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摘要：近年来，地铁综合监控系统（ISCS）得到了迅速发展。ISCS深度集成电力监控与数据采集（PSCA-DA）系统、环境与设备监控系统（BAS）等子系统，互联接入了信号（SIG）系统、自动售检票（AFC）系统等子系统专业，实现了信息共享和专业融合，以及在统一的平台上可对各个子系统实施监控。
关键词：地铁环境；设备监控系统；节能控制；设计与实现
1导言
为保证地铁站厅、站台层适宜的温湿度和通风环境，目前地铁车站对风水电相关机电设备的调节控制主要由BAS实现。传统的BAS主要依赖PLC（可编程逻辑控制器）对风水电机电设备进行人工控制以及时间表控制、焓值自动控制、风机变频调速等自动调节控制。PLC具有按照时间片进行扫描的快速顺序控制能力，因此这种监控方式更适用于需要快速响应的小滞后、小惯性系统，例如流水线和锅炉的控制。而地铁车站属于大滞后、大惯性系统，其具有空间大、系统不密闭且与外界联系环节众多等特点，所以采用PLC实现地铁车站的自动调节控制有其自身的局限性。而ISCS本来就接入了地铁车站环境所需的BAS、AFC系统、SIG系统等子系统专业数据，能够充分结合地铁车站的列车进出站和人流信息，以及BAS通过传感器获取的站厅和站台温湿度信息，进行周期性的焓值控制运算、风机变频调速控制运算来实现BAS专业设备的自动调节控制，从而达到既降低能耗，又能为乘客提供优质乘车环境的目的。
2地铁环控系统构成
地铁环控系统主要由隧道通风系统、大系统、小系统、车站空调水系统等组成。ＢＡＳ 系统将上述环控系统设备接入，通过时间表 ＋模式控制的方式实现对环控系统设备的控制。对处于闭环控制系统中的设备，如变频风机、电动二通阀等设备，为减少大滞后、大惯性系统震荡，一般为开环控制。而上述 ＢＡＳ 系统在国内大多数线路的运营方式，仅仅满足了灾害工况下的联动需求，以及正常工况下的远程操控需求。而正常工况下的节能、舒适性需求，往往由运营人员的运营水平决定，ＢＡＳ 系统发挥的作用往往并不大。如何在降低运营人员专业化门槛的需求条件下，提高ＢＡＳ系统的自动化运营水平，提高车站的节能指标，降低环控系统的能耗，将在下文重点进行阐述。
3BAS节能控制设计
3.1节能控制公式定义
利用ISCS的组态公式定义工具定义不同的节能控制公式，每个节能控制公式包含不同的自动调节计算的入参和自动调节控制运算LUA脚本。LUA脚本是一种轻量小巧的脚本语言，采用标准C语言编写，其设计目的是为了嵌入应用程序中，从而为应用程序提供灵活的扩展和定制功能。LUA脚本的轻量级和可扩展性使其可以方便地和C语言互相调用，非常适合实现不同的自动调节控制运算。本文中LUA脚本用于实现焓值自动控制计算逻辑和风机变频调速自动控制计算逻辑。
3.1.1焓值自动控制公式
焓值自动控制公式可实现焓值自动控制计算。输入为新风温湿度、送风温湿度和站台温湿度，输出为下发模式号。焓值自动模式运算实现方法为：①根据新风温湿度计算焓值iw；②根据站台温湿度计算焓值in；③根据送风温湿度计算焓值io；④根据以上焓值计算值及表1得到待执行的模式。
3.1.2风机变频调速自动控制公式
风机变频调速自动控制公式可实现风机变频调速自动控制计算。其输入为自动变频调速计算所需的室内外温湿度、上周期室内外温湿度、当前风机运行频率、当前水系统电动二通阀的阀门开度及设定温度，输出为风机频率和二通阀开度。根据前述风机变频调速模糊计算得到U（模糊控制变量），设定每0．5h进行一次控制干预，则：
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式中：
ΔQ———控制干预量；
ts———站台平均温度；
t0———车站送风温度；
f———车站送风机运行频率。
分下述几种情况对风机频率、二通阀开度进行干预，具体如下：
1）当ΔQ＞0，t0＞td（车站露点温度）时，二通阀开度增加k•ΔQ，风机频率增加k•ΔQ（k为控制干预参数，取0.8）。
2）当ΔQ＜0，t0＞td时，风机频率减少ΔQ/k。
3）当t0＜td时，需要提高送风温度及增加送风量。通过计算可知，二通阀开度减少k•Δt0，风机频率增加k•Δt0。其中，Δt0=（td－t0）/td。
3.2 BAS 节能控制运算设计
ISCS 是一个通用平台，而 BAS 机电设备的节能控制可能包括焓值自动控制计算、风机变频调速自动控制计算等不同的运算，并且需要动态引入不同的运算参数。考虑到 ISCS 中 BAS 自动调节控制功能的可扩展性，本文的设计方案利用 LUA 脚本实现焓值自动控制运算及风机变频调速自动控制运算，并可以扩展其他算法，以 C++ 动态库的形式提供焓值计算和变频调速运算算法库，以 C 函数的形式供 LUA 脚本调用。BAS 节能控制运算可以调用 LUA 脚本以实现不同的运算，详细计算流程如图 1 所示。
3.3 BAS 节能控制服务设计
ISCS 后台节能控制服务是综合监控服务器的常驻进程，包含周期性调用节能控制运算和运算后的调节控制命令下发两部分。在 BAS 节能控制运算中，依据式（5）定义周期性调用自动控制公式计算。由于地铁车站属于大滞后、大惯性系统，可随时自定义运算周期，运算周期以 min 为单位。详细服务流程如图 2 所示。
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图 1BAS 节能控制运算流程
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图 2BAS 节能控制服务流程
BAS 还支持将计算输出结果作为当前建议模式、当前建议风机频率、当前建议二通阀开度输出到人机界面上，用户可结合现场实际的环境数据，决定是否启用自动节能并验证节能效果，如图 3所示。
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图 3BAS 节能控制人机界面
运算后的调节控制命令通过 ISCS 和 BAS 子系统的接口下发给 BAS 的 PLC，再下发到具体的设备，并可由用户决定是否下发自动调节控制。传统 BAS系统的 PLC 仅起到上传采集信息、下达调节控制命令的所用，而自动调节控制完全在 ISCS 层面实现。调度员能够通过 ISCS 更好地结合现场客流、列车、天气、节假日等综合因素，考虑是否实行节能控制，从而更好地满足地铁环境温度的需求。后续还可结合能源管理系统的数据，分析采用自动节能措施前后的电能消耗数据对比，调节自动调节控制参数，选用最佳的节能措施，以期达到最佳的节能效果。
4结语
目前，该设计方案已经安全稳定地运行在贵阳轨道交通 1号线 ISCS 中，逐步替换了原先的环控时间表控制方式。相比于人工下发模式控制及风机、空调频率调节，新的节能方案根据现场实际环境状态进行动态调整，而不是依据预先设定的控制计划，有效节省了由乘客客流低谷、天气变化或者列车调整等情况带来的能源浪费，具有较为明显的节能效果。当然，此方案还需结合车站的实际环境，对自动节能控制算法进行优化，并且有待现场长期运行检验，以期达到更佳的节能效果。
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