城市轨道交通地下车站设备机房气体灭火系统设置及控制方式

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（3）另外，舞台的水平移动位置S 1与旋转角度θ始终要保持好一定的曲线关系，而且需满足两个舞台之间必须保证时间、位置上的绝对同步才能满足舞台不碰撞的危险。

基于上述特性，所有电机的控制均需采用伺服轴控制模式。

水平移动电机选用SEW-MDX61B 系列驱动器，采用主从扭矩同步控制模式，主机配置双编码器卡做全闭环控制，主机速度环接电机尾端TTL 编码器，主机位置环外接SSI 编码器作为水平移动位置反馈；从机仅接电机尾端TTL 编码器作为速度环即可。

旋转电机选用SEW-MDX 61B 系列驱动器，采用主从控制模式，主机和从机均利用电机尾端编码器做半闭环控制，主从做位置同步模式。

所有主从电机之间的通讯均通过SEW 通讯总线SBUS 实现。

SBUS 系统总线是基于CANOPEN 协议的仅用于SEW 变频器之间的通讯端口，最多可实现64个变频器之间的通讯，通讯速度最高1Mbps/s，数据刷新周期最高1ms。

主变频器通过SBUS 将自己的数据采用广播的模式传给每一个从机，从而实现主从之间的同步控制。

为实现两个舞台之间在控制上实现时间和位置的同步以及舞台之间的防撞，平台主控系统采用BeckHoff 品牌的CX-5020系列PLC，其高速EtherCAT 总线为目前主流的工业总线之一，具有强大的NC 运动控制功能及较强的扩展能力，最大单机可控制256轴。

舞台电气原理图（见图4）。

主控系统的PLC 配置中，我们分别将水平移动、舞台旋转的主轴电机配置成NC 轴，即两个舞台在主控PLC 内共配置4个NC 轴。

NC1与NC2按照上面的计算公式配置位置凸轮，NC3与NC4同样按照上面的计算公式配置位置凸轮，NC1与NC3之间的位置关系做相互同步监控。

这样，在两个舞台同时启动的情况下舞台同步旋转，即实现的功能要求，也保护了两个舞台在运动过程中的互不干涉。

4 结论
本项目中，通过对本舞台项目工艺要求的理解及对系统的理论分析，利用PLC 的位置凸轮以及驱动器的同步控制，两者通过有效的结合解决了运动过程中多轴同步及运动协调控制的问题，相对于其它方式的控制方案，BeckHoff 高效的EtherCAT 通讯及强大的NC 控制功能，也为此方案提供了坚实的技术保障。

参考文献
[1]（美）MENG KING,李幼涵.运动控制技术与应用[M].北京:机械工业出版社,2012-1-1.
[2]郇极,刘艳强.工业以太网现场总线ETHERCAT 驱动程序设计及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社，2010-3-1.
[3]寇宝泉,陈树康.交流伺服电机及其控制技术[J].北京：机械工业出版社，2010-2-1.
[4]（美）艾伦.亨德里克森，克林.巴克赫尔斯特.魏发孔,译.舞台机械设计[M].北京:机械出版社，2019-4-1
作者简介
姚孝鹏（1975-），江西九江人，本科，工程师，主要从事
专业娱乐设备自动控制技术研究。

图4 控制系统原理图
城市轨道交通地下车站设备机房气体灭火系统设置及控制方式
李 宇
（重庆市轨道交通（集团）有限公司，重庆 401120）
［摘 要］城市轨道交通地下车站因其建筑结构和空间位置的特殊性，具有很强的火灾危险性。

车站内有数十个机电设备系统，各个系统的设备和线路数量巨大，一旦出现绝缘不良或短路等情况，极易发生电气火灾。

车站设备是实现城市轨道交通车站设计功能和满足运营服务需要的基础，车站设备出现火灾的后果十分严重，而各系统的核心设备通常集中布置在各个车站设备机房，对这些车站设备机房设置气体灭火系统能有效降低设备电气火灾的危害，应合理选择并设置。

［关键词］城市轨道交通 地下车站 设备机房 气体灭火系统［中图分类号］U231.4 ［文献标志码］A
1 城市轨道交通地下车站火灾危险性及特点
随着城市轨道交通的快速发展，轨道交通运营安全管理，特别是地下车站的消防安全管理就显得尤为重要。

而地下车站因其特殊的建筑结构、空间布局和使用功能，具有特殊的
火灾危险性及特点。

1.1 人员流量大、动态火灾隐患多
地铁车站内客流量巨大、人员复杂，目前北京、上海、广州的日最高客运量已经超过1000万人次，成都、武汉、南
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京、重庆等新一线城市的日最高客运量也已突破500万人次。

面对如此大客流量，地铁车站虽然有相关安检措施，但仍对乘客所带物品和乘客行为难以完全控制，如乘客违反有关安全乘车规定，擅自携带易燃易爆物品乘车，在车上吸烟、人为纵火等动态隐患造成消防安全管理难度大，潜在火灾隐患多。

