CN111694388A - 一种地铁智能监控系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地铁智能监控系统，系统包括环境设备监控系统，用于监测和控制站内环控系统设备；车站设备监控系统，用于监测和控制车站设备；环境设备监控系统包括：第一模块，用于根据节能目标以及控制策略，进行风水联动控制；第二模块，用于进行开关控制和模式控制；两个完全独立的系统分别监控环控系统设备和非环控系统设备，环控设备按不同的控制需求要求细分为节能控制模块，和非节能控制模块，节能控制模块内的环控节能设备，系统可根据明确的系统节能控制需求，进行联动控制，实现系统综合能耗最低；同时系统减少繁杂的接口关系，更有利于设备的监测控制和实现节能目标，可广泛应用于轨道交通控制技术领域。

Description

一种地铁智能监控系统及控制方法

技术领域

本发明涉及轨道交通控制技术领域，尤其是一种地铁智能监控系统及控制方法。

背景技术

名词解释：COP，能效比是能源转换效率之比；能效比越大，节省的电能就越多。

地铁通风空调系统、低压配电系统和地铁环境与设备监控系统，分别负责环控设计、环控设备配电和环控设备控制工作。在通风空调系统整体控制和节能领域三者的关系相对独立，通风空调系统主要负责通风空调系统的方案设计，低压配电系统负责给环控设备配电，通风空调系统作为地铁环境与设备监控系统下面多个子系统的一部分，主要负责环控系统的模式控制，对节能方面和运行维护方面，要求不高甚至无要求。

地铁车站通风空调系统(环控系统)包括隧道通风系统、车站公共区通风空调系统、车站设备区通风空调系统、车站冷源及水系统。现有技术的地铁车站的环境与设备监控系统控制框架并未进行环控设备监控系统和车站设备监控系统的区分，统一由环境与设备监控系统直接监测和控制；只注重单机设备的能耗指标，不能从整个系统能耗指标方面考虑设备选型；系统只能完成单机设备在某种条件下的变频运行，不能从整个系统最优角度进行节能控制；此外，由于空调风系统和水系统存在联动关系，以往线路无法实现风系统和水系统的联动控制，只能各自独立运行。

发明内容

为至少解决上述技术问题之一，本发明的目的在于：提供一种综合能耗低、精细化监测控制的地铁智能监控系统，将环控、配电和控制结合成一体，把环控设备按不同的控制需求要求分为节能控制模块，和非节能控制模块。同时本发明技术方案还提供了对应控制该系统的控制方法。为了达到上述技术目的，本发明实施例所采取的技术方案包括：

