=20m風道橫截面積S1=16㎡地鐵隧道設置排風口4個根據有關規定，地鐵區間客流量和在區間所呆的時間，同時根據人員新風量標準滿足12.6m3/h。在列車運行時，會產生活塞風且其帶動空氣從通風口排出的空氣為V1=L2×S1×V2一般在排風口處，風速不會太大，本次去V2=2m/s。考慮到流體動力學空氣流動因素，設定從通風道排出氣體為V1，則在列車運停時，從風道排出的氣體體積為:V3=2×V1則有：V=20000×6.6×7.3=963600m3V2=2×20×16×2=1440m3V4=V2×4=5760m3由于旅客自動輸送系統初期發車對數為12對/h，則平均300s發一趟車，所以選取300s為一個周期計算，則計算出需風量。則其最大需風量為V5=1440×12×2×12.6=435456m3由此即可得出所需要的通風量，即：V=20000×6.6×7.3=963600m3V6=V×3=2890800m3《地下鐵道設計規范》GB50157-92中規定：隧道通風系統的通風量，應保證隧道內換氣次數每小時不少于3次。則需要的風機臺數為：N=V×n/Q(3-4)N=58臺載滿負荷運行時：V6>V5，故可滿足運行有要求考慮到火災情況發生時，可快速的排出煙氣，故此在這里選取60臺風機。3.3系統參數采集數據采集，又稱數據獲取，是利用一種裝置，從系統外部采集數據并輸入到系統內部的一個接口，然后將該數據傳送到控制進行處理。數據采集技術廣泛引用在各個領域。被采集數據是可以被轉換為電訊號的各種物理量，如溫度、水位、風速、壓力等，可以是模擬量，也可以是數字量。采集的數據大多是瞬時值，也可是某段時間內的一個特征值。準確的數據量測是數據采集的基礎。數據量測方法有接觸式和非接觸式，檢測元件多種多樣。不論哪種方法和測量元件，均以不影響被測對象狀態和測量環境為前提，以保證數據的正確性。3.3.1溫度及濕度參數的檢測濕度對靜坐者的舒適性來說，濕度對人體熱舒適性的影響不大。雖然有效溫度的指標也包含了濕度的作用，但由于濕度對人的健康、霉菌的生長和其它方面有很大的影響，因此將濕度又單獨作為一個指標。地鐵為溫度對于乘客來說，如果地鐵溫度過高則直接影響著乘客以及工作人員的身體健康。所以，當人們進入地鐵時，地鐵作為交通運輸工具，它首先就應該滿足，其內部的環境溫度與地面環境相付或者接近，只有這樣才能真正的達到地鐵運輸的目的；其次，在地鐵運行時，地鐵的電氣設備以及其與軌道間的摩擦等發出的熱量，同時乘客以及工作人員在地鐵內部的活動都會產生熱量。因此，地鐵內部的溫度及濕度的檢測器必須實時有效的工作，以滿足控制器調節環境的要求。參照以往地鐵運行環境溫度數據，為本次控制系統提供控制依據，圖3-7是地鐵區間環境瞬時溫度曲線，圖3-8是地鐵區間平均溫度曲線。由圖3-7和圖3-8可以看出夏季區間瞬時溫度集中在29-31℃之間，夏季區間平均溫度集中在29.5-31℃之間。故此，可以根據這些數據設定系統溫度控制參數值，對地鐵環境溫度進行相應的控制，從而使乘客和工作人員有一個舒適的環境。圖3-7夏季區間溫度瞬時曲線圖3-8夏季區間平均溫度曲線在溫度檢測時，選用與控制器相適合的控制器溫度測量模塊，本次采用的測溫模塊是歐姆龍公司生產的TC系列溫度測量模塊，該模塊以DM0作為寫入點溫度控制單元，處理值從溫度控制單元讀出，并寫到DM1。以下在對溫度采集時的程序設計。圖3-10溫度采集時的程序設計3.3.2二氧化碳參數的檢測新風量是車內空氣品質的一項重要基本指標，其作用是調節車內空氣質量，使車內環境中的各種污染物濃度保持在衛生標準所容許的濃度值以下。