羅 輝（北京城建設(shè)計(jì)研究總院有限責(zé)任公司，北京 100037）

1 項(xiàng)目概況

某地鐵指揮中心是該城市30幾條地鐵線路的集中控制中心。建筑內(nèi)不僅設(shè)有30幾條地鐵線的控制中心，還包括售檢票清分清算中心、售檢票檢驗(yàn)測(cè)試中心、線路乘客信息管理中心、地鐵運(yùn)營(yíng)信息中心等功能設(shè)施。該指揮中心是城市軌道交通形成運(yùn)營(yíng)、指揮、管理、研究一體化，進(jìn)一步提高軌道交通的整體運(yùn)營(yíng)質(zhì)量，提供更加合理、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)營(yíng)方案的核心建筑。

樓宇自控系統(tǒng)是運(yùn)用自動(dòng)化儀表、計(jì)算機(jī)過程控制和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，對(duì)建筑物的環(huán)境參數(shù)和建筑物機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行自動(dòng)化檢測(cè)、監(jiān)視、優(yōu)化控制及管理，也就是我們通常說的BAS（Building Automation System）。樓宇自控系統(tǒng)的主要應(yīng)用目的是優(yōu)化建筑物內(nèi)建筑設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，節(jié)省建筑設(shè)備能耗，提高設(shè)備自動(dòng)化監(jiān)控和管理水平，為建筑物內(nèi)提供良好環(huán)境，以及提高運(yùn)行和管理人員效率、減少運(yùn)行費(fèi)用。

雖然地鐵指揮中心的樓宇自控系統(tǒng)從傳統(tǒng)意義上講是建筑智能化的一部分，與工業(yè)自動(dòng)化控制有著很大的區(qū)別。但是由于地鐵指揮中心本身的功能特殊性，增加了諸如機(jī)房環(huán)境監(jiān)控、不間斷電源系統(tǒng)監(jiān)控、能源管理等普通智能建筑所不涉及的監(jiān)控內(nèi)容，從而使其樓宇自控系統(tǒng)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)大大超過同等規(guī)模的其他建 筑。而且出于對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)安全的考慮，地鐵指揮中心的樓宇自控系統(tǒng)不僅僅是為用戶提供一個(gè)高效、舒適、便利的人性化建筑環(huán)境，更是地鐵運(yùn)營(yíng)、生產(chǎn)的安全保障系統(tǒng)。這也就對(duì)樓宇自控系統(tǒng)提出了更高的要求。

2 DDC與PLC功能對(duì)比

在常規(guī)的樓宇自控系統(tǒng)中使用的控制設(shè)備主要是DDC (Direct Digital Control直ler接數(shù)字控制器)；而PLC（Programmable Logic Controller可編程邏輯控制器）通常用于工業(yè)控制領(lǐng)域。以下從6個(gè)方面對(duì)DDC和PLC的功能特點(diǎn)進(jìn)行比較：

表1 DDC和PLC功能特點(diǎn)對(duì)照表

綜上所述，DDC是由PLC發(fā)展而來的，根據(jù)樓宇設(shè)備控制特點(diǎn)固化了一些專門應(yīng)對(duì)樓宇設(shè)備控制的程序，為用戶提供了簡(jiǎn)單實(shí)用的控制方案。但在安全性、擴(kuò)展性、響應(yīng)速度及開發(fā)能力等多方面，PLC具有不容質(zhì)疑的優(yōu)勢(shì)。該地鐵指揮中心項(xiàng)目受監(jiān)控設(shè)備規(guī)模較大、監(jiān)控功能較為復(fù)雜且系統(tǒng)安全性要求很高，因此樓宇自控系統(tǒng)采用PLC作為控制設(shè)備，完全適應(yīng)了本項(xiàng)目這些特殊需求。