1.2 站内空间狭小、人员疏散困难
首先，地下车站是通过挖掘的方法获得的地下建筑空间，施工造价与工期与开挖工程量直接相关，因此地下车站空间在满足使用需要的前提下相对狭小，人员密度较大。

其次，地下车站完全靠人工照明，客观存在比地面建筑自然采光差的因素，发生火灾时正常照明有可能中断，人的视觉完全靠应急照明灯和疏散指示标志保证，增加了疏散逃离的难度。

最后，在地下车站发生火灾时，人只有往上逃到地面才能安全，即人员的逃生方向与烟气的自然扩散方向一致，但烟的扩散速度一般比人的行动快，因此人员疏散更加困难。

1.3 站内用电设施、设备及线缆量巨大
地铁车站内有供电、通信、信号、综合监控、自动售检票、站台门、电扶梯、动力照明、通风空调、给排水及消防等数十个机电系统设施和设备组成的庞大复杂系统，各种强弱电电气设备、电子设备不仅种类数量多而且配置复杂，供配电线路、控制线路和信息数据布线密如蛛网，一旦出现绝缘不良或短路等情况，极易发生电气火灾，并沿着线路迅速蔓延。

1.4 烟气扩散迅速，火灾扑救困难
由于地铁车站内乘客携带物品种类繁多，大多为可燃物品，因此一旦燃烧很容易蔓延扩大，产生大量有毒烟气。

由于地下车站空间狭小，大量烟气聚集在有限空间无法及时排除，短时间内迅速扩散至整个地下空间，造成车站内人员吸入有毒烟气死亡。

又由于地下车站的出入口有限，而且出入口又通常是火灾发生时的出烟口，因此消防人员不易接近着火点，扑救工作难以展开。

再加上地下工程对通信设施的干扰较大，扑救人员与地面指挥人员通信、联络困难，也给消防扑救工作增加了障碍。

2 城市轨道交通地下车站气体灭火系统选择及设置
城市轨道交通车站设备是实现城市轨道交通车站设计功能和满足运营服务需要的基础，车站设备出现电气火灾的后果十分严重。

气体灭火系统以一种或多种气体作为灭火介质，通过这些气体在整个防护区内或保护对象周围的局部区域建立起灭火浓度实现灭火。

气体灭火系统具有灭火效率高、灭火速度快、保护对象无污损、电绝缘性等优点，尤其适用于对车站设备机房这样的密闭空间电气火灾保护。

2.1 气体灭火剂的分类与选择
气体灭火系统按所使用的灭火剂分类，目前比较常用的气体灭火系统有二氧化碳灭火系统、七氟丙烷灭火系统、IG541混合气体灭火系统。

二氧化碳灭火系统是以二氧化碳作为灭火介质的气体灭火系统，按灭火剂储存压力不同分为高压系统和低压系统。

高压系统常温储存，但储存压力高，存储环境安全性要求较高。

低压系统存储需要增加了额外的保温制冷设备投入。

另外，大量的二氧化碳排放会产生温室效应，因此，不建议选用二氧化碳灭火剂。

七氟丙烷灭火系统是以七氟丙烷作为灭火介质的气体灭火系统。

七氟丙烷灭火剂属于卤代烷灭火剂系列，灭火能力强、灭火剂性能稳定，不产生温室效应，对臭氧层无损坏，不破坏大气环境。

但七氟丙烷灭火剂及其分解产物对人体有毒害作用，特别是在地下车站环境，人员密度大且通风条件比地面环境差的条件下，不建议选用七氟丙烷灭火剂。

IG541灭火系统是以氮气、氩气、二氧化碳混合气体作为灭火介质的气体灭火系统。

这些气体对大气层臭氧没有损耗，不加剧温室效应，不产生影响大气的化学物质。

混合气体无毒、无色、无味、无腐蚀性及不导电，不支持燃烧，不与大部分物质反应，是一种较为理想的灭火剂。

同时，当IG541灭火剂设计浓度不大于43%时，系统对人体是安全无害的，推荐选用IG541灭火剂。

2.2 地下车站气体灭火系统设置方式与范围
地铁车站设备主要分为在设备机房集中设置和在现场分散设置两种，设备机房集中设置的主要是各系统的重要核心设备，如弱电系统的服务器柜、网络机柜等，强电系统的变压器、开关柜等；现场分散设置的主要是各系统的终端设备。

从保护对象的重要性和经济性考虑，仅对集中设置的重要电气设备机房设置气体灭火系统。

车站内的气体灭火防护区都为封闭式的重要设备机房，故采用全淹没式进行设置，火灾时喷射的灭火剂与空气的混合气体迅速在此空间建立有效扑灭火灾的灭火浓度，并将灭火剂浓度保持一段所需要的灭火时间，即通过灭火剂气体将封闭空间淹没实施灭火。