人們對新風的研究已從僅僅注重其“量”轉變到更關注其“質”的問題上來，強調新風的利用效率和新鮮程度。傳統觀念認為，新風僅是為清除人體所產生的生物污染。而ASHRAE62-1989R中認為新風應可以排除來自人體和室內的氣體污染兩方面。同時對最小新風量提出了新的、更嚴格的要求。因此，在空氣參數標準對新風量的要求仍不能忽視。二氧化碳，CO2是車內污染物的主要成分，它由人呼出，其產生量與人數及活動量有關。人們在呼出CO2的同時，身體其他部分也不斷排出污染物，如汗的分解產物及其它揮發氣體。在以人為主要污染源的場合，CO2濃度的高低基本上能完全反映人體污染物散發的情況。因此CO2濃度指標可以作為車內異味或其它有害物質的污染程度的評價指標，也是可以反映室內通風情況的評價指標，是判定空調列車污染程度最主要的參數之一。在地鐵環境中，由于地鐵的特殊性決定了其CO2的主要來源，乘坐地鐵的乘客以及地鐵工作人員。CO2濃度對人的生命活動有著重要的影響，當其濃度達到一定值時，可以直接導致認得死亡，因次，本次控制系統的設計是以CO2濃度作為主要控制參數來進行的。3.3.3煙霧參數的檢測可吸入性微粒，地鐵在隧道內運行中因電刷、閘瓦制動產生的粉末及隧道內灰塵，必然會通過各種渠道進入車內。人員的龐雜及其上下流動性較大，對車內塵埃濃度有很大的影響。再加上煙霧中含有大量的煙塵微粒，使可吸入性微粒也成為車內空氣品質必要的衡量指標。空氣微生物，地鐵內空氣中細菌的來源很多，必須選定一個指標來反映空氣微生物的污染情況。室內空氣細菌學的評價指標技術一般多采用細菌總數。我國仿照日本采用多層降菌法，以菌落數判定空氣清潔程度。根據人體衛生要求，在每立方米的空間負氧離子含量不少于400個，否則人就會感到不適。當負氧離子濃度達到一定程度，可降低車內的飄逸的煙塵、CO2含量、細菌數目等，也可消除懸浮的微生物、車內有害氣體、霉菌，并抑制細菌滋生，改善車內的空氣品質。考慮到列車人員密度極大的特殊情況，有必要將其作為衡量車內空氣品質的指標之一。在風機送入新風的同時，也帶了一定的灰塵顆粒，從而也加速了隧道內環境的惡化。在地鐵車輛的新風問題上，一定程度上限制了車內新風量的攝取。新風量注重“量”的要求，更要注重“質”的要求。新風利用率更加顯得注重風的質量，因此，就需要在新風進地鐵時，進行必要的處理。3.4系統通信通信網絡是地鐵行車指揮、運營管理、行政辦公等有關部門和有關工作人員使用的通信設施，以及支持這些設施所需的相關網絡，是各個系統所必需的，一個良好的通信系統直接影響著人身安全和系統的安全，它在整個系統中起著信息傳輸的重要作用。3.4.1控制器與現場設備的通信可編程控制器（PLC）是一種數字運算與操作的控制裝置。PLC作為傳統繼電器的替代產品，廣泛應用于工業控制的各個領域。由于PLC可以用軟件來改變控制過程，并有體積小，組裝靈活，編程簡單，抗干擾能力強及可靠性高等特點，特別適用于惡劣環境下控制運行。當利用變頻器構成自動控制系統進行控制時，很多情況下是采用PLC和變頻器相配合使用。PLC可提供控制信號和指令對系統進行通斷。一個PLC系統由三部分組成，即中央處理單元、輸入輸出模塊和編程單元。PLC與變頻器之間采用主從方式進行通訊，PLC為主機，變頻器為從機。1個網絡中只有一臺主機，主機通過站號區分不同的從機。它們采用半雙工雙向通訊，從機只有在收到主機的讀寫命令后才發送數據。在通訊中常采用RS232或RS485進行通訊，由于RS485傳輸距離遠的特點，所以在這里采用RS485進行通訊。單一的RS485最多可以連接31臺變頻器，系統可以采用廣播通訊的方式或根據各變頻器的地址找到需要通訊的變頻器。