1 引言
伴隨著國家經濟的高速發展，大中型城市的居民成倍增加，給城市交通帶來巨大的壓力：單單靠地面的公交系統，無法滿足人們的日常出行。如何增加公共交通的運輸能力，擺在了城市決策者的面前。顯然，發展城市大型有軌交通，是解決這個問題的關鍵。大型有軌交通線分地面輕軌與地下鐵路。因為輕軌的運行會產生比較大的噪音等問題，所以，目前國內有軌交通以地鐵為主。既然機車在地下運行，就必須解決地鐵系統供風的問題。地鐵都是伴隨著大密度的客流量，在地下10多米深的隧道內運行。如果在運行期間出現火災事故，沒有良好的排煙系統，后果是不可想象的。一年四季以及客流的高低峰，人們對隧道內濕度、溫度、風量等的要求都是不一樣的，這也是地鐵供風空調系統需要考慮的。
本文介紹施耐德atv61/ats48變頻器/軟起動在地鐵供風空調系統中的應用。
2 術語注解
bas系統：地鐵中央控制系統。
fas系統：火災緊急控制系統。
地鐵供風空調系統：車站公共區通風/區間通風系統（大系統）、設備管理用房空調通風系統（小系統）、設備管理用房空調水系統（水系統）、其它區間通風系統（中間風井及射流風機）。
atv61：施耐德風機/泵專用變頻器。
ats48：施耐德通用型軟起動器。
3 變頻器/軟啟動在大系統中的應用
從技術角度上說，地鐵行業對變頻器/軟起動的要求不是很高，因為地鐵行業的驅動負載，基本上是風機（供水系統中有一些泵類）。這就決定了其技術門檻是比較低的；供風空調系統中，大系統對變頻器/軟起動的要求相對較高，
3.1 車站通風系統風機
車站的兩端均設置通風道，通風道中并聯兩臺相同技術參數的車站通風風機，并且，它們都是可逆風機。正常工況下，它們起到通風作用，在火災等緊急情況下，作為排煙風機運行。
根據不同車站的容積大小，該系統的風機功率分布從55kw～90kw，在傳統的系統中，風機都是采用星三角啟動，也有一些90年代中后期的線路采用軟起動。而現在，在此通風系統中采用變頻器是一種發展趨勢。地鐵運行有高低峰，一年四季溫度也有區別，如果讓風機在任何條件下都處于工頻運行，會浪費大量的能源；并且，從舒適性的角度說，對車站內的乘客也是不合理的。變頻器在不需要對驅動系統進行任何大的改造前提下，就能根據環境的差別，調節風機的速度，有效的解決了上面的問題。所以，目前在車站風機系統中采用變頻器的概率越來越大，并且，一些老的地鐵線路，都在把舊方案改造成變頻驅動。
具體到技術細節，我們在此不直接把變頻器作為描述的對象，而是把變頻器控制柜作為整體來描述，簡稱控制柜。
一般來說，控制柜需要實現三方控制：bas、fas、本地盤柜。其中，bas、fas作為遠程控制，只要fas啟動，bas需要自動屏蔽。在控制柜上應該有本地/遠程切換開關。需要注意的是，在此系統中，很多地鐵線要求在變頻器邊安裝旁路，當變頻器出現故障，或者是出現火災，風機能立即從旁路啟動，直接工頻運行，此情況下，控制柜上需要變頻/工頻轉換開關，保證在本地控制時，也能選擇變頻/工頻兩種啟動方式。
其實控制要求描述到此，我們能夠判斷，在變頻器柜內，不能單單只有變頻器，還需要安裝小型plc系統。也有一些地鐵線路中，控制柜內沒有小型plc，因為在每一個車站，都有一套大型plc系統，來處理整座車站中所有任務，那么，前面所描述的控制要求，就能夠交給這套plc來完成。當然，在此沒有誰好誰劣的比較，只是在前期設計時，要由設計方來規劃考慮了。
如果選擇在控制柜中安裝小型plc，也有一個需要選擇的命題：柜內plc與車站plc系統之間是采用通訊的方式，還是采用數字/模擬量方式。這兩種方案都是可行的，只是到目前為止，人們好像還是覺得后者的可靠性與可維護性要高一些，這也是智者見智的問題，在此不作討論。當然，通訊是發展的趨勢，同時，也是安全可行的方案，應該大力推廣。
