CN106524377A - 一种地铁多站点风机节能方法 - Google Patents

一种地铁多站点风机节能方法 Download PDF

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江旭
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Abstract

本发明公开了一种地铁多站点风机节能方法，应用于城市轨道交通的站台风机定时启停时间与启停频率的方法，其特征在于：节能策略的选择：a)风机变频节能策略，通过列车实时到站信息，全动态调整排热风机的频率；b)风机启停节能策略，通过分析列车计划时刻表，启停站台大系统风机；联动系统的架构：分为前台HMI画面、数据结构、后台程序、接口协议。本发明的方法能够减少风机能耗，起到绿色节能的效应。本发明以地铁综合监控系统为主控平台，以信号专业的列车时刻表以及列车实时状态为依据，通过时间递归射算法和通用的联动接口程序为驱动并经过了一系列详细的联动调试，能够应用于各类轨道交通站下环境控制。

Description

一种地铁多站点风机节能方法
技术领域
本发明公开了一种应用于城市轨道交通的站台风机定时启停时间与启停频率的方法，具体而言，涉及一种地铁多站点风机节能方法。
背景技术
随着地铁的普及，地铁能耗问题已经逐渐进入人们的视野，根据在中国大部分已开通地铁城市进行的能耗统计分析，在实际运行过程中，环境控制系统(BAS)的能耗是所有地铁系统里面最高的，而在环控系统里的几个子系统里，如：风系统、水系统等，空调与机械通风(风机)能耗占据整个环控系统的50％，在全部地铁能耗中占相当大的比例，甚至超过了列车的牵引能耗。因此，如何减少风机能耗就是重中之重。
目前几乎所有的地铁设计中，风机系统设备容量均按照远期高峰客流要求配置，在初近期由于客流量远未达到设计值，系统节能潜力很大。
现有技术缺陷：
目前针对风机系统的能耗，大部分都不是从其源头开始降低，而是在过程中才考虑降低，例如通过通风管道的设计改进来降低能耗损失、利用全封闭式屏蔽门系统把隧道和车站隔成两个空间来降低能耗损失等。以上这些都属于事中处理方式，而更有效更直接的方式则是事前处理，也就是把控住风机启停的具体时间点。但是在地铁运营的早期阶段，由于地铁各个专业之间的信息沟通不畅，环控专业无法得知列车到站的准确时间等，因此只能通过手动启停风机的手段，风机频率的调整主要针对的是不同的工况以及季度时期等，还是属于半动态调整频率。这样一方面启停时间不够精确，另一方面还浪费了大量的人力物力。
近几年在综合监控专业把各个地铁专业进行互联与集成之后，各专业信息共享，尤其是能够获取到信号专业的列车时刻表和列车预到站实时信号，但是时刻表目前的作用主要是：优化列车时刻表，调节列车启动，制动情况，增加制动能量被启动列车吸收利用效率，减少其在制动电阻上的消耗，主要考虑的是电能的消耗。针对列车预到站、到站联动，主要还是实现了广播专业(PA)、乘客信息系统专业(PIS)的集成，主要考虑的是功能性实现，而对于节能性没有进行深度挖掘。
发明内容
针对现有技术中存在的缺点，本发明的发明目的主要是解决如何把列车信号系统与环境控制系统进行深度集成，通过分析列车计划时刻表、列车实时时刻表以及列车实时预到站信息等，调整各类风机的启停时间与频率，做到节能最大化。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种地铁多站点风机节能方法，应用于城市轨道交通的站台风机定时启停时间与启停频率的方法，其特征在于：
节能策略的选择：a)风机变频节能策略，通过列车实时到站信息，全动态调整排热风机的频率；b)风机启停节能策略，通过分析列车计划时刻表，启停站台大系统风机；
联动系统的架构：分为前台HMI画面、数据结构、后台程序、接口协议。
所述风机变频节能策略，风机的变频只要针对排热风机而言，地铁在隧道内进站后有以下几处排热：列车上部冷凝器排热，刹车时与铁轨摩擦生热，隧道内活塞风；地铁轨行区上下排热风机的变频运行，地铁隧道温度的模拟计算是按照满足远期隧道温度选择的排热风机容量(40-50m3/s)，因此在初期从在较大的富余；而现有排热风机的频率的设定是一种按照行车对数相对应的固定方式，而不是动态改变的，待机运行时的频率为30HZ，而排热运行的是频率则为45HZ，其能耗比例为频率的3次方关系；通过地铁综合监控系统从信号系统通过通信协议的方式取得列车实时预到站信息，通过时间比对来实时全动态控制排热风机的运行频率，使得风机在大部分时候处于低频率待机运行状态；