一方面，本发明实施例提出了一种地铁智能监控系统，包括：

环境设备监控系统，用于获取站内环控系统设备的运行数据并对环控系统设备工况进行调节；

车站设备监控系统，用于获取站内除环控系统设备之外的设备运行数据并进行工况调节；

其中，环境设备监控系统包括：

第一模块，用于进行风水联动控制；

第二模块，用于进行开关控制和模式控制。

在本发明的一些实施方式中，第二模块即为环控节能模块包括变频风系统和空调水系统；

其中变频风系统包括：

变频风系统设备，用于变频控制空调送风以及空调回风；

变频联动风阀，用于联动开启或联动关闭变频风系统设备；

变频风系统风管温湿度传感器，用于测量并输出变流量风管内的空气温度及空气湿度；

空调水系统包括：

冷水机组，用于将高温冷冻水制冷为低温冷冻水；

变频水泵，用于冷冻水系统、冷却水系统提供循环动力；

变频冷却塔，用于冷却水系统将高温冷却水转化为低温冷却水；

水系统温度传感器，用于测量并输出水温；

水系统压力传感器，用于测量并输出水管内的水压力；

水系统流量计，用于统计水流量；

水系统电动蝶阀，用于打开或闭合水管；

电动压差旁通阀，用于进行压差控制及水流旁通；

冷冻水系统，用于冷水机组蒸发器侧的进行热交换的水系统；

冷却水系统，用于冷水机组冷凝器侧的进行热交换的水系统。

在本发明的一种实施方式中，第二模块即为非环控节能模块包括：

定频风系统设备，用于定频控制空调送风以及空调回风；

定频联动风阀，用于联动开启或联动关闭定频风系统设备；

定频风系统风阀，用于控制风管风量；

定频风系统房间温湿度传感器，用于测量并输出定流量风管内的空气温度及空气湿度；

备用空调设备，用于在正常供冷失效后启动进行制冷；

隧道通风系统设备，用于对区间隧道和车站隧道进行通风；

智能低压配电系统，用于为环境设备监控系统供电。

在本发明的一些实施方式中，车站设备监控系统包括：给排水设备、电梯及扶梯设备、照明设备、应急照明电源、以及消防电源。

另一方面，本发明实施例提供了一种地铁智能监控系统的控制方法，包括以下步骤：

获取室外空气焓值、回风空气焓值以及送风温度；

根据室外空气焓值、回风空气焓值以及送风温度，确定环境设备监控系统的工况；

根据工况进行风系统调节或空调水系统调节；

所述环境设备监控系统包括第一模块和第二模块；

其中，工况包括小新风系统工况、全新风系统工况和通风系统工况。

根据本发明上述实施例还可以具有以下附加的技术特征，即根据工况进行风系统调节或空调水系统调节这一步骤，其具体包括：

获取所述小新风系统工况和全新风系统工况；

获取节能目标，并根据所述小新风系统工况和全新风系统工况确定负载变化；

根据节能目标和负载变化确定环境设备监控系统中空调水系统的运行策略。

在本发明的一些实施方式中，根据工况进行风系统调节或空调水系统调节这一步骤，还包括：

获取小新风系统工况、全新风系统工况以及通风系统工况；

获取节能目标，并根据所述小新风系统工况、全新风系统工况以及通风系统工况确定负载变化；

根据节能目标和负载变化确定环境设备监控系统中风系统的运行策略。

在本发明的一些实施方式中，空调水系统的运行策略，其包括以下至少之一：

对环境设备监控系统中变频冷冻水泵的频率进行调节；

对环境设备监控系统中变频冷却塔频率进行调节；

对环境设备监控系统中变频冷却水泵的频率进行调节；

对环境设备监控系统中冷水机组频率进行调节；

对环境设备监控系统中二通阀的开度进行调节。

在本发明的一些实施方式中，风系统的运行策略，其包括以下至少之一：

对环境设备监控系统中变频风机的频率进行调节；

对环境设备监控系统中变频空调机组的频率进行调节。

在本发明的一个实施例中，地铁智能监控系统的控制方法，还包括以下步骤：

获取室外温度和环境设备监控系统的通风工况；

根据室外温度和通风工况调节环境设备监控系统中变频风机和变频空调机组的频率。

本发明的优点和有益效果为：

一方面，本发明技术方案所提供的一种地铁智能监控系统，包括环境设备监控系统和车站设备监控系统，车站设备监控系统监控非环控系统设备，环境监控系统独立于车站设备监控系统监控站内环控设备；环控设备中第二模块用于完成系统中设备的开关控制和模式的调节，环控节能模块独立于第二模块，可根据明确的系统节能控制需求，进行联动控制，实现系统综合能耗最低；同时系统减少繁杂的接口关系，更有利于设备的监测控制和实现节能目标。

另一方面，本发明技术方案所提供的一种地铁智能监控系统的控制方法，基于地铁智能监控系统，通过获取室外空气焓值、回风空气焓值以及送风温度并根据境设备监控系统的工况进行环控设备运行策略的调整优化，方法可以根据具体的节能控制需求、策略、节能目标、精细化调试以及全生命周期运维要求，实现环控设备的精准控制，从而降低环控设备综合能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本发明实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本发明的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员来说，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。

