谈南京地铁1号线风机控制柜PLC的升级.pdf

谈南京地铁 1 号线 冈机控制柜 P L C日 g 升级 杨思甜 摘要 介 绍南京地铁风机控 制 系统P L C 可编程控制 器升级改造的 成功实施 ，着重 阐述通过 P L C控制风 机运行存在 问题 的解 决，实现 了 地铁风机在 火灾运行情况下遇 电源切换 时风机 自动启动功 能。 关键词 可编程控 制 器；风机 ；变频 器 1 通风系统概况及存在的问题 南京地铁 1号线车 站公共区制 冷空调系统与通风系统 兼排烟 ， 简 称 大系统 ，每站两 端均设 回排 风 机 ，各负责一半公共区 的通风 ，2 4 h运转 ，正 常情况下 向站 台站 厅送 风 ；在火灾时兼做排烟风机 ，当站 台 站厅 层发生火灾时 ， 关 闭站 台 站厅 层 送风系统及站 台 站厅 层 回排风机 ，由站台 站厅 层 回排风 机将烟雾 经风井排 至地 面 ；必要时 事故风机与排 热风机一 并排烟 。 南京地铁 1号线设置 区间隧道 通 风系统 ，用于 区间隧道活塞通风 以及机械通风 ， 在 隧道火灾 、 隧道 阻 塞等各种工况 下兼有排 烟功能 。系 统 采用可 逆转耐高温轴 流风机 TVF风机 ，安装在车站 两端 ，每端 设 2台，分别对应上 、下行线区间 ， 通过组合 风阀的开阀控 制实现多 台 风机 串并联运作 或互为备用。在正 常情况下 ，TVF风机每 天开启 隧道 早 晚通风模式 ， 以排 除空气异 味， 改 善 空 气 质量 ；在车 站 或 隧道 火 灾 时，通过 T VF风机正转或反转 ，进 行 隧道不同方 向排烟 。通 风系统的 控 制方式 以自动控制为主 ，手动控 制为辅 。 正常运营工况时 ， 通风控制 一 般设 定在 自动控制方式 ，根据 地 铁运 行相 应的通风模式指令控 制风 机 的开启 。手动控制可 以单独对 每 台风机 的启 、停实施人工控制 ；也 可以通过手动操作软件人 机交互界 面 ，由控制系统发 出控制信 号的方 式进 行 。 TVF事故风机及 回排风机控制 柜 内P L C均为施耐德NE Z A系列产 品 ， 该产 品在 l 号线开通运营的 3 年 内 ，由于 P LC内部 的直流 2 4 V电源 模块 问题 ，频繁造成 PLC损坏不能 正常工作 ，陆续更换 1 0多台。现设 备 已出质保期并且该系列 P L C产品 厂家 已停产 ，备件难 以采购。 在 l 号 线供 电停 电检修 和停 电 演练时 ，回排风机和事故 风机控制 柜在运行过程 中，柜 内P LC曾发生 主 电源失 电切换备用 电源 后风机停 杨 思甜 南京地 下铁道 有限责任 公 司运营分公 司，工程师 ，南京 2 1 o o 1 2 0 M O D E R N U R B A N TR A N S IT 4 ／ 2 0 0 9坝 代 城 市 轫 垣 交 厦 机 的情况 ，而此时 P L C由于扫描周 期小 于双 电源切换时 间 ，无法检测 到瞬间断 电，输 出状态仍保持 与断 电前一致 ，也就是说 PL C没有 重新 执行一遍程序 ， 再起风机 。 但后台监 控反 映风机工作一切正常 ，而实 际 情 况是 风机没有重新启动 。如果此 时发生火 灾， 风机不能排烟 ， 将影响 人员疏散安全 。 在 B A s系统 中，变 频器作为 PL C控 制 的一个控 制 网络 节点 出 现 ， 目前 回排风机在停机后 ， 其控制 柜 内变频 器停 止且 处于掉 电状 态 ， 导 致变 频器网络节点刷新 不到 ，从 而在 B AS 系统工作站界面 中会提示 网络控 制节点故 障，容 易将真 正的 P L C网络故 障与其相混淆 ，从而引 起监控人员 的判断错误 ，给 BAS系 统运行安全带来 隐患 。 2 改造方案 针对 PLC存在 的缺 陷，与厂家 技术人 员认 真研究 讨论 改造方 案 ， 考虑 到事故风机在火灾情 况下 的关 键作用 ，因此 ，先将事故风机控制 柜 内PLc更新为 TWI DO系列换代 产 品 ，考虑费用 因素 ，将 更换 下来 的NE ZA系列 P LC用做 回排 风机的 备件 。 TWI DO系列 PLC是新一代产 品 ， 具备 断电重启 功能 ， 同时修改了 相 应的控 制线路 ，对 P LC程序进行 了升级。