3 系統(tǒng)構(gòu)成

本項(xiàng)目樓宇自控系統(tǒng)采用國(guó)際上先進(jìn)的“集散型控制系統(tǒng)”，在首層安防中心內(nèi)設(shè)置樓控中心。并本著“危險(xiǎn)分散”的設(shè)計(jì)原則，系統(tǒng)按樓控中心和設(shè)備機(jī)房?jī)杉?jí)管理模式設(shè)置，并按樓控中心、設(shè)備機(jī)房、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備三級(jí)模式進(jìn)行控制。樓控中心級(jí)管理主要以監(jiān)控管理為主，實(shí)現(xiàn)可控設(shè)備的模式控制和時(shí)間表控制；設(shè)備機(jī)房管理是通過工業(yè)以太網(wǎng)將遠(yuǎn)程智能I/O（輸入/輸出）模塊直接分散到現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備旁邊，進(jìn)行操作管理。樓宇自控系統(tǒng)通過網(wǎng)速為100Mbps、分層—分布式的工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將樓控中心、設(shè)備機(jī)房、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備三級(jí)智能設(shè)備連接起來，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)化、可視化的三級(jí)控制結(jié)構(gòu)。從而形成樓控中心集中管理、設(shè)備機(jī)房分散控制的大型自動(dòng)化監(jiān)控管理系統(tǒng)。

本項(xiàng)目樓宇自控系統(tǒng)主要監(jiān)控范圍包括：制冷系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、空調(diào)與通風(fēng)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、EPS電源、智能照明系統(tǒng)、機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)（機(jī)房精密空調(diào)、不間斷電源、機(jī)房溫濕度、漏水報(bào)警、配電系統(tǒng)）、能源管理系統(tǒng)（水表、電表、熱能計(jì)量表）等。其中制冷系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、EPS電源和智能照明系統(tǒng)均自成獨(dú)立的控制系統(tǒng)，水表、電表、熱能計(jì)量表也采用具有通信接口的智能儀表，通過設(shè)備供應(yīng)商提供的通信接口及通信協(xié)議直接接入樓宇自控系統(tǒng)。

3.1 樓控中心

為提高整個(gè)系統(tǒng)的安全性，在樓控中心層采用冗余的主PLC設(shè)置并配有管理服務(wù)器。冗余的主PLC采用雙背板、雙電源、雙機(jī)熱備的硬件冗余方式，而不是通過軟件編程實(shí)現(xiàn)。當(dāng)任一主PLC不能工作或被診斷故障時(shí)，必須保證所有受控設(shè)備及模式能不間斷、無擾動(dòng)地自動(dòng)切換運(yùn)行，同時(shí)可以通過監(jiān)控軟件和PLC系統(tǒng)的硬件按鈕進(jìn)行手動(dòng)切換。無論采用何種切換方式，均應(yīng)保證整個(gè)系統(tǒng)切換的無擾動(dòng)，即不影響監(jiān)控對(duì)象和監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備正常運(yùn)行、系統(tǒng)功能正常執(zhí)行及數(shù)據(jù)的正常通訊。冗余主PLC的CPU支持實(shí)時(shí)的多任務(wù)操作系統(tǒng)，主頻不低于266MHz，內(nèi)存容量不低于2Mbps，并具有擴(kuò)展能力。

本項(xiàng)目設(shè)有功能強(qiáng)大的上級(jí)系統(tǒng)集成平臺(tái)，而且上級(jí)平臺(tái)深度集成樓宇自控系統(tǒng)。因此，在冗余的主PLC上預(yù)留與上級(jí)系統(tǒng)集成平臺(tái)冗余的100Mbps以太網(wǎng)通信接口，雙方系統(tǒng)通過互相監(jiān)察對(duì)接口的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)冗余切換。上級(jí)平臺(tái)與冗余PLC的數(shù)據(jù)流為雙向傳輸。傳輸方式為定時(shí)、實(shí)時(shí)、應(yīng)答三種方式。上級(jí)平臺(tái)負(fù)責(zé)將運(yùn)行工況（包括事故工況）、運(yùn)行/停止指令、工況切換指令傳送至冗余主PLC；冗余主PLC負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等信息，其結(jié)果形成設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)和歸檔數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)或定時(shí)地上傳給上級(jí)平臺(tái)，由上級(jí)平臺(tái)對(duì)上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和歸檔，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)本項(xiàng)目各種機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境狀況，刷新數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)記錄。當(dāng)上級(jí)平臺(tái)有選擇地調(diào)用設(shè)備數(shù)據(jù)信息時(shí)，采用應(yīng)答方式。

