中鐵二局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司 袁 偉

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深圳北站機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

中鐵二局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司 袁 偉

介紹了深圳北站的基本情況、機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能和特點(diǎn)，著重討論系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)接口和通信協(xié)議的選擇，組成系統(tǒng)的主要功能模塊等內(nèi)容，并指出深圳北站機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)對(duì)于我國綜合交通樞紐建設(shè)具有顯著的指導(dǎo)意義。

機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng) 接口及協(xié)議 節(jié)能控制 場景控制

1 概述

深圳北站是深圳地區(qū)的鐵路中心客運(yùn)站，建筑總面積達(dá)18.2萬m2。站房主體為大跨度異型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分地面站臺(tái)層、高架夾層、高架候車層、商務(wù)預(yù)留層共四層。該站銜接武廣深港客運(yùn)專線、廈深鐵路，并與地鐵四號(hào)線、五號(hào)線、六號(hào)預(yù)留線、長途汽車站、公交場站、出租車場站以及社會(huì)車輛停車場接駁，形成具有口岸功能的特大型綜合交通樞紐。

為了最大限度地滿足旅客需求，提高鐵路企業(yè)的服務(wù)水平，提高生產(chǎn)安全水平和現(xiàn)代化管理水平，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、減員增效的目標(biāo)，深圳北站機(jī)電設(shè)備全部納入統(tǒng)一的自動(dòng)化監(jiān)視和控制，建設(shè)統(tǒng)一的機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）。該BAS具有如下主要功能和特點(diǎn)：

1.1 受控對(duì)象種類多、規(guī)模大

BAS的主要監(jiān)控對(duì)象包括車站群控系統(tǒng)、VRV數(shù)碼渦旋空調(diào)室外機(jī)組、變配電系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、電扶梯、柴油發(fā)電機(jī)組、EPS應(yīng)急電源、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)等；受控對(duì)象不但種類多，而且數(shù)量也非常大，監(jiān)控點(diǎn)數(shù)總計(jì)超過10000個(gè)；需要納入統(tǒng)一監(jiān)控的各類弱電子系統(tǒng)或智能設(shè)備的接口幾十個(gè)。

1.2 功能要求特殊

高速客專站房是人口流動(dòng)非常密集的公共場所。不同于普通樓宇BAS更多強(qiáng)調(diào)滿足環(huán)境智能調(diào)節(jié)的要求，客專站房機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)更強(qiáng)調(diào)有利于安全行車管理、變化客流下的環(huán)境調(diào)節(jié)、災(zāi)害情況下的疏散導(dǎo)引、相關(guān)設(shè)備在各種情況下的有效運(yùn)行，以及最大限度地實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效。

1.3 相關(guān)系統(tǒng)眾多

深圳北站涉及到的自動(dòng)化信息系統(tǒng)較多，除了機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)以外，還包括火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)（FAS）、車站客服系統(tǒng)、四電集成SCADA系統(tǒng)、地鐵環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)等。眾多系統(tǒng)之間經(jīng)常需要通過信息傳遞和共享，實(shí)現(xiàn)報(bào)警聯(lián)動(dòng)和綜合調(diào)度，這也是深圳北站BAS的一個(gè)重要特點(diǎn)。

1.4 環(huán)境條件特殊

客專站房所處環(huán)境具有特殊性，首先它是一個(gè)半敞開式的公共建筑，人員聚集數(shù)量多，流動(dòng)密度大，季節(jié)突發(fā)性強(qiáng)；其次由于動(dòng)車采用高壓（27.5kV）、非平衡（單相）電力牽引，機(jī)車負(fù)荷為沖擊性負(fù)荷，電磁干擾比較嚴(yán)重。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

深圳北站BAS采用集中管理、分散控制的分層、分布式結(jié)構(gòu)，由中央監(jiān)控站、分站、傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)及相關(guān)通信網(wǎng)絡(luò)組成。其中，中央監(jiān)控站位于站房控制室，是機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)度指揮中心和管理中心，由中央監(jiān)控軟件、監(jiān)控工作站、BAS服務(wù)器、大屏幕、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、打印機(jī)、UPS等組成。