TWI DO是 由l 0 ～2 6 4个输 入 ／ 输 出组成 的标 准应用 系统 ， 安装 简易和小巧紧凑 ， 有一体型 1 0 、 1 6 、 2 4 、4 0 点 和模块型 2 0 、4 0 点 两种本体模块 ， 可满足不 同需求 。 最 大可 以扩展 7 个模块 ， 最大输入 ／输 出点数可 以达到2 6 4 点。 Twi d o S o f t 是一种 图形开发环境 ， 用于创建 、 配 置和维护 TWI DO系列 PLC的应用 程序 。 改造项 目选用 TWI D0系列 的 TwDLCAA4 0 DRF一体 机 ，在程 序设计 时 ，利用 TWI DO系列 PLC 的热启 动工作原理 ，重新 扫描一遍 EE PROM／ FL ASH应用程序 重启 风机 ， 即检查本体控 制器上 的I ／O 连接 。 以下过程可 以确保I ／O连接 。 1 测试时， 控制器需要处于未 配置状态 。步骤 为添加操作显示 ， 按住 E S C并重新启动控制器 。控 制 器重新启动后 ，操作显示 “ NC F ” ； 在 T wi d o S o f t 程序 中， 从 “ 控制器 ” 菜单 发出更新命令 。 2 控制器处于未配置状态后 ， 将系统位 ％ S 8 设置为 0 。处于状态 0 时 ，控制器输 出将保持 现有状 态 。 3 通过 激活每 个外 部传感 器 来检查 输入 。通过直 接观察和使 用 T wi d o S o f t 程序 的 “ 操作控制器 ” 对 话框 ，检查相应位 的每个 输入 L E D 是否更改状态 ． 。 4 通 过将对 应于 每个输 出状 态设置为 1 来检查 输出。 通过直接观 察和使用 Twi d o S o f t 程序 的 “ 操作 控制器 ” 对话 框 ， 检查相 应位的每个 输 出 LE D是否更改状态 。 5 将系 统位％s 8 设置为 l ， 通 过 下载有效 的用 户应用程序 ，可 以 自动完成该 操作 。 考 虑 到 Tw DL CAA40 DRF 本体 Q0． 0和 Q0 ． 1 这 两 点 为直 流 2 4 V输 出， 带载能力小 ，因此 ， 增加 TWDDR8 RAT扩展单元 ， 用Q1 ． o , l l Q1 ． 1 交流输 出代替 。同时 ，为 防止 正 反转切换 时误 操作 ，在 程序上增 加一 步正反转切换时间指令 。 图 l和 图 2分别 是 回排 风机 的 控 制 回路修 改前后 原理 图。改进体 现 在 将 图 1中的 4 9 点 与 K M 1 断 B AS辅人 牺出佰g - 风机 变频运行 ， 风机直接起动显示 风 机 直 接 起 动 L 变 频 运 行 显 示 ． ⋯， L 一 竺 风 机 停 止 显 示 变 频 运 行 3 8五 K A I 49 葚 作 反 馈 lH 々 一／ 一 。 一一 是 鳖 起 动 茎 运 行 信 号 {L 一 旦 喾 报曾 现场工作信号 { 三} A 停止控制 - _ } } B A S 耍频起动 控制 远控工作信号 _ _ } } B A S 风 机直接起动 机 停 『 信 号 图 1 原 回排风机 控制原 理 图 丁 x 小 冒 开 ，KMl 和增加 的中间继 电器触点 KAl 2连接构成一控 制 回路 ；同时 变频运 行信号显 示取样 原 7 6和 7 8 点之 间的 KM1变为 KM2；风机直 接起动运 行 回路 中 5 3和 5 4两个点 之 间的KM1 进行短 接 。 这样一来利 用交 流接触器 KM 1 的辅助触 点在 双 电源切换 时 KMl 断电 的状态 翻转触 发P L C 程序 重新执行启动 回 排风机 。 在 P L C的外部控制 电路增 加 中 间继 电器 KAl 2， 如 图 3 中红色标识 所示 。其功 能是取 PLC的 1 0 ． 9输入 点 ，输 出Q1 ． 0 ，上 电后 KMl 检测信 号5 s 无故 障， KA1 2 线圈得 电， KA1 2 触点闭合 ， 使主接触器KMl 吸合 ， 变 频器在停机状态带 电，这样 B AS系 统控制 网络节 点故 障可 以消除。 相 应地 ，在 回排 风机控制 程序 上 也增 加 了几步 程序 ，在控制 输出 点 ％Q 1． 0的 中间量 ％M 6前 加了 ％I O ． 9 的常闭点 、 ％M8 1 直接启动 中间量 的常闭点 、％M4 故障 中 间量 的常闭点 ， 用于连锁并保护变 频器 的安全运行 ，使之在 风机 直接 启动 时KMl 接触器跳开 ， 变频器失 风 机 要 频 仃 B AS输入 输出信号 风机直接起 动运行 ． 