由于车站火灾防护设计是按同一时间发生一次火灾考虑，从气体灭火系统设置的经济性和减少气瓶数量节约占用空间考虑，车站气体灭火系统设置为组合分配式系统，空间上相邻的设备机房设置为同一个防护区，该防护区的气瓶储存容量仅需满足最大设备机房的灭火要求。

对于典型的地下车站，可按表1进行防护区设置。

表1 典型地下车站气体灭火系统防护分区
防护分区
所属位置
防护区设备房间
防护区一站厅层
信号电源室、信号设备室、警务设备室、
通信设备室、综合监控室、商用通信设备室、综合电池室、综合电源室防护区二站台层
变电所控制室、整流变压器室、交直流开关柜室、接触网开关柜室、屏蔽门控制室
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3 车站气体灭火系统构成及控制流程
3.1 车站气体灭火系统构成
车站气体灭火系统由管网子系统和控制子系统两部分组成。

管网子系统包括储存装置、启动装置、分区控制阀、喷嘴、输送管路及其它附件组成。

控制子系统由气体灭火报警控制器、气体灭火控制器、现场控制器及设于各防护区疏散门内（外）的火灾声光报警器、各防护区疏散门外顶部的放气指示灯，设于各防护区内的火灾探测器，用于联动监控的模块箱，以及连接的电线电缆等共同组成。

火灾报警控制器在车站或工点范围内集中控制所有保护区的气体灭火控制器，为气体灭火系统专用，采用总线制智能型，具有报警、控制、传输、接收等功能。

气体灭火控制器设于气瓶间，采用总线制智能型，具有控制瓶头阀、选择阀动作，采集和反馈信号的功能。

对保护区实施灭火的控制器，几个保护区一个或每个保护区一个气体灭火控制器。

现场控制器设于各防护区的门外，含总线多线转换、手/自动转换开关模块或功能。

3.2 车站气体灭火系统操作方式
系统的操作方式满足3种操作方式：自动操作、手动操作和紧急机械手动操作方式。

自动操作方式。

控制系统处于自动工作状态时，系统自动完成火灾探测、报警、联动控制整个过程。

联动步骤为：
第一步：防护区内的单一探测器报警后，现场灭火控制盘启动设在该保护区域内的警铃，同时向FAS 提供火灾预报警信号。

第二步：同一防护区内两个不同种类的探测器同时报警后，现场灭火控制盘启动设在该防护区域内外的声光报警器，并进入延时状态（延时时间为30s）。

在延时过程中，控制盘输出有源信号关闭防火阀。

此时如发现是系统误动作，或确有火灾发生但仅使用手提式灭火器和其它移动式灭火设备即可扑灭火灾，可按下设在保护区域门外的紧急停止开关（必须持久按下，直至系统复位），可以使系统暂时停止释放药剂。

如需继续开启IG541混合气体管网系统，则只需松开紧急停止开关即可。

第三步：30s 延时结束时，现场灭火控制盘输出有源信号至启动瓶（或气瓶）的电磁阀，气体通过管道进入防护区。

压力开关将信号传至气体灭火报警主机，现场灭火控制盘启动防护区外的释放指示灯。

防护区域门内外的声光报警器，在灭火期间将一直工作，警告所有人员不能进入保护区域，直至确认火灾已经扑灭。

手动操作方式。

手动操作方式是指现场手动触发电动控制。

处在手动工作模式下，系统可以不经过延时而被直接启动释放混合气体。

紧急机械操作方式。

紧急机械操作实际上是机械方式的操作，只有当自动控制和手动控制均失灵时，才需要采用应急操作。

此时可通过操作设在气瓶间中混合气体（IG541）气体气瓶容器阀上（或启动气瓶上）的紧急机械启动器和区域选择阀上的紧急机械启动器，来开启整个气体灭火系统。

4 结语
城市轨道交通地下车站设备机房设置气体灭火系统，在自动状态下可以实现对火灾的自动探测，采取自动扑灭措施，对设备机房的火灾控制有积极的效果。

但是，气体灭火系统其火灾探测还是采用烟感加温感的探测方式，只能在已经出现火灾产生烟雾以及温度上升的情况下，进行自动探测和扑灭，只是减少火灾损失，而不能在火灾发生前进行预判并进行早期处理。

因此，对于特别重要的设备，还应该采用电气火灾监控系统进行配合，利用电气火灾监控系统对设备和电气线路进行剩余电流监测、温度监测等方式，在火灾发生前进行提前感知并提前采取措施，最大可能的避免设备火灾发生。

参考文献
[1] 刘连喜. 我国气体灭火系统灭火剂充装现状与管理[J]. 消防科学与技术，2015，34(2)：233-236.
[2] 气体灭火系统设计规范：GB 50370—2005[S].
作者简介
李宇（1984—），男，重庆人，本科，工程师，研究方向：
城市轨道交通系统设备工程项目管理。