田小梅 左振魯

（國電南瑞科技股份有限公司，210061，南京／／第一作者，工程師）

寧波軌道交通1號(hào)線車輛段位寧波市東環(huán)南路以東蔡江岸地區(qū)天童莊，分為蓋上、夾層、蓋下三部分，建筑結(jié)構(gòu)龐大復(fù)雜。整個(gè)車輛段的環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）的監(jiān)控方案對(duì)應(yīng)車輛段結(jié)構(gòu)也分為蓋上、夾層、蓋下三部分，每個(gè)部分各設(shè)有一對(duì)控制器及多個(gè)RI／O（定段輸入輸出）控制箱，用于監(jiān)控現(xiàn)場各種機(jī)電設(shè)備。

1 車輛段BAS結(jié)構(gòu)組成

天童莊車輛段BAS的蓋上、夾層、蓋下三部分，分別設(shè)立了獨(dú)立的可編程邏輯控制器（Programmmed Logic Controller，簡為PLC）。蓋上的部分為車輛段主PLC，設(shè)置于綜合辦公室樓一層綜合樓綜合監(jiān)控設(shè)備室，直接與車輛段綜合監(jiān)控系統(tǒng)（Integrated Supervision and Control System，簡為ISCS）通信。夾層部分的PLC和蓋下部分的PLC為從PLC，分別采集、處理所屬區(qū)域的設(shè)備信息并上傳給蓋上主PLC，并接收蓋上主PLC下發(fā)的控制指令，傳送給各個(gè)就地設(shè)備進(jìn)行開關(guān)、啟?？刂频?。

1.1 蓋上BAS

天童莊車輛段蓋上部分的PLC 為一套冗余ControlLogix系列PLC，兩個(gè)冗余PLC 機(jī)架分柜布置。此處的PLC 作為整個(gè)車輛段的主PLC，每個(gè)機(jī)架上分別設(shè)置1塊以太網(wǎng)卡，用于同ISCS進(jìn)行通信；同時(shí)在每個(gè)PLC機(jī)架上分別布置2個(gè)網(wǎng)絡(luò)模塊，1個(gè)用于向上連接夾層PLC 和蓋下PLC 組成控制級(jí)網(wǎng)絡(luò)，另1個(gè)用于向下連接現(xiàn)場級(jí)網(wǎng)絡(luò)。

在天童莊車輛段的培訓(xùn)中心、文體中心、鍋爐房等處分別設(shè)置RIO 控制箱，內(nèi)設(shè)各種類型的DI（數(shù)字量輸入）／DO（數(shù)字量輸出）／AI（模擬量輸入）／AO（模擬量輸出）模塊，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備信號(hào)的采集和傳輸功能，從而監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備。

1.2 夾層BAS

夾層PLC 的結(jié)構(gòu)類似于蓋上PLC 部分，區(qū)別在于冗余PLC 機(jī)架上沒有與ISCS通信的以太網(wǎng)模塊?，F(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備比蓋上PLC 多，分布在夾層車庫消防設(shè)備室、夾層A 區(qū)風(fēng)機(jī)房等處。同時(shí)在PLC控制柜KB2中也設(shè)置有1套R(shí)I／O 模塊，用于監(jiān)控夾層車庫消防設(shè)備室附近的現(xiàn)場設(shè)備。

1.3 蓋下BAS

蓋下PLC 的結(jié)構(gòu)類似于夾層PLC 部分。蓋下現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備比夾層多，分布在運(yùn)用庫消防設(shè)備室、污水處理站等處。同時(shí)在PLC 控制柜KC2中也設(shè)置有1套I／O 模塊，用于監(jiān)控蓋下運(yùn)用庫消防設(shè)備室附近的現(xiàn)場設(shè)備。

2 車輛段BAS的兩種組網(wǎng)方案

天童莊車輛段BAS 原方案采用的是和車站BAS 相同的總線網(wǎng)絡(luò)方案，PLC 部分采用ControlLogix系列控制器1756－L61，RI／O 部分采用Flex I／O 系列，控制器與 RI／O 部分之間采用ControlNet總線連接。

現(xiàn)方案采用的是以太光纖環(huán)網(wǎng)方案，PLC 部分采用 ControlLogix 系列控制器1756－L61，RI／O部分采用Point I／O 系列，控制器與 RI／O 部分之間采用光纖以太環(huán)網(wǎng)連接。

2.1 總線方案

車輛段BAS總線方案網(wǎng)絡(luò)圖如圖1所示。

圖1 車輛段BAS總線方案網(wǎng)絡(luò)圖

總線方案中，蓋上、夾層、蓋下的PLC 控制器之間采用總線網(wǎng)絡(luò)模塊1756－CNBR 進(jìn)行連接，三組控制器之間用網(wǎng)絡(luò)線纜串聯(lián)起來，形成雙總線結(jié)構(gòu)。蓋上PLC作為主PLC控制器，在每個(gè)機(jī)架上安裝1塊1756－ENBT以太網(wǎng)卡同ISCS通信。

蓋上、夾層、蓋下PLC 下面分別設(shè)置Flex I／O系列模塊，IO 處采用總線適配器1794－ACNR15同各個(gè)PLC控制器相連，各部分單獨(dú)形成雙總線現(xiàn)場級(jí)網(wǎng)絡(luò)。

2.2 環(huán)網(wǎng)方案

車輛段BAS環(huán)網(wǎng)方案網(wǎng)絡(luò)圖如圖2所示。

圖2 車輛段BAS環(huán)網(wǎng)方案網(wǎng)絡(luò)圖

環(huán)網(wǎng)方案為根據(jù)天童莊車輛段實(shí)際建筑特點(diǎn)、設(shè)備分布情況進(jìn)行優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。