所述风机启停节能策略，风机启停包括所有站内日常用风机，通过信号专业在每天凌晨传送给综合监控的计划时刻表，根据时刻表里面描述的每班地铁全线所到达和离开各个站台的时间点，以及每个站台每天全部列车的到达和离开时间点进行时间递归轮询计算，从而得出每个站台每天所到达的首班车以及末班车时间点，通过该时间点就能得出就是本车站大系统风机启停的最佳时间，通过后台程序计算出风机启停的最优时间并由控制界面下达给站下PLC设备，由PLC设备每天自动启停相关风机。
所述前台HMI界面设计，采用B/S架构模式，在整个主干网的任何节点都能够直接调出相关处理画面，分为中心时刻表联动处理界面以及车站时刻表联动处理界面；共有两层逻辑互斥，第一层为手自动逻辑，当置位自动时，所有控制均由后台程序完成，前端对话框只有显示作用，所有按钮均不可见，当置位手动时，所有控制均需要用户点击按钮执行；第二层为中心车站控制互斥，该互斥由中心发起，当由车站接管时，中心对应该车站按钮不可见，当由中心接管时，该车站按钮不可见；
所述数据结构与后台程序，基于SCADA系统平台，运用到基于对象、属性的两级组织方式，其组态配置为树形结构，树形图及其具体对象的配置方法如下：
①手自动按钮：绑定一个Folder对象的子对象SS，当选择自动时，由后台程序自动下发BAS启停时间，所有启停时间均不能修改，所有“下发”按钮均不可见；当选择手动时，后程序只填入BAS启停时间，所有执行均需点击“下发”按钮；
②首班车时间：由后台程序根据ATS计划时刻表自动填入，不可更改；绑定对象为Folder->DDP->AI3；
③末班车时间：由后台程序根据ATS计划时刻表自动填入，不可更改；绑定对象为Folder->DDP->AI4；
④启动时间编辑框：由后台程序根据ATS计划时刻表自动填入，可手动修改；绑定对象为Folder->DDP->AO1；
⑤停止时间编辑框：由后台程序根据ATS计划时刻表自动填入，可手动修改；绑定对象为Folder->DDP->AO2；
⑥中心/车站接管按钮：点击该按钮则把对应的车站下发按钮绑定SS置位成中心可见/车站可见；
⑦下发按钮：点击该按钮则把启停编辑框内的时间写入AO对象的setPoint属性；绑定对象为Folder->DDP->SS1；
⑧反馈：显示AO对应AI的状态值；绑定对象为Folder->DDP->AI1/AI2；
⑨全部下发按钮：点击该按钮则相当于点击所有可见的“下发”按钮；
所述接口协议，是一种通用接口协议，能够与信号专业进行数据通信，取得列车预到站信息以及时刻表信息并转化为风机设备的准确启停时间。
有益效果：本发明应用于城市轨道交通的站台风机定时启停时间与启停频率的方法，本发明的地铁多站点风机节能方法能够减少风机能耗，起到绿色节能的效应。该方法以地铁综合监控系统为主控平台，以信号专业的列车时刻表以及列车实时状态为依据，通过时间递归轮询算法和通用的联动接口程序为驱动并经过了一系列详细的联动操作，能够应用于各类轨道交通站下环境控制，能够应用于各类轨道交通站台站厅层风机控制，有效节能。
附图说明
图1为本发明实施例的中心时刻表联动处理界面图。
图2为本发明实施例的车站时刻表联动处理界面图。
图3为本发明实施例的组态配置图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细阐述。
本发明创建了一个以综合监控系统为平台的集成系统，通过通信协议以及后台算法来实现对地铁各类风机的启停与频率调整，下面将分别从各类风机的节能策略以及系统软件的实现两方面加以详细描述。
1.1风机节能策略
在地铁全线的风机共分为排热风机、大系统风机、隧道排风机以及射流风机等几类。根据能耗统计，最重要的常开风机为排热风机和大系统风机，而射流风机、隧道排风机等隧道区间内风机只会在阻塞、火灾等工况下才会启用，属于非常用风机，本实施例暂不考虑。下面分别介绍本方法所用的节能策略。
1、风机变频节能策略。风机的变频只要针对排热风机而言，地铁在隧道内进站后有以下几处排热：列车上部冷凝器排热(上排热风机TEF/A1)，刹车时与铁轨摩擦生热，隧道内活塞风(下排热风机TEF/A2)，占据了50％以上的运行热量。而目前大部分地铁轨行区上下排热风机的变频运行，地铁隧道温度的模拟计算都是按照满足远期隧道温度选择的排热风机容量(40-50m3/s)，因此在初期从在较大的富余。而现有排热风机的频率一般的设定都是一种按照行车对数相对应的固定方式，而不是动态改变的，一般待机运行时的频率为30HZ，而排热运行的是频率则为45HZ，其能耗比例为频率的3次方关系，也就是3-4倍的能耗增加，因此。本方法通过地铁综合监控系统从信号系统通过通信协议的方式取得列车实时预到站信息(一般可以取得距离最近的三列车的预到站信息)，通过时间比对来实时全动态控制排热风机的运行频率，使得风机在大部分时候处于低频率待机运行状态。
