陳淑君

摘要：在現(xiàn)代化發(fā)展背景之下，城市可利用空間不斷的減少。為了滿意社會大眾日益增長的交通出行需求，就需要積極展開對地下資源的利用工作。地鐵作為一種依附于城市地下空間的交通方式，在當前得到了相當廣泛的應用。文章即從這一角度入手，對地鐵BAS系統(tǒng)中有關PLC冗余技術的應用要點進行分析，希望能夠引起各方人員的關注與重視。

關鍵詞：地鐵；BAS系統(tǒng)；PLC；冗余技術

BAS系統(tǒng)即地鐵環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)的正常運行與地鐵運營的安全穩(wěn)定以及乘客、工作人員的人身安全等關鍵問題密切相關。正是由于這一原因，在現(xiàn)行的地鐵設計規(guī)范與汗液標準當中，對BAS系統(tǒng)的安全性提出了嚴格的要求。為了能夠達到提高系統(tǒng)可靠性的目的，多建議通過硬件冗余的手段實現(xiàn)。但需要注意的是：若將其考慮為完全冗余結構，則不但不會達到提高系統(tǒng)可靠性的效果，反過來或造成工程投資的加大。因此，需要通過對硬件配置的合理優(yōu)化以及對軟件技術的輔助應用，使系統(tǒng)的冗余功能得以實現(xiàn)。此問題值得各方人員引起重視。具體方案如下：

一、BAS軟件架構

對于地下車站，BAS系統(tǒng)有兩對控制器，設置在地下車站兩端的環(huán)控電控室PLC控制柜內(nèi)，分別用于控制車站兩端的機電設備。以車站大端的控制器為主，小端的控制器為輔。

對于高架車站，BAS系統(tǒng)只有一對控制器，設置在高架車站大端的綜合監(jiān)控設備室PLC控制柜內(nèi)，整個車站內(nèi)的所有機電設備監(jiān)控、環(huán)境參數(shù)監(jiān)視等均由這一對控制器實現(xiàn)。與地下車站相比，兼具大端和小端所有的功能。

（一）兩端PLC功能劃分

地下車站兩端PLC控制器，大端的控制器主要實現(xiàn)以下功能：

（1）監(jiān)控大端機電設備、監(jiān)視大端環(huán)境參數(shù)；

（2）與ISCS接口點通訊；

（3）接收ISCS轉(zhuǎn)發(fā)的GPS對時信息；

（4）系統(tǒng)控制方式切換、模式解析、模式狀態(tài)判斷；

（5）IBP功能解析、接收FAS火災模式指令；

（6）時間表控制；

（7）與小端PLC控制器通訊；

（8）與大端RIO節(jié)點通訊。

而小端的控制器功能相對而言較為簡單，主要實現(xiàn)以下功能：

（1）監(jiān)控小端機電設備、監(jiān)視小端環(huán)境參數(shù)；

（2）與大端PLC控制器通訊；

（3）與小端RIO節(jié)點通訊。

（二）大端PLC程序結構

大端BAS系統(tǒng)中有程序之處包括三部分：主PLC控制器、RIO適配器、IBP RIO適配器。

1.主PLC控制器部分

主PLC控制器部分集中BAS系統(tǒng)主要程序內(nèi)容，用于網(wǎng)卡狀態(tài)判斷切換、接收ISCS轉(zhuǎn)發(fā)的GPS時鐘信息（包括年月日時分秒）、系統(tǒng)控制權限操作、模式解析執(zhí)行及判斷、機電設備監(jiān)控、時間表控制等。其中與ISCS接口通訊、與小端PLC通訊、與RIO節(jié)點通訊通過軟件組態(tài)配置實現(xiàn)。

主PLC程序結構組成：

2.RIO適配器部分

RIO部分主要用于在適配器中組態(tài)基本的硬件配置和程序，不做過多的解析指令等作用。程序內(nèi)容包括：在本RIO節(jié)點處有通訊接口的設備的通訊程序、本RIO節(jié)點的模塊狀態(tài)診斷、模件通道數(shù)據(jù)（包括DI、DO、AI、AO）轉(zhuǎn)換處理程序。

RIO適配器中程序結構組成：

3.IBP RIO適配器部分

IBP RIO PLC部分主要用于緊急情況下IBP上功能。IBP RIO PLC中只在適配器中組態(tài)基本的硬件配置和程序，不做指令解析。連接IBP盤上環(huán)控模式的按鈕、指示燈等信息。程序內(nèi)容包括：IBP RIO與FAS接口通訊程序、IBP RIO模塊狀態(tài)診斷信息、模件通道數(shù)據(jù)（僅包括DI、DO）轉(zhuǎn)換處理程序。

說明：IBP RIO硬件組態(tài)時與普通的RIO節(jié)點組態(tài)不完全相同，多了一個BMXNOE0100的以太網(wǎng)模塊，其I/O scan地址映射設置于BMXPRA0100一樣，這樣保證PRA下連接的交換機鏈路故障或交換機故障時，NOE下的鏈路依然正常，保證能接收IBP盤上按鈕、指示燈的信息。

IBP RIO適配器中程序結構組成：

（三）小端PLC程序結構

小端BAS系統(tǒng)中有程序之處包括兩部分：從PLC控制器、RIO PLC適配器。

1.從PLC控制器部分

從PLC控制器部分集中BAS系統(tǒng)小端的程序內(nèi)容，用于網(wǎng)卡狀態(tài)判斷切換、小端機電設備監(jiān)控等。其中與大端PLC通訊、與RIO節(jié)點通訊通過軟件組態(tài)配置實現(xiàn)。