图1为本发明实施例一种地铁智能监控系统的整体框架图；

图2为本发明实施例系统中环控系统节能模块和非环控系统节能模块的结构框架图；

图3为本发明实施例系统中环控电控室的节能控制柜的内部结构框架图；

图4为本发明实施例一种地铁智能监控系统的控制方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

参照图1，本发明实施例中的一种地铁智能监控系统，包括环境设备监控系统和车站设备监控系统；在本方明的技术方案中，将BAS(Building Automation System，建筑设备自动化系统)划分为智能环控设备监控系统和(智能)车站设备监控系统，两个系统为完全独立的系统，分别监控环控系统设备和车站设备(含给排水设备、电/扶梯设备、应急照明设备等)。此外，两个独立系统可配置一套冗余控制器，进一步与ISCS(IntegratedSupervisory Control System，城市轨道交通综合监控系统)实现连接，并分别将监控过程中采集得到的信息上传至ISCS。两个独立系统均与FAS(Automatic fire alarm system，火灾自动报警系统)，实现火灾情况下的消防联动。

参照图2，实施例中，智能环境设备监控系统可进一步细分为环控节能模块(第一模块)和非环控节能模块(第二模块)，环控节能模块(第一模块)则主要用于根据节能目标以及控制策略，进行风水联动控制；而非环控节能模块(第二模块)则主要为阀门以及传感器等装置设备，主要用于进行开关控制和模式控制。其中环控节能模块(第一模块)包括：

变频风系统设备及联动风阀，用于车站公共区及设备管理用房区的空调送风，及空调回风，设备采用变频控制。联动风阀用于对应变频设备的联动开启或联动关闭。

变频风系统风管温湿度传感器，用于变流量风管上，测量对应位置风管内的空气温度及空气湿度，并输出测量结果。

冷水机组，用于把末端空调设备用过的高温冷冻水重新制冷为低温冷冻水。

变频水泵，用于为冷冻水系统及冷却水系统提供循环动力。

变频冷却塔，用于把冷却水系统的高温冷却水，通过与周边空气的热湿交换，转化为低温冷却水。

水系统温度传感器，用于测量对应位置水管内的水温度，并输出测量结果。

水系统压力传感器，用于测量对应位置水管内的水压力，并输出测量结果。

水系统流量计，用于统计水流量。

水系统电动蝶阀，用于对水管进行开、闭控制。

电动压差旁通阀，用于分水器和集水器之间，对分水器和集水器之间进行压差控制及水流旁通。

冷冻水系统，用于冷水机组蒸发器侧的进行热交换的水系统。

冷却水系统，用于冷水机组冷凝器侧的进行热交换的水系统。

实施例中，变频风系统设备包括车站公共区通风空调系统设置了变频的主要设备(如组合式空调器、回排风机、小新风机等)以及车站设备区通风空调系统设置了变频的主要设备(如柜式空调器、回排风机等)，除此之外，冷水机组、水泵、冷却塔以及二通阀则构成本系统的车站冷源及水系统。参照图3，本系统的环控设备均连接至对应的环控电控室的节能控制柜，并可同时连接多个节能环控设备，再通过各自连接的变频器连接至通信模块的通信网关，该通信模块包括远程I/O模块、至少一个通信网关，其中一个通信网关连接变频器，另一个通信网关连接有至少一个智能电表，该节能控制柜连接有几个节能环控设备则对应几个智能电表。通信模块通过以太网线连接至以太网交换机，系统中所有的节能控制柜中的以太网交换与冷水机房的交换机以及综合监控系统通信接线箱中的交换机构成路由(通过多模四芯的光缆线连接)，进行数据的交换。

此外，实施例中的非环控节能模块(第二模块)则包括：

定频风系统设备及联动风阀，用于车站公共区及设备管理用房区的设置定频运行的主要设备，如空调器、送风机、排风机、排烟风机等。联动风阀用于对应定频设备的联动开启或联动关闭。

定频风系统其它风阀，用于将风管风量固定在某一固定数值，或将风管风量控制在两种固定数值。

定频风系统房间温湿度传感器，用于定流量风管上，测量对应位置风管内的空气温度及空气湿度，并输出测量结果。

备用空调设备，用于重要设备用房正常供冷失效后，提供一套备用可对房间进行制冷的设备。

隧道通风系统设备及风阀，用于对区间隧道和车站隧道进行通风的设备，联动风阀用于控制对应设备联动开启或联动关闭。具体的，隧道通风系统设备主要包括区间隧道风机和车站隧道排热风机。