2、风机启停节能策略。风机启停包括所有站内日常用风机，有大系统空调风机(AUH)、大系统回排风机(HPF)、新风机(XF)、排热风机(TEF)等，主要功能是保证站厅与站台的空气温度与洁净度。目前地铁运营的工作模式是由控制中心的环调人员根据经验值在全线统一设定一个风机启停时间或者是由人工每天早晨地铁营运后启动风机，晚上地铁停运后关闭风机，这样使得每个车站在风机启动后可能很久才会有地铁进站，从而造成巨大浪费。本方法则是通过信号专业在每天凌晨传送给综合监控的计划时刻表，根据时刻表里面描述的每班地铁全线所到达和离开各个站台的时间点(精确到秒)，以及每个站台每天全部列车的到达和离开时间点(精确到秒)进行时间递归轮询计算，从而得出每个站台每天所到达的首班车以及末班车时间点，通过该时间点就能得出就是本车站大系统风机启停的最佳时间，本方法通过后台程序计算出风机启停的最优时间并由控制界面下达给站下PLC设备，由PLC设备每天自动启停相关风机。
1.2联动系统软件开发与调试
本实施例的联动系统具体架构分为前台HMI画面，数据结构与后台程序、接口协议等四方面。
1.2.1HMI界面设计
本实施例采用B/S架构模式，在整个主干网的任何节点都能够直接调出相关处理画面，分为中心时刻表联动处理界面(图1)以及车站时刻表联动处理界面(图2)。共有2层逻辑互斥。第一层为手自动逻辑，当置位自动时，所有控制均由后台程序完成，前端对话框只有显示作用，所有按钮均不可见；当置位手动时，所有控制均需要用户点击按钮执行。第二层为中心车站控制互斥，该互斥由中心发起，当由车站接管时，中心对应该车站按钮不可见，当由中心接管时，该车站按钮不可见。
其界面最终能够完成如下功能：
1.1.1.1初始化功能
打开对话框时：
注册事件
●对话框激活；
●手自动切换；
●车站/中心权限改变(包括非操作性写库)；
●时间被编辑；
●下发按钮被点击；
●全部中心/车站接管按钮被点击。
定义函数
●_changeStatus(对话框激活、手自动切换)；
●_changeTTstatus(车站/中心权限改变)；
●_changeCtrlξ(1/2)Desβ(1～18)Hour、_changeCtrlξ(1/2)Desβ(1～18)Min(时间被编辑)；
●_OrderButtonβ(0～18)(下发按钮被点击)；
●_CenterButton0/_StationButton0(全部中心/车站接管按钮被点击)。
1.1.1.2显示功能
车站站名、首班车时间、末班车时间
显示对话框标题
●控件：Label
●值：时刻表联动中心对话框
显示对话框主表
●控件：FieldSet
●值：表格
●控件：Label
●值：列名
显示当前状态：手动/自动
●ComboBox
●"ChildrenList→0→Description"
显示各站站名
●DisplayField
●"ChildrenList→β(1～18)→Name"
显示首班车时间
●DisplayField
●"ChildrenList→β(1～18)→State3Link→AlarmModeReason"
显示末班车时间
●DisplayField
●"ChildrenList→β(1～18)→State4Link→AlarmModeReason"
显示接管级别：中心/站下
●DisplayField
●"ChildrenList→β(1～18)→State5Link→State"
显示反馈结果
●ComboBox
●启动："ChildrenList→β(1～18)→State1Link→State"
●关闭："ChildrenList→β(1～18)→State2Link→State"
1.1.1.3启动/关闭时间编辑功能
编辑显示
●控件：ComboBox
●值：无
编辑条件判断
●在对话框激活事件(_changeStatus)
●手自动切换事件(_changeStatus)
●车站/中心权限改变事件(_changeTTstatus)
编辑功能实现
●初始化：对话框激活
●编辑：时间被编辑(_changeCtrlξ(1/2)Desβ(1～18)Hour、_changeCtrlξ(1/2)Des