管理服務(wù)器用于系統(tǒng)的日常維護(hù)和管理，在脫離上級(jí)系統(tǒng)集成平臺(tái)時(shí)也可通過管理服務(wù)器對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行獨(dú)立的操作管理。

圖1 樓宇設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

3.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)目的樓宇自控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)采用分層—分布式的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并出于安全的角度考慮，將交換設(shè)備接成環(huán)狀，形成環(huán)狀以太網(wǎng)。當(dāng)出現(xiàn)單點(diǎn)設(shè)備故障或連接故障時(shí)能實(shí)現(xiàn)環(huán)形自愈，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。同時(shí)本著“危險(xiǎn)分散”的設(shè)計(jì)原則，做到每個(gè)設(shè)備機(jī)房PLC及遠(yuǎn)程I/O模塊均為獨(dú)立的智能控制單元，可獨(dú)立于樓宇自控系統(tǒng)中樞，就地對(duì)控制箱管轄范圍內(nèi)的機(jī)電設(shè)備進(jìn)行獨(dú)立監(jiān)控。

3.3 設(shè)備機(jī)房

在各主要設(shè)備機(jī)房：如水泵房、空調(diào)機(jī)房、送排風(fēng)機(jī)房等地，設(shè)置非冗余小型PLC。該P(yáng)LC控制器通過背板式管理型交換機(jī)以工業(yè)以太網(wǎng)形式，形成自愈型環(huán)狀以太網(wǎng)，并與樓控中心冗余主PLC連接。同時(shí)該P(yáng)LC還可通過通信模塊與智能I/O模塊及具有通信接口的第三方系統(tǒng)和設(shè)備相連，如：制冷系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備、熱交換監(jiān)控設(shè)備、EPS電源主機(jī)、智能照明控制主機(jī)、智能水、電、熱表等，實(shí)現(xiàn)樓宇自控系統(tǒng)對(duì)第三方控制設(shè)備的監(jiān)視。

3.4 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備

在各受控設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置智能I/O模塊。該模塊具有獨(dú)立的CPU、控制程序和存儲(chǔ)設(shè)備，以及與設(shè)備機(jī)房PLC相連的總線接口。它作為設(shè)備機(jī)房PLC的一個(gè)模塊，通過總線與其相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并在設(shè)備機(jī)房PLC的協(xié)調(diào)管理下獨(dú)立地進(jìn)行設(shè)備監(jiān)控工作。智能I/O模塊也能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)視連接設(shè)備的狀態(tài)，并通過通信鏈路，按照設(shè)備機(jī)房PLC的要求傳送有關(guān)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)作為PLC對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行控制的依據(jù)；同時(shí)PLC又通過智能I/O模塊將處理結(jié)果送給被控制對(duì)象，以實(shí)現(xiàn)控制目的。

4 結(jié)束語

本項(xiàng)目中PLC以其強(qiáng)大的可靠性、產(chǎn)品的通用性、數(shù)據(jù)的安全性以及豐富的網(wǎng)絡(luò)通訊功能，很好地將工業(yè)級(jí)控制設(shè)備與民用樓宇自控系統(tǒng)結(jié)合在一起。此外，通過具備很高的可靠性、一定的實(shí)時(shí)性、多任務(wù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的組態(tài)監(jiān)控軟件，使得整個(gè)樓宇自控系統(tǒng)具有良好的可移植性、可擴(kuò)展性和聯(lián)網(wǎng)功能，從而使系統(tǒng)更能適應(yīng)業(yè)主對(duì)使用功能的不斷增加、系統(tǒng)規(guī)模的繼續(xù)擴(kuò)充以及被綜合監(jiān)控平臺(tái)深度集成的要求。更好地為地鐵指揮中心提供運(yùn)營(yíng)、生產(chǎn)的安全保障和高效、舒適、便利的人性化建筑環(huán)境。

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