智能低压配电系统，用于为环境设备监控系统中的环控设备供电。

在本实施例中，(智能)车站设备监控系统则包括了给排水设备、电梯设备、扶梯设备、应急照明电源、智能照明、照明设备以及消防电源(包括消防电源的监视，以及必要时刻切除非消防电源)。

参照图4，本发明还提供基于地铁智能监控系统实施例的地铁智能监控系统的控制方法，包括步骤S01-S03：

S01：获取室外空气焓值、回风空气焓值以及送风温度；具体的，通过系统的室外湿球温度传感器获取室外空气的温度，并计算出空气的(热)焓值；同时通过设置的温湿度传感器获取回风空气的温度，并得到其焓值；通过设置的温度传感器获取空调系统的送风温度。

S02：根据室外空气焓值、回风空气焓值以及送风温度，确定环境设备监控系统的工况；根据S01步骤中的室外空气焓值、回风空气焓值以及送风温度，与系统预设的阈值进行对比判断，当满足对应的阈值条件时，则开启相应的风系统的环控设备以及(空调)水系统的环控设备，增加相应的负载，在本实施例中，工况(负载)既包括新风系统工况、全新风系统工况和通风系统工况。

S03：根据工况进行风系统调节或空调水系统调节；具体的，为实现节能控制，或将系统综合能耗最低，从而达到能耗指标的要求；在本实施例中，当检测到室外温度高于12℃，同时系统采用了小新风系统，全新风系统以及通风系统的负载之后，根据末端负荷的变化，计算整的系统的COP值，并筛选出COP最小的风系统和(空调)水系统的运行策略，环控设备(负载)的组合方式。其具体可细分为步骤S031-S032：

S031、根据小新风系统工况和全新风系统工况，开启空调水系统，并获取节能目标和开启空调水系统后的负载变化；根据节能目标和负载变化确定空调水系统的运行策略。具体的，空调水系统的运行策略包括以下至少之一：

冷冻水调节：通过实施例系统中的水系统温度传感器，获取冷冻水总管的温度，并计算出前后时刻，冷冻水总管进出水的温差，通过该温差与系统预设的冷冻水总管进出水设定值进行对比判断，当高于设定值，降低冷冻水泵的频率，对末端实行末端压差保护，当频率降低到一定程度，开启电动压差旁通阀进行调节，同时对主机进行最低流量保护；当低于设定值，则提高冷冻水泵频率。在水泵流量一定的情况下，筛选出开启水泵总功率最低的组合方案，并依据该方案控制系统以及环控设备的运行。

除此之外，冷冻水调节还包括：在本实施例冷水机组蒸发器侧的循环水系统中，通过水系统压力传感器，获取冷冻水总管的压力值，并计算出前后时刻的进出水压差，通过与冷冻水总管进出水压差的设定值进行对比判断，当高于设定值，降低冷冻水泵频率，对末端进行压差保护当水泵频率低到一定程度,开启电动压差旁通阀,同时设定主机最低流量保护；当低于设定值，关闭电动压差旁通阀，并提高冷冻水泵频率。在水泵流量一定的情况下，筛选出开启水泵总功率最低的组合方案，并依据该方案控制系统以及环控设备的运行。

冷却塔调节：通过本实施例系统中的室外湿球温度传感器，获取室外的湿球温度，并通过逼近度(经过冷却塔冷却后的水温与环境湿球温度的差值)确定当前时刻冷却塔出水温度的设定值，同时通过冷却塔的出水温度传感器获取冷却塔的出水温度，并将该出水温度与出水温度的设定值进行比较判断，当出水温度高于设定值，则提高冷却塔风机频率；当出水温度低于设定值，则降低冷却塔风机频率。