其中需要有一個主站（PC，PLC或其他控制器），而各個變頻器作為從站。如圖3-9所示，其形象的表述了主機與從機的控制關系。圖3-9PLC控制風機示意圖3.4.2控制器與上位機通信控制器與上位機通訊系統主要由上位機(計算機)、PLC和連接電纜組成，計算機與PLC之間采用串口通訊.由于OMRONPLC本身帶有RS-232接口，因此，在RS-232電纜與計算機之間直接用三線制連接(或直接用OMRONPLC自帶的通訊電纜XW2Z-00S).根據通訊協議，上位機向PLC發送一定的指令，PLC接收指令，并返回一定的指令，若通訊成功則執行相應的操作。整個通信系統采用上位機主動的通信方式，PLC內部需要用特定的梯形圖編程語言作下位機程序，因此，可以實現動態實時自動控制.上位機與OMRONPLC的通訊以使用命令(command)和響應(response)進行發送和接收，當上位機給PLC發送一定格式的數據命令時，PLC對接收到的數據進行分析判斷，并返回一定格式的數據，若指令正確則做出相應的響應。4系統下位機軟件設計合理的軟件結構，是設計出一個性能優良的通風控制系統的基礎，在程序設計方法上，模塊化程序設計容易完成，便于調試，可供多個程序共享。軟件結構設計和程序設計方法確定后，根據系統的功能，首先畫出程序粗略的框圖，通過對框圖進行擴充和具體化，得到詳細的程序流程圖，然后編制具體程序。本次程序設計主要是根據圖4-1來進行程序流程圖的設計，在編寫控制器程序也會依照此控制框圖來進行，故此，程序框圖對功能葉有著重要的影響。圖4-1程序控制結構示意圖4.1下位機的控制方法隧道通風控制系統多數時間處于自動運行狀態下，其控制原理的選擇很重要，這關系到隧道內的廢氣和煙塵是否能及時的排出。在本通風控制系統中，以CO2濃度值作為主要的控制對象，采用閉環控制系統中常應用負反饋控制方案。該方法是通過分布在隧道CO2濃度檢測器檢測地鐵環境中的CO2值和煙霧檢測器檢測的煙霧濃度值，將隧道內的當前的污染濃度(CO2值，煙霧濃度值)與控制目標值相比較，以不超過目標值為原則，經計算處理后，給出控制信號，對風機運轉組數進行控制。在這種控制方法下，考慮到火災情況下，空氣中的煙霧濃度以及CO2濃度突然增大的情況，在這里加入了緊急閾值，即在火災時，首先通過把空氣煙霧濃度以及CO2濃度與設定值比較，在大于設定值時，在于緊急閾值比較，如果比緊急閾值大，則認為發生了火災，則馬上進入報警模式和火災通風模式，從而把損失減少到最小。現代控制技術已經較為發達了，在很多系統中都應用到了控制理論。本次的通風控制系統是建立在控制理論之上。圖4-2是本次應用的相關的方塊圖：煙霧濃度方塊圖，在系統中，先根據在人地鐵環境中生理反應設定CO2濃度設定值，再通過對排風口處CO2濃度的檢測返回值與設定值比較之差作用于控制器，控制器根據比較結果來控制變頻器，進而控制風機，以最終達到調節環境煙霧濃度的目的。在控制過程中，又有相關因素的影響，如新風量和回風量，在這控制室可做忽略，只在整體通風式進行處理。圖4-2煙霧濃度控制方塊圖4.2系統軟件流程圖設計程序流程圖是人們對要解決問題的方法、思路或算法的一種描述。它在控制系統中著承接硬件和軟件的作用。4.2.1PLC編程步驟PLC梯形圖的設計分為如下幾步:l)分析問題，明確所要解決問題的要求和目標2)確定控制過程時序流程圖3)確定采用的編程語言和算法子程序4)根據流程圖和輸入輸出參數編制PLC邏輯控制程序5)總裝調試:通過PLC編程器輸入程序，按照硬件設計圖現場接線并調試4.2.2軟件流程圖本次系統以CO2濃度為主要控制參數，以溫度和煙霧濃度為輔助控制參數進行控制。