分站具體負(fù)責(zé)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和控制。深圳北站的BAS分站有多種類型，包括網(wǎng)絡(luò)控制器、DDC（Direct Digital Cotroller）、各種專用智能控制器及各監(jiān)控子系統(tǒng)等。

傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要指各種現(xiàn)場傳感器、儀器儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，它們負(fù)責(zé)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集，包括模擬量、交流量、開關(guān)量、脈沖量、數(shù)字量等；接收分站和上級(jí)主站的命令，通過開關(guān)、閥門（執(zhí)行器）、調(diào)節(jié)器等輸出控制。

通信網(wǎng)絡(luò)連接中央監(jiān)控站和各分站，是數(shù)據(jù)上傳下達(dá)的傳輸通道，通信網(wǎng)絡(luò)的形式和結(jié)構(gòu)決定了BAS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

考慮深圳北站BAS規(guī)模大、點(diǎn)數(shù)多、可靠性要求高的實(shí)際情況，本系統(tǒng)采用光纖工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，干線通信采用光纜，現(xiàn)場通信采用現(xiàn)場總線。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 深圳北站BAS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 通信接口及協(xié)議

深圳北站的分站類型、數(shù)量都比較多，與中央監(jiān)控站之間的通信接口及通信協(xié)議尤為重要，這是系統(tǒng)設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵因素。

3.1 接口

中央監(jiān)控站與分站的接口主要采用以下幾種形式：

3.1.1以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線混合結(jié)構(gòu)

中央監(jiān)控站與網(wǎng)絡(luò)控制器之間經(jīng)工業(yè)以太網(wǎng)連接，而網(wǎng)絡(luò)控制器與各DDC之間經(jīng)LonWorks現(xiàn)場總線連接，具有成本低、可靠性高的特點(diǎn)。

3.1.2以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換器

許多機(jī)電設(shè)備如電扶梯、中央空調(diào)機(jī)組等配置專用控制器，低壓變配電、照明系統(tǒng)則構(gòu)成獨(dú)立的監(jiān)控子系統(tǒng)，這些分站的通信接口可以歸納為RS-232、RS-485、現(xiàn)場總線等幾種形式，引入中央監(jiān)控站時(shí)，可以加裝匹配的以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換器，統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)接口后，接入中央監(jiān)控站。

3.2 通信協(xié)議

通信協(xié)議是數(shù)據(jù)交換的基礎(chǔ)。深圳北站采用的通信協(xié)議有BACnet、ModBus、OPC等。

3.2.1 BACnet

BACnet 是 A Data Communication Protocol for Building Automation and Control Network的簡稱，是BAS領(lǐng)域唯一的ISO標(biāo)準(zhǔn)。它是一個(gè)完全開放的BA協(xié)議，獨(dú)立于任何制造商，不需要專門芯片，不同廠家的產(chǎn)品可以相互通信，具有良好的互操作性，有利于系統(tǒng)的擴(kuò)展和集成。

考慮到鐵路行業(yè)的實(shí)際情況，深圳北站優(yōu)先采用了BACnet協(xié)議。

3.2.2 ModBus

ModBus在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，許多機(jī)電設(shè)備的智能監(jiān)控都采用該協(xié)議或其變種，因此，中央監(jiān)控站需支持ModBus協(xié)議，并允許現(xiàn)場修改適應(yīng)不同廠家的ModBus版本。

3.2.3 OPC

OPC全稱是OLE for Process Control，是以O(shè)LE/COM機(jī)制作為應(yīng)用程序的通訊標(biāo)準(zhǔn)。OPC是一種客戶/服務(wù)器模式，具有語言無關(guān)性、代碼重用性、易于集成性等優(yōu)點(diǎn)，不管現(xiàn)場設(shè)備以何種形式存在，客戶都以統(tǒng)一的方式去訪問，從而保證軟件對(duì)客戶的透明性，使得不同廠家的產(chǎn)品可以相互通信。

4 主要功能模塊

深圳北站BAS規(guī)模大、系統(tǒng)復(fù)雜，關(guān)鍵功能模塊主要包括以下幾部分：

4.1 中央空調(diào)節(jié)能控制

中央空調(diào)是大型站房的重要設(shè)備，也是耗電大戶，中央空調(diào)實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制具有重要的意義。常用的控制方法包括：

