王 菁，路 勇

（北京交通大學 電子信息工程學院，北京 100044）

近幾年，地鐵建設得到了大力推廣，除了北京、上海、廣州等一線城市外，我國很多二線城市也相繼開始修建地鐵。環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）是地鐵運營中應用時間比較短的系統(tǒng)之一，國內最早建設的地鐵環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)到現(xiàn)在十年左右。它的主要功能是對車站的給排水設備、通風空調設備、自動扶梯、電梯、照明、乘客導向等機電設備進行自動化監(jiān)控和管理，以及對防災系統(tǒng)、電力照明系統(tǒng)等進行全面的運行管理與控制，并在災害發(fā)生時能夠及時迅速地進入防災運行模式，保證人員的生命安全和減少財產(chǎn)損失，改善地鐵環(huán)境的舒適度，提高地鐵自動化運行的水平，起到安全、可靠、節(jié)能的作用。

1 主要設計原則及標準

（1）BAS依據(jù)組網(wǎng)靈活、技術先進、便于擴展、運營可靠、管理方便、節(jié)約投資的原則進行設計，監(jiān)控點預留10%至15%的裕量。（2）系統(tǒng)配置在滿足系統(tǒng)要求的前提下，充分考慮設備的性價比，以便節(jié)約工程投資，降低運營管理維修費用。（3）BAS接受火災自動報警系統(tǒng)（FAS）的火災指令，對于正常工況和火災工況兼用的設備，正常工況由BAS監(jiān)控管理，火災時由FAS發(fā)出指令，BAS執(zhí)行聯(lián)動控制，由正常工況轉入火災模式運行，火災工況具有優(yōu)先權。（4）系統(tǒng)設備滿足地鐵使用環(huán)境要求，能夠穩(wěn)定、可靠地工作，具有防塵、防腐蝕、防潮、防霉、防震、抗電磁干擾和靜電干擾等能力，主要設備采用工業(yè)級標準通用產(chǎn)品。（5）系統(tǒng)采用標準的通信接口、開放的通信協(xié)議以及漢化的人機界面。（6）BAS硬件和軟件的設計充分考慮系統(tǒng)的可靠性、可維護性、可擴展性、通用性和先進性，并具備故障診斷、在線修改、離線編輯的功能。同時系統(tǒng)設計遵循模塊化原則。（7）控制設備滿足工藝要求，選用先進的智能化設備。（8）BAS具有先進性、開放性和可靠性。所選用硬件設備必須全部為合格、成熟、可靠的正規(guī)產(chǎn)品，滿足國內相關標準和規(guī)范，保證在20年內不被淘汰或可以用同類型產(chǎn)品代替、且不需要改變其它相關設備的硬件和軟件。并保證設備的兼容性。系統(tǒng)提供足夠量的備品備件，保證系統(tǒng)的正常運行。（9）BAS接地采用綜合接地方式，接地電阻不大于1 Ω。

2 系統(tǒng)方案

2.1 全線系統(tǒng)構成

圖1 BAS全線系統(tǒng)圖

環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)是由綜合監(jiān)控系統(tǒng)組建的全線監(jiān)控系統(tǒng)，采用分層分布式系統(tǒng)結構，包括中央級、車站級和現(xiàn)場級3層，具有較強的獨立性，既可以脫離綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)獨自實現(xiàn)車站BAS的主要監(jiān)控功能，又可以在ISCS的統(tǒng)一調度和協(xié)調下實現(xiàn)車站之間的聯(lián)動功能，BAS全線系統(tǒng)圖如圖1。

中央級：BAS的中央級主要是控制中心(OCC)的調度工作站，由綜合監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)。車站級：包括車站級綜合監(jiān)控功能和車站BAS監(jiān)控功能，正常情況下，車站級綜合監(jiān)控功能由綜合監(jiān)控系統(tǒng)完成。車站BAS監(jiān)控功能以車站BAS維護終端、BAS監(jiān)控工作站、32位PLC控制器為平臺實現(xiàn)?，F(xiàn)場級：位于車站各監(jiān)控點或數(shù)據(jù)采集點，包括傳感器、執(zhí)行器、遠程I/O模塊、接口模塊等。BAS網(wǎng)絡采用分層分布式現(xiàn)場總線結構，由PLC控制設備、現(xiàn)場傳感器、維護終端等組成。監(jiān)控的對象包括車站隧道通風系統(tǒng)、公共區(qū)通風空調系統(tǒng)、車站設備管理用房區(qū)通風空調系統(tǒng)、空調水系統(tǒng)給排水系統(tǒng)、電扶梯系統(tǒng)、低壓動力照明系統(tǒng)等設備。

2.2 車站級系統(tǒng)構成

與車站控制室同在一端的BAS冗余PLC控制器將作為車站級BAS主控制器，提供標準的、開放的網(wǎng)絡接口，用于接入ISCS交換機。車站兩端的冗余PLC控制器通過現(xiàn)場總線通訊模塊組成環(huán)型網(wǎng)絡。綜合后備盤（IBP）盤內PLC與BAS主控制器通信連接，將IBP盤面上的模式指令下發(fā)至主控制器，再通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡下發(fā)至相應的現(xiàn)場級遠程I/O模塊中，BAS車站級系統(tǒng)圖如圖2。