從PLC程序結構組成：

2.RIO適配器部分

RIO部分主要用于在適配器中組態(tài)基本的硬件配置和程序，不做過多的解析指令等作用。程序內(nèi)容包括：在本RIO節(jié)點處有通訊接口的設備的通訊程序、本RIO節(jié)點的模塊狀態(tài)診斷、模件通道數(shù)據(jù)（包括DI、DO、AI、AO）轉(zhuǎn)換處理程序。

RIO適配器中程序結構組成：

二、BAS系統(tǒng)PLC冗余技術系統(tǒng)配置

首先，從網(wǎng)絡結構配置的角度上來說，整個BAS車站級采取兩極化網(wǎng)絡模式，劃分為控制層以及監(jiān)控層，并對應對立網(wǎng)絡結構。其中，監(jiān)控層以以太網(wǎng)網(wǎng)絡為基礎，支持TCP/IP協(xié)議，帶寬標準為10/100M，冗余配置為雙星型拓撲結構。將其設置于車站主PLC控制器與通信處理器的中間位置，確保信息傳輸?shù)玫饺娴谋O(jiān)控。同時，在PLC1～2內(nèi)分別設置有獨立的以太網(wǎng)通訊模塊?？刂凭W(wǎng)的冗余以及切換由設備獨立完成，工程應用中不做特殊處理、

其次，從監(jiān)控層配置的角度上來說，將1臺獨立運行的監(jiān)控工作站配置于車站控制室內(nèi)，將其與冗余配置下的車站監(jiān)控局域網(wǎng)進行連接（通過以太網(wǎng)卡的方式實現(xiàn)）。同時，在車站一端環(huán)空電控室內(nèi)設置獨立通訊控制器（其主要功能是對通訊接口進行集中處理），其與整個車站監(jiān)控局域網(wǎng)網(wǎng)絡的連接同樣通過以太網(wǎng)接入的方式實現(xiàn)。

最后，從控制層配置的角度上來說，在整個地鐵車站內(nèi)部，BAS系統(tǒng)在車站內(nèi)對應有一套具有熱備關系特點的PLC控制器裝置，其主要工作任務式：負責完成BAS系統(tǒng)下車站控制層所有任務的調(diào)度，并為其提供數(shù)據(jù)服務以及功能支持。主控制器、備控制器同時與車站監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)連接。PLC1～2同步運行，一主一備，但僅有主控制器能夠在以太網(wǎng)網(wǎng)絡支持下獲取監(jiān)控層所傳遞的數(shù)據(jù)信息，另一備用控制器則獨立運行。在故障條件下，PLC控制器能夠?qū)?nèi)部故障進行自動檢查并進行切換，以確保安全性以及整個BAS系統(tǒng)的持續(xù)運行。

三、BAS系統(tǒng)PLC冗余需求

對系統(tǒng)進行冗余的主要目的是提高系統(tǒng)運行的可靠性，避免發(fā)生故障停運，設備損壞的問題，從而達到降低經(jīng)濟損失，減少并避免人員傷亡的目的。由于PLC技術自身就有一定的可靠性，因此僅僅從硬件配置上入手，對系統(tǒng)可靠性進行改善是遠遠不夠的。為達到滿意的效果，還需要從軟件入手，引入系統(tǒng)性的冗余技術。

從BAS系統(tǒng)對PLC冗余功能需求的角度上進行分析：要求在主PLC控制器與監(jiān)控工作站之間形成一個完整且獨立的通信路徑，能夠支持對數(shù)據(jù)的上行或下行傳遞。同時，通過應用冗余技術的方式，能夠在雙以太網(wǎng)通訊鏈路或冗余PLC控制器出現(xiàn)單點故障的情況下，BAS系統(tǒng)的正常運行不會受其影響，在自身無硬件故障的條件下，冗余PLC控制能夠確保主備PLC控制器的安全、穩(wěn)定運行。

四、PLC冗余技術應用要點

研究認為：PC電源，網(wǎng)絡通訊以及結構框架等同樣是影響整個BAS系統(tǒng)運行可靠性的重要因素。因此，兩個PLC控制器還需要在以上多個方面中實現(xiàn)雙重化的冗余目標。一旦主PLC控制器出現(xiàn)故障，則備控制器能夠立即繼續(xù)執(zhí)行控制指令，避免現(xiàn)場工藝設備處于控制失效的運行狀態(tài)下。同時，對于主PLC控制儀器而言，過程計算機需要在以太網(wǎng)的支持下將控制指令傳遞至設備PLC裝置，同時對設備PLC所傳遞的現(xiàn)場實時信息進行接受，以了解現(xiàn)場設備的運行狀態(tài)。同構構建PLC獨立互聯(lián)網(wǎng)的方式，以Genius總線為載體，實現(xiàn)PC端的連接，在GBC支持下實現(xiàn)每臺PLC裝置的交互式連接。還需要特別注意的一點是：在構建基于PLC的互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡過程當中，對于每臺獨立的PLC裝置而言，需要劃分為128*16字節(jié)的內(nèi)存區(qū)域，將其作為控制系統(tǒng)的廣播收聽區(qū)域，通過廣播的方式收聽并傳遞現(xiàn)場設備的運行標志以及輸入狀態(tài)等關鍵信息，在熱備冗余技術的支持下根據(jù)所收聽的廣播數(shù)據(jù)，就對方PLC的運行狀態(tài)進行評估。

五、結束語

從地鐵建設的角度上行來說，對機電設備，特別是環(huán)控設備進行集中控制，能夠使其運行更加的安全可靠，確保地下環(huán)境的安全性。在PLC冗余技術干預下，可以使整個地鐵BAS系統(tǒng)的運行更加安全與可靠，達到滿意的實踐效果，值得在同類工程建設中加以關注。