當CO2濃度在正常范圍內時，自動進入溫度和煙霧濃度控制模式，圖4-3和圖4-4為本次的CO2濃度軟件設計流程圖。圖4-3CO2濃度調節流程圖圖4-4溫度控制流程圖4.3系統下位機控制程序設計在本次程序設計中，首先從現場實際出發考慮問題，是系統具有多項功能，操作合理化，能源節約化。首先，在設計時，使控制器具有三種操作方式，即：自動運行方式，手動運行方式以及緊急運行方式，以確保對地鐵隧道環境狀況的絕對檢測與控制。在本次控制系統中用到了四個控制器，雖然使用到了多可PLC控制器（使用多個控制器在對地鐵這樣的場所來說有一定的不合理性，但是使用多個控制器可以在不同的區間根據不同的情況做出不同的控制策略，在緊急情況時，可以做出緊急處理）。表4-1是本次程序的I/O端口分配說明（四個控制器程序相同）。表4-1控制器I/O端口說明輸入端口輸入端口說明0.00自動運行啟動0.01自動運行停止0.02手動運行啟動0.03手動運行停止0.04緊急啟動0.05緊急停止200.03CO2正常為輸入200.02CO2異常為輸入200.06CO2警戒為輸入200.05節能輸入輸出端口輸出說明10.00節能輸出10.01一號速度10.02二號速度10.03三號速度4.4系統軟件程序設計對于一個控制系統來說，程序就是系統的控制核心，在程序里面設定了控制系統的控制要求，以實現現實環境的控制，系統軟件程序設計見附錄。

5基于KINGVIEW的組態監控系統科技的進步帶動了工業自動化歷史的進程，從某種程度上說，又是一次新的革命。在現代遠程控制技術中，組態軟件已經成為一種趨勢，它在遠程控制系統中擔當者不可或缺的作用，圖5-1是組態的工作界面。圖5-1組態王初始界面在進入組態王功能界面后，選中自己要打開的工程或新建工程即可進入到圖5-2界面中，組態王的軟件開發就是在這里進行的。圖5-2組態王開發界面5.1上位機軟件說明組態王(KingView)是目前國內比較流行的一種國產工業自動化通用組態軟件，適用于中小規模工業監控機，價格低廉。組態王配有加密鎖，支持工程加密；驅動程序較為豐富，如支持DDE、板卡、OPC服務器、PLC、智能儀表、智能模塊等；支持ActiveX控件、配方管理、數據庫訪問、網絡功能、冗余功能。其擴展性強，可與管理計算機或控制計算機聯網通信。5.1.1KINGVIEW功能及特點 組態軟件主要用來組成監控和數據采集系統。使現場的信息實時地傳送到控制室。保證現場操作人員和工廠管理人員都可以看到各種數據。管理人員不需要深入生產現場，就可以獲得實時和歷史數據。優化控制現場作業，提高生產率和產品質量。組態王擁有豐富的工具箱、圖庫和操作向導，簡單易學，在工業控制中應用廣泛，具體來說，它具有以下特點：1）實驗全部用軟件來實現，只需利用現有的計算機就可完成自動控制系統課程的實驗，從而大大減少購置儀器的經費。2）該系統是中文界面，具有人機界面友好、結果可視化的優點。對用戶而言，操作簡單易學且編程簡單，參數輸入與修改靈活，具有多次或重復仿真運行的控制能力，可以實時地顯示參數變化前后系統的特性曲線，能很直觀地顯示控制系統的實時趨勢曲線，這些很強的交互能力使其在自動控制系統的實驗中可以發揮理想的效果。組態王作為當前一種流行組態軟件，其具有以下幾大功能，這些功能使得自動化控制有了很大的提升和進步。1）畫面顯示：通過組態王監控軟件對現場設備進行組態，設計模擬畫面，對現場設備狀態進行顯示，并可以通過畫面對設備進行遠程控制。