坐 风机直接起动显示 风 机 变 频运 行 信 号 L ； 变 频 运 行 显 示 三 风机停止显示 蹇 警 起 动 L 一 皇 l_ 现 场 ／ 远 控 工 作 反 馈 压 仃 信 号 j L一 故障报警 现 场工作信号{ L 塑 轴温报警 远 控 工 作 信 号 差 } 霎 控 制 卡 ， 十 ● ⋯z ]I fⅡ_J 风机 停止信号 七三 j B A s 风机直接起动 轴 温报警 信号 故 障信号指示 图 2 修改后回排风机控制原理图 l 贝 代 城 市 辄 懂 交 匾4 ／ 2 0 0 9 M O D E R N U R B A N TR A N S IT 0 KAl K A2 K A3 K A4 KA5 KA6 KA7 KA8 KAl 2 B AS 停止控制 B AS 变频起动控制 B AS 风机直接起动 图 3 P L C外部控制电路 ①远程现场模块 ②现场停止按扭 ③现场变频起动按扭 ④现场直接起动按扭 ⑤ KA 9 继 电器接点 ⑥ KA1 0 继 电器接点 ⑦轴温超 限关机 ④断相故障信号接点 ⑨备用 备用 KA 继电器接点 报警复位 远控报警复位 各输入输 出继 电器的功能分配 KA1 1 继电器接点 KA1 现场工作 KA2 远控工作 KA3 轴温报警 KA4 故障信号 KA5 停止信号 KA6 风机变频起动停止控 制 KA7 风机变频起动控 制 KA8 风机直接起动控 制 KA9 远控 停止 KA1 0远控 变频起动 KA1 i B A S风机直接起动 KA1 2控制 KM1 电， 而在风机停机状态 下， 只要无故 障 ，输 出变频器始 终上 电，从而使 BAS系统工作站检测到 当前变频器 的状 态。 3 结束语 通过风机控制系统 P LC的升级 改造 ， 优化 了控制程序 ， 进一步完善 了控 制系统 ，解决 了以往 回排 风机 和事 故风机在火灾情况下遇 电源切 换 时风机不能 自动启动和B AS 系统 控制 网络节点故 障问题。 收稿 日 期2 0 0 9 - 0 3 1 6 上接第3 3 页临时运行依据 ， 根据 实际运行经验 ，此数值能保证安全 运行 。 随着运行时间延长 ， 潮湿度改 善后 ，绝缘 电阻逐渐增加。 另外 ， 在地铁建设及运 行中 ， 会 产生许多尘土和金属微颗粒 。这些 尘土和颗粒可能会附着到绝缘板和 开关柜的缝隙 中，影响直流设备 的 绝缘 。 另外 ， 绝缘板绝缘性 能随着 时 间增 长也会逐渐老化降低 ，这些也 都会降低绝缘安装性能。 4 改进绝缘安装的建议 针对影 响直流设 备绝缘性能 的 问题 ，可以对 其安装方法进行某些 改进 。 例如 ，利用支持 绝缘子固定开 关柜 的基础槽钢 图 3 ，基础槽钢 A与地面保 持水平 ，基础槽钢 A与 地 面 之 间 的 间 隙尽 量 保 持 在 约 5 mm左右 图4 ， 在铺绝缘垫时 ， 可 将此缝 隙覆盖 ，这 样可以降低缝 隙 对直 流开 关断路器小 车 移动 的影 响。基 础槽钢 A 比开关 柜宽度 、长度 尺寸各大 l 0 mm。 采用这种安装方法 ， 增加 了开关柜 的绝缘水 平 ， 并且容易维护 ， 提 高 了地铁 牵 引运行 安全 能 力 ，解 决 了变 电所验 收 时绝缘 较低和运 行后 绝 缘板 老化绝缘 降低 的问 题。 采用这种方式 ， 取 消 了绝缘 板 ，但增 加 了基 础槽钢 的使用量 。 图 3 开关柜 安装方式 正视 开 关 柜 r l’’ t l’ ’’ ’’l ll tu 一 一n⋯⋯⋯⋯⋯川⋯ ， 至 8 ／ I． ．． ．．． ．．． ．． ． ． ．． ．． ．-_ J 地 面与槽钢缝 隙 5 mm 参考文献 图 4 开关柜安装方式图 侧视 [ 1 ] 于松伟 ，杨兴山，韩连祥 ，等． [ 3 】D B1 1 ／ T 3 1 1 ． 2 - 2 0 0 8 城 市轨道 交 城市轨 道 交通供 电 系统设计原 通工程质量验收标 准 第2部分 理 与应 用． 成都西南交通 大学 设备安装． 出 版 社 ，20 0 8． [ 2 ]GB 5 0 2 9 9 ． 1 9 9 9 2 0 0 3年版地 收稿 日期 2 0 0 9 0 6 _ 1 7 下 铁 道 工 程 施 工 及 验 收 规 范 ． 0 M O D E R N U R B A N TR A N S IT 4 1 2 0 0 9坝 代 堪 市 辄 厦 交 迥