β(1～18)Min)
编辑效应
●无特殊效应
1.1.1.4手自动编辑功能
编辑显示
●控件：ComboBox
●值："ChildrenList→0→Description"
编辑条件判断
●无特殊条件
编辑功能实现
●控件自带：选中手动"ChildrenList→0→Description"置位0，选中自动置位1
编辑效应
●手自动改变事件(_changeStatus)
1.1.1.5按钮功能
1.1.1.5.1中心/车站接管按钮
按钮显示
●控件：Button(β对相互叠加的隐显按钮)
●值：无
按钮条件判断
●对话框激活事件(_changeStatus)
●手自动切换事件(_changeStatus)
●车站/中心权限改变事件(_changeTTstatus)
按钮功能实现
●初始化：对话框激活
●点击：控件自带，点击中心接管"ChildrenList→β(1～18)→State5Link→State"置位车站接管，点击车站接管"ChildrenList→β(1～18)→State5Link→State"置位中心接管，
按钮效应
●车站/中心权限改变事件(_changeTTstatus)
1.1.1.5.2全部中心接管/全部车站接管
按钮显示
●控件：Button(两个显隐一致的按钮)
●值：无
按钮条件判断
●对话框激活事件(_changeStatus)
●手自动切换事件(_changeStatus)
●车站/中心权限改变事件(_changeTTstatus)
按钮功能实现
●初始化：对话框激活
●点击：全部中心/车站接管按钮被点击事件(_CenterButton0/_StationButton0)
按钮效应
●车站/中心权限改变事件(_changeTTstatus)
1.1.1.5.3下发/全部下发按钮
按钮显示
●控件：Button
●值：无
按钮条件判断
●对话框激活事件(_changeStatus)
●手自动切换事件(_changeStatus)
●车站/中心权限改变事件(_changeTTstatus)
按钮功能实现
●初始化：对话框激活
●点击：下发按钮被点击事件(_OrderButtonβ(0～18))
1.2.2数据结构与后台程序
本发明基于SCADA系统平台，运用到基于对象、属性的两级组织方式，其组态配置为树形结构，树形图及其具体对象名称如图3组态配置图所示，其配置方法如下：
1)手自动按钮：绑定一个Folder对象的子对象SS，当选择自动时，由后台程序自动下发BAS启停时间，所有启停时间均不能修改，所有“下发”按钮均不可见(中心和站下对话框的下发按钮都绑定SS，0中心可见、1车站可见、2都不可见))；当选择手动时，后程序只填入BAS启停时间，所有执行均需点击“下发”按钮(包括由中心下发或由车站下发)；
2)首班车时间：由后台程序根据ATS计划时刻表自动填入，不可更改。绑定对象为Folder->DDP->AI3。
3)末班车时间：由后台程序根据ATS计划时刻表自动填入，不可更改。绑定对象为Folder->DDP->AI4。
4)启动时间编辑框：由后台程序根据ATS计划时刻表自动填入，可手动修改。绑定对象为Folder->DDP->AO1。
5)停止时间编辑框：由后台程序根据ATS计划时刻表自动填入，可手动修改。绑定对象为Folder->DDP->AO2。
6)中心/车站接管按钮：点击该按钮则把对应的车站下发按钮绑定SS置位成中心可见/车站可见(0中心可见、1车站可见、2都不可见)。
7)下发按钮：点击该按钮则把启停编辑框内的时间写入AO对象的setPoint属性。绑定对象为Folder->DDP->SS1。
8)反馈：显示AO对应AI的状态值。(0初始、1下发成功、2下发失败)绑定对象为Folder->DDP->AI1/AI2。
9)全部下发按钮：点击该按钮则相当于点击所有可见的“下发”按钮。
本方法的后台算法程序则是根据已知的多班次列车在各个站点的经过时间序列，优化了一种双向冒泡排序算法，并通过C++程序语言自带的QT开发包中的排序函数进行筛选从而得出每个站台风机启动的最优时间。
1.2.3接口协议
接口的定义是高效地实现相关功能的基础，在目前综合监控系统得到逐步应用的过程中，业主、设计院、各系统承包商应重视接口的定义以及基于该定义的功能是否能满足业主需求，要考虑到各种情况的适应性，提高接口定义的合理性、容错性，建设维护过程的难度。本实施例公开了一种是通用接口协议，能够与信号专业进行数据通信，取得列车预到站信息以及时刻表信息并转化为风机设备的准确启停时间。
