广州地铁区间排水系统自动控制逻辑研究

摘要：广州地铁区间水泵是地铁区间排水系统的重要组成部分，其稳定性直接关系到区间排水系统的性能，广州地处华南，年降水量大，地下水丰富，区间的排水成为广州地铁安全运营的一个重要指标。目前广州地铁区间水泵控制逻辑都是按照正常情况进行设计，对广州地铁区间排水的复杂性考虑不够全面，没有充分考虑到一些异常情况的处理，可能会发生水泵不能开启的情况，进而发生水淹区间的险性事件，影响到地铁的正常运营。本文针对原水泵起停逻辑进行研究优化，提出稳定性和适用性更强的自动控制逻辑，经过各种异常测试后，进行了完善和改进，目前在广州地铁三号线全线区间泵房试运行，运行效果良好，排水性能优良，经受住了广州雨季大流量排水的考验，达到了预期的成效。

关键词：广州地铁区间、水泵、逻辑、优化

Abstract:Guangzhou subway section pump is an important part of the subway section of the drainage system, its stability is directly related to the performance of the range of the drainage system, Guangzhou is located in South China, annual precipitation, groundwater, drainage of the interval become an important Guangzhou Metro security operations indicators. Guangzhou Metro interval pump control logic are designed in accordance with the normal situation, consider the complexity of the Guangzhou subway interval drainage is not comprehensive enough, did not fully take into account the treatment of some anomalies may occur pump can not be opened, thus flooding range of insurance events, affecting the normal operation of the subway. For raw water pump start and stop logic optimization, more stability and applicability of automatic control logic, after a variety of abnormal test, refine and improve across the board range Pumping Station in Guangzhou Metro Line, the current test run , running well, excellent drainage properties, has withstood the test of Guangzhou rainy season flow drainage, to achieve the desired results.

Keywords: Guangzhou subway interval, pumps, logic optimization

中图分类号：S276.3 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）

引言

广州地铁可以充分利用地下空间，缓解地面交通压力，已成为解决地面交通拥堵问题的有效途径。广州地铁站点大部分建设在地底下，地势相对比较低，各类水（结构渗水、雨水、消防水等）都会直接汇聚到车站或区间里，夏季雨量大且下雨时间集中，大量的雨水很短的时间内就会涌进车站和区间，给车站和区间的排水造成极大的压力。地铁区间是列车运行的通道，其直接关系到地铁的安全运营，故区间的排水系统作为保障地铁车辆安全运行的重要设施，其稳定性要求极高。

广州地铁区间排水系统

广州地铁区间根据相邻两个站点的距离长短，一般会在中间设置一个或多个区间泵房，区间纵部面通常设计成“V”字型，区间泵房就设在“V”字的最低点处，两边的水会汇集在区间泵房内的集水井内，再通过泵房内的水泵将水提升排到地铁站外。

通常泵房内水泵的启停都是自动控制的，以广州地铁三号线为例，区间泵房根据设计排水量的大小会设两台或三台潜水泵，各台潜水泵的启停都是PLC根据集水井内的浮球信息输入进行自动的控制。平时各台泵间互为备用，当某台泵故障不能启动时，可以自动快速切换到另一台泵运行，当水量较大，集水井水位上升较快时，单台泵已不能及时将水排走，就会启动两台或三台泵同时工作，迅速将集水井内的水排到站外，同时各台潜水泵也会轮换工作，防止长期集中运行某台泵，造成水泵疲劳发生故障。

本文就以设置两台潜水泵的情况为例，说明区间水泵控制的逻辑。广州地铁三号线设置两台潜水泵的区间泵房会有四个浮球，由下到上分别对应超低水位、停泵水位、一台泵运行水位、两台泵运行水位，两台泵运行水位浮球同时也兼作超高水位报警浮球。停泵水位浮球是控制运行中水泵停止的信号，一般情况下低于停泵水位，水泵就会停止运行，但由于意外情况下（浮球故障等）PLC不能接收到停泵水位浮球的信号，水泵还会继续运行，当水位到达超低水位时，超低水位浮球动作，也会触发停泵的逻辑，使水泵强制停止并产生超低水位报警，所以停泵水位浮球和超低水位浮球是控制潜水泵停泵的“双保险”。一台泵运行水位浮球动作时，控制系统就会随机启动一台泵运行。两台泵运行水位浮球动作时，控制系统就会同时启动两台泵运行，并产生超高水位报警。集水井内水位与水泵的控制的关系如图1所示：