4.1.1定流量控制

定流量控制的特征是空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)水量保持定值不變，當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，通過改變供水或回水溫度來匹配。定流量供水方式的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡單，不需要復(fù)雜的自控設(shè)備，缺點(diǎn)是系統(tǒng)運(yùn)行效率低，節(jié)能效果稍差。但由于技術(shù)和設(shè)備成熟，實(shí)際工程中應(yīng)用非常多。

4.1.2變流量控制

變流量控制的原理是：當(dāng)空調(diào)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，通過變頻、模糊控制等技術(shù)手段及時(shí)調(diào)節(jié)冷水機(jī)組、各水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工作參數(shù)，從而改變冷水機(jī)組工作狀態(tài)、冷凍 （溫）水和冷卻水流量，改變冷卻塔風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，確保冷水機(jī)組始終工作在效率最佳狀態(tài)，使供回水溫度始終處于設(shè)定值，從而使主機(jī)始終處于高轉(zhuǎn)換效率的最佳運(yùn)行工況。

變流量控制的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)先進(jìn)，運(yùn)行效率和節(jié)能效果都得到很大改善。目前，國內(nèi)外主要空調(diào)設(shè)備供貨商都提供相應(yīng)的技術(shù)和配套產(chǎn)品。

4.2 照明場景控制

車站照明系統(tǒng)，包括站房照明、站臺(tái)照明和泛光照明等幾部分。車站照明采用智能化的場景控制。所謂場景控制，就是通過綜合考慮和分析與車站照明密切相關(guān)的時(shí)間、區(qū)域、環(huán)境照度、客流量和列車到出站時(shí)間等因素，按照預(yù)設(shè)的控制策略，對(duì)照明進(jìn)行動(dòng)態(tài)智能化管理，控制照明燈具在不同情況下以不同狀態(tài)工作，實(shí)現(xiàn)多樣化的照明場景，從而在提高照明質(zhì)量的同時(shí)獲得最佳的節(jié)能效果。

具體控制策略包括：（1）就地手動(dòng)控制；（2）遠(yuǎn)程遙控；（3）時(shí)間表自動(dòng)控制；（4）基于光照度和客流量的環(huán)境參數(shù)輔助控制；（5）與客運(yùn)信息系統(tǒng)接口，實(shí)現(xiàn)基于列車進(jìn)出站、旅客上下車的站臺(tái)照明和通道照明的聯(lián)動(dòng)控制。

4.3 低壓變配電智能監(jiān)控

深圳北站有多座低壓變電所，每座變電所都采用低壓變配電智能監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)由智能儀表、RTU、現(xiàn)場總線組成，完成以“遙信、遙測、遙控、遙調(diào)”為主的遠(yuǎn)動(dòng)功能，并最終實(shí)現(xiàn)“無人值班、無人值守”的目標(biāo)；各子系統(tǒng)通過集控器接入中央監(jiān)控站，納入BAS統(tǒng)一監(jiān)控和管理。

5 結(jié)束語

深圳北站機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及到站房、電力、暖通、給排水等若個(gè)專業(yè)，監(jiān)控內(nèi)容、監(jiān)控點(diǎn)數(shù)、各種智能接口非常多，系統(tǒng)的可靠性及功能要求也比較高。因此，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)遵循了開放性和標(biāo)準(zhǔn)化的基本原則，從全局著手，統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)籌兼顧、分塊分布實(shí)施，防止系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)不匹配、不兼容的現(xiàn)象，防止出現(xiàn)信息孤島，確保BAS能夠順利完成各種機(jī)電設(shè)備的監(jiān)視、控制和管理功能，實(shí)現(xiàn)站房環(huán)境的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，保證旅客具有安全、舒適的乘車環(huán)境，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效的目標(biāo)。

深圳北站機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)是一個(gè)典型的高速客專站房BAS項(xiàng)目，對(duì)鐵路系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施作了許多有益的探索，對(duì)我國正在大規(guī)模開展的鐵路站房、綜合交通樞紐建設(shè)具有顯著的借鑒和指導(dǎo)意義。

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