冷却水调节：在本实施例冷水机组冷凝器侧的循环水系统中，通过冷却水总管温度传感器，获取冷却水总管内的进出水温差，根据系统预设的冷却水总管进出水温差的设定值，与进出水温差进行比较判断，当进出水温差高于设定值，降低冷却水泵频率，同时对冷却水环路实行最小压力保护；当进出水温差低于设定值，则提高冷却水泵的频率。在水泵流量一定的情况下，筛选出开启水泵总功率最低的组合方案，并依据该方案控制系统以及环控设备的运行。

主机调节：同过末端温度传感器以及末端流量传感器采集并确定末端负荷，然后选择主机开启台数，并控制每台主机运行在高效区，当主机处于高负荷或满负荷，则进行多泵变频定流量调节，通过控制冷凝温度确保主机冷却水流量；当主机处于低负荷时，则进行多泵变频变流量调节，在确保主机进出水温差的前提下，进而调节水泵频率。

二通阀开度调节：在实施例系统中，通过送风管的温度传感器获取送风管内温度，并根据系统预设的送风管温度设定值，与当前时刻送风管内温度进行比较，当高于设定值，则将二通阀开大；当低于设定值，则将二通阀关小。

S032、根据小新风系统工况、全新风系统工况以及通风系统工况，开启风系统；并获取节能目标和开启风系统后的负载变化；最后，根据节能目标和负载变化确定风系统的运行策略。在本方法实施的系统中，风系统则包括环控节能模块(第一模块)中的变频风系统设备。

具体的，通过实施例系统的回风管温度传感器获取回风管的温度，同时根据系统预设的回风管温度设定值与该时刻的回风管温度进行比较，当回风温度高于设定值，则提升变频风机和空调机组的工作频率；当回风温度低于设定值，则降低变频风机和空调机组的工作频率，同时对室内空气质量进行低值保护。

除此之外，在一些实施例中，地铁智能监控系统的控制方法，还包括步骤S04：即获取室外温度和环境设备监控系统的通风工况；再根据室外温度和通风工况调整风机频率；具体的，当室外温度小于12℃，实施例地铁智能监控系统将根据系统的通风工况，确定系统内环控设备的运行策略，该运行策略具体为：系统获取回风管温度传感器采集到的回风管内的温度，并将当前时刻的回风管温度与室外温度进行比较，当温差高于13℃，则提升风机频率；当温差低于13℃，则通过室内空气质量低值保护，降低风机频率。

从上述具体的实施过程，可以总结出，本发明所提供的技术方案相较于现有技术存在以下优点或优势：

1.本发明技术方案所提供的一种地铁智能监控系统，将通风空调、低压配电与自动控制融为一体，减少接口关系，从整体进行考虑并完成优化改进，利于节能目标的实现和设备控制；

2.本发明技术方案所提供的一种地铁智能监控系统及方法，可以根据环控单机设备选型上提出各单机设备的能耗指标要求、对需要变频的设备提出明确范围、以及提出目标要求，对原控制系统进行重新划分，将环控系统单独划分出来，提高环控节能控制系统的独立控制性，提出控制目标；

3.本发明技术方案所提供的一种地铁智能监控系统，可以高质量实现节能目标，制冷机房能耗达到美国节能标准的超级机房的要求，机房空调能效较现有技术平均值提高约50％，空调全系统节能目标较现有技术平均值提高约50％。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种地铁智能监控系统，其特征在于，包括：