控制逻辑存在的问题

正常情况下，水泵按照上面介绍的控制逻辑就可以自动运行，但由于地铁区间环境比较恶劣，经常会有一些意外的情况发生，如某个水位的浮球发生卡滞或者接触不良，造成浮球输入PLC的信号出现正常情况下不可能出现的组合，按照水泵原来控制逻辑，就不能正确地做相应的处理。其中影响比较严重的情况是，如果停泵或超低水位浮球发生卡滞，浮球开关不能接触，那水位到达信号不能正常输入PLC，PLC就会认为水位仍处在停泵或超低水位以下，所以即使水位到达了一台泵运行水位甚至两台泵运行水位，PLC都不会控制水泵启动，水位就可能会继续上涨，最终会发生水淹区间的事故。控制水泵停泵的“双保险”现在变成水泵不能正常起泵的“双风险”。

图2是原潜水泵PLC程序中停泵控制的逻辑示意简图：

从图2可以看出在停泵逻辑中，停泵水位浮球输入与超低水位浮球输入是或运算后对水泵运行输出进行复位，即停止水泵运行。如果浮球卡滞或接触不良就会导致I0.3或I0.4信号一直是通，水泵运行输出就一直是复位状态，就会产生水泵不能启动的风险。

控制逻辑优化研究

目前需解决的问题是，我们既要消除水泵不能启动的风险，也要保留水泵能顺利停止的保险，那就是要考虑当停泵浮球与超低水位浮球一个通(1)，另一个断(0)的情况或这两个浮球均为断(0)的情况的处理方式。设计两台泵的泵房会设置四个水位浮球，通常情况下我们只需考虑一个浮球故障的情况（两个浮球同时故障的机率较小，且可以设置浮球故障报警，在一个浮球发生故障后就能及时发现并处理），在一个浮球故障的情况下，其它三个浮球都应该是正常的，那我们可以利用“少数服从多数”的原则，根据其它三个浮球的正常状态来做出正确的控制。

表1 浮球输入状况与状态判断及控制措施表

表1中序号1、4、7是停泵的逻辑，图3是优化后的潜水泵PLC停泵控制的逻辑示意简图：

表1中2、3、5是启泵是逻辑，图4是优化后的潜水泵PLC启泵控制的逻辑示意简图：

测试效果及应用

我们使用施耐德的TWIDO系列PLC作为试验平台，测试优化后的程序对于各种情况的控制输出情况。经过测试，在只有一个浮球故障的情况下，优化后的程序都能正确地做出相应的处理，稳定性比原程序已有很大的提高。通过后期扩展优化，可以判断出浮球故障等异常情况，通过PLC将异常信息上传到上位机BAS系统，监控人员就能发现浮球故障，维修人员可以及时处理。

目前优化后的程序已在广州地铁三号线全线区间泵房试点应用，应用效果良好，通常情况下即使浮球发生故障，相应的水泵也可能顺利启停，同时故障信息会反馈给BAS系统（车站设备自动监控系统），监控人员能监测到故障，可以安排维修人员处理，有效防止了浮球故障造成水泵不能启动的问题。

结束语

本文通过对区间水泵的启停泵逻辑的优化，实现了区间排水的自动控制。通过修改PLC中对于浮球信息的处理逻辑，实现了区间排水的智能功能，在浮球发生意外情况时仍能正常做出相应的处理，同时又保留原系统的正常功能，有效提高了区间排水系统的稳定性，防止意外情况的发生。目前该优化控制模式在广州地铁三号线的实际应用中效果明显。通过在广州地铁三号线的试点，为新线设计时，将区间浮球异常情况的处理考虑接作为设计需求之一，提供了有力的例证。同时，如果在区间排水初步设计时能够设置浮球故障信息反馈点，与BAS系统结合，将能有效提高新线区间排水系统的智能性和稳定性。