柜內plc與車站系統plc采用的是數字/模擬量方式，在柜門上安裝有“本地/遠程”，“變頻/工頻”選擇開關。柜內plc采用施耐德小型plc，變頻器是atv61。柜內plc采用數字/模擬量來控制atv61，需要特別指出的是：因為atv61內置modbus/canopen兩種通訊方式，采用施耐德小型plc，可以直接用通訊的方式來控制變頻器atv61的運行，不會額外增加任何成本，并且已經有地鐵線路采納這種方式。
正常工況下，車站plc根據站內溫度、濕度，判斷需要多大流量的供風，然后通過模擬量的形式，控制atv61的速度，達到控制的目的。如果某時刻atv61出現硬件故障，無法啟動，由選擇開關選擇為“工頻”，直接在工頻下啟動風機。出現火災，車站需要排煙，這兩臺風機必須作為排煙風機運行，必須在50hz反向運行，高速排煙。如果此時控制系統出現問題，通過柜門按鈕啟動排煙。
3.2 區間隧道通風系統
地鐵隧道在幾個車站之間都設有一個區間風道，每座區間風道內設有2臺可逆轉耐高溫軸流風機。根據地鐵線路的長短，區間風道的數量在4～6座。地鐵運營正常工況時，風機每天連續運行8小時，單風機運行或雙風機并聯運行。
當區間夜間通風時，通過風閥轉換實現對區間的通風換氣。同時該風機兼容車站及區間阻塞、火災工況下事故通風。通常情況下，這些風機不需要控制其流量，只需要平穩啟停，不能對電網產生沖擊。施耐德軟起動器ats48可以有效解決這個問題，從技術角度上講，軟起動的應用更加簡單，其核心是在于軟起動的控制回路的設計。當然，與上面有關變頻器的描述一樣，軟起動控制柜作為一個整體來描述。在柜門上有本地/遠程控制選擇開關，遠程控制包括bas與fas系統。
其中，出現火災，需要排煙，軟起動數字量輸入li4定義成禁止所有保護，讓軟起動強行啟動，即使此時軟起動有故障。
4 地鐵行業對變頻器的要求
地鐵行業對變頻器/軟起動的技術難度要求不高，許多廠家的產品都能達到，但是地鐵行業也有一些特殊的要求，特別是變頻器：
（1）諧波的要求：地鐵系統內，除了變頻器，還有大量其它重要設備，如果變頻器不治理諧波，就有損壞其它設備的可能。地鐵行業要求解決這個問題，要求變頻器內置電抗器。
（2）emc電磁兼容性的問題：變頻器的抗干擾性都比較強，但是，其電磁發射性是非常強的，一方面干擾周圍的儀器儀表，其二，地鐵線路在市區穿行，可能經過醫院，商業大廈，電信基地等等對電磁干擾比較敏感的地方，必須抑制emc干擾，需要變頻器內置emc濾波器。
（3）地鐵隧道內環境還是比較惡劣的，要求變頻器內部電路板能夠配置防腐涂層，降低設備硬件故障。
（4）簡單的操作面板，方便維護人員檢修，需要變頻器的操作界面是中文；同時，該中文面板能夠安裝在控制柜門上。
（5）操作面板能夠同時監視多個重要變量：速度、電流、運行時間、消耗能量。
（6）因為風機是旋轉負載，經常出現機械共振，不處理，會出現大的機械故障，所以，變頻器必須提供多個（至少3個）頻率跳變點，避開可能的共振點。
（7）當模擬量或通訊出現故障，要求變頻器能夠不報故障，而是保持一個固定速度運行。
（8）地鐵線路很長，加上國內電網電壓波動比較大，要求變頻器能夠有大的電壓輸入范圍，在不影響風量的情況下，電壓范圍達到：380v，－15%～＋10%。
（9）有關輸入電壓降的問題：在可以設定的時間內，電壓降到50%電網電壓，變頻器不能報故障，并且能夠驅動風機運轉。電壓回復后，速度回到正常狀態。
（10）兼容性高，可以采用多種通訊協議：modbus，ethernet，devicenet，profibus等等。
（11）很高的制動力矩，即使不帶制動電阻，也能夠保證風機從＋50hz切換到－50hz時，切換時間小于60秒。
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