环境设备监控系统，用于获取站内环控系统设备的运行数据并对环控系统设备工况进行调节；

车站设备监控系统，用于获取站内除环控系统设备之外的设备运行数据并进行工况调节；

所述环境设备监控系统包括：

第一模块，用于进行风水联动控制；所述风水联动控制包括以下步骤：对变频风系统工况进行调节或对空调水系统工况进行调节；

第二模块，用于进行开关控制和模式控制。

2.根据权利要求1所述的一种地铁智能监控系统，其特征在于：所述第一模块包括变频风系统和空调水系统；所述变频风系统包括：

变频风系统设备，用于变频控制空调送风以及空调回风；

变频联动风阀，用于联动开启或联动关闭所述变频风系统设备；

变频风系统风管温湿度传感器，用于测量并输出变流量风管内的空气温度及空气湿度；

所述空调水系统包括：

冷水机组，用于将高温冷冻水制冷为低温冷冻水；

变频水泵，用于为冷冻水系统、冷却水系统提供循环动力；

变频冷却塔，用于冷却水系统，将高温冷却水转化为低温冷却水；

水系统温度传感器，用于测量并输出水温；

水系统压力传感器，用于测量并输出水管内的水压力；

水系统流量计，用于统计水流量；

水系统电动蝶阀，用于打开或闭合水管；

电动压差旁通阀，用于进行压差控制及水流旁通；

冷冻水系统，用于冷水机组蒸发器侧的进行热交换的水系统；

冷却水系统，用于冷水机组冷凝器侧的进行热交换的水系统。

3.根据权利要求1或2所述的一种地铁智能监控系统，其特征在于，所述第二模块包括：

定频风系统设备，用于定频控制空调送风以及空调回风；

定频联动风阀，用于联动开启或联动关闭所述定频风系统设备；

定频风系统风阀，用于控制风管风量；

定频风系统房间温湿度传感器，用于测量并输出定流量风管内的空气温度及空气湿度；

备用空调设备，用于在正常供冷失效后启动进行制冷；

隧道通风系统设备，用于对区间隧道和车站隧道进行通风；

智能低压配电系统，用于为所述环境设备监控系统供电。

4.根据权利要求1或2所述的一种地铁智能监控系统，其特征在于：所述车站设备监控系统包括：给排水设备、电梯及扶梯设备、照明设备、应急照明电源、以及消防电源。

5.一种地铁智能监控系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取室外空气焓值、回风空气焓值以及送风温度；

根据所述室外空气焓值、回风空气焓值以及送风温度，确定环境设备监控系统的工况，所述环境设备监控系统划分为第一模块和第二模块；

所述第一模块用于对环控节能设备的工况进行调节；所述第二模块用于对环境设备监控系统中除环控节能设备之外的设备的工况进行调节；

根据所述工况进行风系统调节或空调水系统调节；

所述工况包括小新风系统工况、全新风系统工况和通风系统工况。

6.根据权利要求5所述的一种地铁智能监控系统的控制方法，其特征在于，所述根据所述工况进行风系统调节或空调水系统调节这一步骤，其具体包括：

获取所述小新风系统工况和全新风系统工况；

获取节能目标，并根据所述小新风系统工况和全新风系统工况确定负载变化；

根据所述节能目标和负载变化确定所述环境设备监控系统中空调水系统的运行策略。

7.根据权利要求5所述的一种地铁智能监控系统的控制方法，其特征在于，所述根据所述工况进行风系统调节或空调水系统调节这一步骤，还包括：

获取所述小新风系统工况、全新风系统工况以及通风系统工况；

获取节能目标，并根据所述小新风系统工况、全新风系统工况以及通风系统工况确定负载变化；

根据所述节能目标和负载变化确定所述环境设备监控系统中风系统的运行策略。

8.根据权利要求6所述的一种地铁智能监控系统的控制方法，其特征在于，所述空调水系统的运行策略，其包括以下至少之一：

对所述环境设备监控系统中变频冷冻水泵的频率进行调节；

对所述环境设备监控系统中变频冷却塔频率进行调节；

对所述环境设备监控系统中变频冷却水泵频率进行调节；

对所述环境设备监控系统中冷水机组频率进行调节；

对所述环境设备监控系统中二通阀的开度进行调节。

9.根据权利要求7所述的一种地铁智能监控系统的控制方法，其特征在于，所述风系统的运行策略，其包括以下至少之一：

对所述环境设备监控系统中变频风机的频率进行调节；

对所述环境设备监控系统中变频空调机组频率进行调节。

10.根据权利要求5所述的一种地铁智能监控系统的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

获取室外温度和环境设备监控系统的通风工况；

根据所述室外温度和通风工况对所述环境设备监控系统中变频风机和变频空调机组的频率进行调节。

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