虽然本发明通过实施例进行了描述，但实施例并非用来限定本发明。本领域技术人员可在本发明的精神的范围内，做出各种变形和改进，如果这种调整后的效果是可预测的，则其同样在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求相同或等同的技术特征所界定的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种地铁多站点风机节能方法，应用于城市轨道交通的站台风机定时启停时间与启停频率的方法，其特征在于：
节能策略的选择：a)风机变频节能策略，通过列车实时到站信息，全动态调整排热风机的频率；b)风机启停节能策略，通过分析列车计划时刻表，启停站台大系统风机；
联动系统的架构：分为前台HMI画面、数据结构、后台程序、接口协议。
2.根据权利要求1所述的地铁多站点风机节能方法，其特征在于：
所述风机变频节能策略，风机的变频只要针对排热风机而言，地铁在隧道内进站后有以下几处排热：列车上部冷凝器排热，刹车时与铁轨摩擦生热，隧道内活塞风；地铁轨行区上下排热风机的变频运行，地铁隧道温度的模拟计算是按照满足远期隧道温度选择的排热风机容量(40-50m3/s)，因此在初期从在较大的富余；而现有排热风机的频率的设定是一种按照行车对数相对应的固定方式，而不是动态改变的，待机运行时的频率为30HZ，而排热运行的是频率则为45HZ，其能耗比例为频率的3次方关系；通过地铁综合监控系统从信号系统通过通信协议的方式取得列车实时预到站信息，通过时间比对来实时全动态控制排热风机的运行频率，使得风机在大部分时候处于低频率待机运行状态；
所述风机启停节能策略，风机启停包括所有站内日常用风机，通过信号专业在每天凌晨传送给综合监控的计划时刻表，根据时刻表里面描述的每班地铁全线所到达和离开各个站台的时间点，以及每个站台每天全部列车的到达和离开时间点进行时间递归轮询计算，从而得出每个站台每天所到达的首班车以及末班车时间点，通过该时间点就能得出就是本车站大系统风机启停的最佳时间，通过后台程序计算出风机启停的最优时间并由控制界面下达给站下PLC设备，由PLC设备每天自动启停相关风机。
3.根据权利要求1所述的地铁多站点风机节能方法，其特征在于：
所述前台HMI界面设计，采用B/S架构模式，在整个主干网的任何节点都能够直接调出相关处理画面，分为中心时刻表联动处理界面以及车站时刻表联动处理界面；共有两层逻辑互斥，第一层为手自动逻辑，当置位自动时，所有控制均由后台程序完成，前端对话框只有显示作用，所有按钮均不可见，当置位手动时，所有控制均需要用户点击按钮执行；第二层为中心车站控制互斥，该互斥由中心发起，当由车站接管时，中心对应该车站按钮不可见，当由中心接管时，该车站按钮不可见；
所述数据结构与后台程序，基于SCADA系统平台，运用到基于对象、属性的两级组织方式，其组态配置为树形结构，树形图及其具体对象的配置方法如下：
①手自动按钮：绑定一个Folder对象的子对象SS，当选择自动时，由后台程序自动下发BAS启停时间，所有启停时间均不能修改，所有“下发”按钮均不可见；当选择手动时，后程序只填入BAS启停时间，所有执行均需点击“下发”按钮；
②首班车时间：由后台程序根据ATS计划时刻表自动填入，不可更改；绑定对象为Folder->DDP->AI3；
③末班车时间：由后台程序根据ATS计划时刻表自动填入，不可更改；绑定对象为Folder->DDP->AI4；
④启动时间编辑框：由后台程序根据ATS计划时刻表自动填入，可手动修改；绑定对象为Folder->DDP->AO1；
⑤停止时间编辑框：由后台程序根据ATS计划时刻表自动填入，可手动修改；绑定对象为Folder->DDP->AO2；
⑥中心/车站接管按钮：点击该按钮则把对应的车站下发按钮绑定SS置位成中心可见/车站可见；
⑦下发按钮：点击该按钮则把启停编辑框内的时间写入AO对象的setPoint属性；绑定对象为Folder->DDP->SS1；
⑧反馈：显示AO对应AI的状态值；绑定对象为Folder->DDP->AI1/AI2；
⑨全部下发按钮：点击该按钮则相当于点击所有可见的“下发”按钮；
所述接口协议，是一种通用接口协议，能够与信号专业进行数据通信，取得列车预到站信息以及时刻表信息并转化为风机设备的准确启停时间。
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