車站級BAS主控制器留有與車站級火災報警控制器的通信接口，用于接收確認的火災報警信息和火災聯(lián)動模式指令。中央級BAS的各種模式指令及車站級火災聯(lián)動模式指令將通過主控制器處理、分發(fā)、下傳至現(xiàn)場級遠程I/O模塊中，實現(xiàn)火災工況下對共用設備的聯(lián)動控制，協(xié)同車站級FAS完成防救災工作。

車站兩端的冗余控制器與分布在現(xiàn)場的遠程I/O模塊間采用冗余現(xiàn)場總線連接。ISCS交換機下口的BAS設備自身能夠形成一個相對獨立的監(jiān)控系統(tǒng)，確保脫離ISCS后仍能完成主要的監(jiān)控功能。BAS在車站控制室內的值班員操作站由ISCS配置，車站級監(jiān)控功能由ISCS實現(xiàn)。

圖2 BAS車站級系統(tǒng)圖

3 系統(tǒng)性能

3.1 車站BAS控制及信息響應時間

車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)、BAS維護終端發(fā)出命令到RI/O輸出動作的時間不大于1 m。

車站BAS信息響應時間為RI/O輸入接受動作信號到車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)、BAS維護終端正常顯示的時間不大于1 m。

3.2 系統(tǒng)顯示精度及恢復

模擬量顯示精度：0.1%；

溫度分辨率計算：傳感器溫度范圍為T＝0～50℃，對應輸出信號為0～10V；

PLC模擬量輸入模塊分辨率為14 bit；

線性化的溫度分辨率為：50/(2^14)＝0.003℃。

系統(tǒng)自恢復時間為電源供應中斷后再恢復運作時，車站控制器、RI/O及網(wǎng)絡通訊設備自動重新啟動并恢復正常運行的時間。系統(tǒng)在斷電后恢復供電時，PLC控制器和RI/O能保證在120 m內完成模塊和網(wǎng)絡連接的自檢，使RI/O與控制器恢復正常連接。

3.3 開放性及實時性

BAS系統(tǒng)現(xiàn)場總線采用ModBus Plus，符合IEC61158 Type 2標準，允許計算機、可編程序控制器和其他數(shù)據(jù)源以對等方式進行通信，設備通過"令牌"的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換,嚴格定義了令牌的傳遞方式、數(shù)據(jù)校驗以及通信接口等方面的參數(shù)。環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)和綜合監(jiān)控系統(tǒng)之間采用以太網(wǎng)鏈路，符合IEEE802.3標準。

ModBus Plus的特性保證了傳輸時間為可靠的常量，且不受網(wǎng)絡上節(jié)點的增加或減少的影響。ModBus Plus使用光纖介質的最遠可達30 km，速度始終保持在1Mbps而不會隨距離衰減，并可在噪聲環(huán)境中使用。這些都使得ModBus Plus成為連接遠程I/O和對等PLC主站的最理想的網(wǎng)絡。

4 接口技術

BAS通過與相關機電設備或系統(tǒng)的接口（包括串行數(shù)據(jù)接口、局域網(wǎng)數(shù)據(jù)接口、硬線等）進行數(shù)據(jù)交換。接口設備一般利用PLC的各類智能接口模塊或第三方網(wǎng)關設備來管理BAS與各機電設備或系統(tǒng)的接口。BAS通過接口模塊既能夠獲得接入系統(tǒng)或設備的數(shù)據(jù)，又能夠接收發(fā)往接入系統(tǒng)或設備的數(shù)據(jù)和命令。

為了保證各系統(tǒng)之間接口的標準化和協(xié)調的方便性，保證通信數(shù)據(jù)的實時采集和安全傳輸。BAS配備能兼容各系統(tǒng)接口要求的通信接口，當BAS本身的通信接口數(shù)量或通信協(xié)調不能夠滿足要求時，必須采用成熟可靠且不低于BAS本身接口性能的第三方接口轉換設備。

BAS與綜合監(jiān)控系統(tǒng)、FAS、EPS、車站主風機變頻器、冷水機組群控系統(tǒng)等各種現(xiàn)場設備采用通信接口，與其他設備采用硬線連接的方式，從而實現(xiàn)對環(huán)境參數(shù)采集、對被控設備的監(jiān)視、操作及管理。

5 結束語

地鐵站內環(huán)境復雜，機電設備種類和數(shù)量眾多，環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)涉及許多系統(tǒng)的設備監(jiān)控，有其特殊性。隨著自動控制、計算機、通信、網(wǎng)絡等技術的不斷發(fā)展和應用，地鐵自動化運營更加可靠，安全，節(jié)能。在新線實踐中，根據(jù)地鐵的實際情況，應最大限度的提高地鐵環(huán)境控制系統(tǒng)的自動化水平。

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