2)監控實時數據：通過開發環境對各個采集數據點參數設定規定了數據的有效性及報警條件以及采集速度等性能，在畫面上可以對這些數據進行實時顯示，或者操作人員通過畫面中的畫面操作，手動設定個數據參數，并下發到PLC實現數據采集和控制的目的。實時采集的數據也是畫面動畫生成的依據。3)歷史數據管理：根據開發環境中對數據屬性是否進行存儲以及如何存儲的設定來對采集的數據進行數據管理，通常以變化情況或時間進行存儲，以備查詢分析所用。4)故障報警管理：各設備均設有故障信號點，該系統設計了故障顯示畫面，并在綜合顯示圖中也會根據報警信號對設備進行顏色變化或閃爍等形式的報警顯示，配合語音和聲光報警，及時提醒操作人員故障發生，并且提供了報警數據存儲功能，以備事故追蹤和分析。5)報表管理：根據用戶定義的格式生成報表，并可以自定義輸出方式，或是進行存儲或是定時進行打印，或者根據操作人員需要進行報表的輸出和打印。6)事件記錄：該系統具有用戶管理功能，當然也具有權限管理，因此操作事件將通過事件記錄方式進行備份，用戶操作信息將被如實記錄，用于事故追憶；內部事件如數據發生某種特定事件也將被記錄在內進行管理，并可以輸出打印。7)數據庫接口：該系統具有數據庫接口，支持SQL、ODBC、OLE等應用程序，具備開發性實時數據能接受任務的訪問并與其進行數據交換。8)網絡功能：具有網絡接口，可以接入全場信息管理系統，進行信息共享。5.1.2組態王軟件控制的基本流程在應用組態控制時。需要先對對系統的整體布局做一個整體的設計，這樣可以統領整個系統的系統控制界面規劃，以便做到良好的控制。在使用組態王時，首先明確其基本的操作順序，這樣才能更好的完成系統設計。以下是組態的一般使用操作順序：1)圖形界面的設計2)構造數據庫3)建立動畫連接4)運行和調試5.2系統工程安全設置在組態控制系統中，首先要設置主畫面，在主畫面中應有整個系統的所有子畫面，以便在控制中進行手動切換；同時，還應考慮到非工作人員時，有非工作人員對系統的誤操作，進而產生不良的后果，所以就需要設置系統工作人員登錄界面，同時，在可登錄的人員中還應設置優先級，來限制非系統級的工作人員對系統進行的誤操作，進而減少系統的誤操作率，從而把損失降到最低。最后還要對系統進行系統加密設置，防止有關信息的外流。圖5-3是關于組態王工程的加密初始設置，它直接影響著工程的安全性，對于與它對應的系統也是十分重要的。圖5-3系統加密初始設置在系統有密碼當然就有用戶的操作優先級，這個優先級的設定可以防止工作人員以及非工作人員的設定。對一個系統而言，良好的工作穩定性以及控制方式十分重要的，但是系統的操作安全性也是不容忽視的，圖5-4和圖5-5詳細的表述了用戶的設定以及優先級的設定。圖5-4系統管理員優先級設置圖5-5系統運行員優先級設置任何一個控制系統都會有一個登陸主界面，且該主界面可以切換到相應的子畫面，從而對相應的控制部分進行控制。在主畫面設定值時也需要做一些相應的工作，圖5-6展示了本次控制主畫面所做的畫面設計工作。在控制系統主畫面完成之后，就需要對各個按鈕的功能以及系統的各個部分進行功能設定，以充分的檢測與對電氣設備的控制。圖5-6系統登陸畫面5.3系統畫面及畫面安全設計在系統登錄畫面中包含了四個字畫面，這四個字畫面設有對整個隧道空間的環境進行檢測的檢測器以及執行控制器的執行部件，即風機以其他輔助設備。區間隧道A區畫面設計，在畫面設置中，需要一些電氣設備以及一些開關設備等，在對開關量的設定時，需要根據實際操作要求設定開關量的安全區以及它的優先級，這樣做可以提高操作安全性，在非操作員以及非本地區間操作員操