環(huán)網(wǎng)方案中用于控制級(jí)和現(xiàn)場級(jí)網(wǎng)絡(luò)連接的網(wǎng)卡不再是總線適配器卡，而是以太網(wǎng)卡。每個(gè)PLC機(jī)柜中還設(shè)置了1臺(tái)2光4電交換機(jī)，光口用于同RI／O 控制箱連接，1個(gè)電口同1756－EN2TR 以太網(wǎng)模塊相連，其他電口連接串口模塊、柜內(nèi)RI／O 模塊等設(shè)備。

在現(xiàn)場 RI／O 控制箱中設(shè)置 Point I／O 系 列，同時(shí)設(shè)置1臺(tái)2光4電交換機(jī)，電口同RI／O 組件的1734－AENT 適配器連接，光口同其他RI／O控制箱和PLC 控制柜連接。PLC 控制柜和RI／O控制箱之間的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)采用光纖以太環(huán)網(wǎng)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上任意一處發(fā)生故障（如斷開）時(shí)，光纖環(huán)網(wǎng)切換成單以太網(wǎng)線，不影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的正常工作，整個(gè)分布式RI／O 站的信息依然可以全部上傳至PLC控制器。

蓋上主PLC設(shè)置一對(duì)冗余控制器機(jī)架，每個(gè)機(jī)架上各設(shè)置1 塊1756－EN2T 以太網(wǎng)卡，用于和ISCS通信，另外各設(shè)置2塊1756－EN2TR 雙口以太網(wǎng)模塊，分別連接控制級(jí)網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場級(jí)網(wǎng)絡(luò)。

夾層、蓋下PLC 類似于蓋上主PLC，區(qū)別是不設(shè)置用于同ISCS通信的1756－EN2T 以太網(wǎng)卡。另外，根據(jù)蓋上、夾層、蓋下的監(jiān)控設(shè)備數(shù)量不同，主要區(qū)別是IO 數(shù)量不同。此處僅示意蓋上BAS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖，如圖3所示。

圖3 蓋上BAS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

3 兩種網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案比較

3.1 功能性

車輛段所面向的服務(wù)對(duì)象與車站不同，車輛段主要服務(wù)于地鐵系統(tǒng)運(yùn)營維護(hù)人員，而車站主要服務(wù)于乘客。兩者關(guān)注點(diǎn)不同，所監(jiān)控的重點(diǎn)、重要性也不相同。車輛段與車站BAS網(wǎng)絡(luò)方案不同，車輛段方案是適應(yīng)車輛段自身特點(diǎn)而提出的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

現(xiàn)方案采用的是Point I／O 模塊，與Flex I／O模塊相比，性能指標(biāo)相同，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的信息采集、控制等，控制器相同，其程序處理能力相同。新方案與原有方案功能上完全相同。

3.2 靈活性

Point I／O 的模塊具有體積小、密度低、適配器支持模塊數(shù)量多、組合自由的特點(diǎn)。對(duì)于一些監(jiān)控設(shè)備較多的區(qū)域，BAS的箱柜因?yàn)榭臻g大小限制，原來的總線方案中，因?yàn)镕lex I／O 模塊體積較大，每個(gè)箱柜內(nèi)只安裝1個(gè)ControlNet網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)ControlNet適配器最多只能支持8個(gè)I／O 模塊，有數(shù)量和I／O 點(diǎn)數(shù)的限制，對(duì)于個(gè)別監(jiān)控設(shè)備較多的地方就需要增加箱柜。而Point I／O 系列體積小，且1個(gè)適配器最多可以支持63 個(gè)I／O 模塊，DI、DO、AI、AO 自由組合，方便靈活，單個(gè)箱柜內(nèi)可安裝的I／O 數(shù)量較多。

而對(duì)于一些監(jiān)控設(shè)備較少的區(qū)域，設(shè)備所需監(jiān)控點(diǎn)數(shù)又較少，F(xiàn)lex I／O 模塊點(diǎn)數(shù)密度較高，空余的I／O 通道將較多，有些浪費(fèi)。Point I／O 模塊點(diǎn)數(shù)密度較低，空余的I／O 通道較少，不至于造成太多浪費(fèi)。

3.3 一致性

車輛段范圍大，控制柜與箱柜之間的距離較遠(yuǎn)且距離不易確定?？偩€方案由于受距離限制，不可能所有的箱柜之間都是總線，需要大量增加ControlNet總線光電轉(zhuǎn)換器，每個(gè)總線兩端都需各配置1對(duì)。且因?yàn)槲粗€纜走向，箱柜之間的距離不好確定，所以無法明確兩個(gè)箱柜之間究竟使用總線直接連接還是光纜連接。如果在現(xiàn)場進(jìn)行修改，勢(shì)必增加現(xiàn)場柜內(nèi)安裝、配線的難度，拖延現(xiàn)場工期進(jìn)度，且箱柜的美觀、整潔、防護(hù)性將大大受到影響。

環(huán)網(wǎng)方案中，所有箱柜之間無論距離遠(yuǎn)近均使用光纜連接，類別單一。因?yàn)橄涔裰g最遠(yuǎn)不會(huì)超過5 km，所以統(tǒng)一使用多模4芯光纜進(jìn)行連接，不用在工廠箱柜生產(chǎn)制造階段就考慮距離問題，且現(xiàn)場可以一次性熔接好，大大提高工作效率。且后期故障類別也相對(duì)單一，運(yùn)營維護(hù)人員也比較容易掌握、排除問題。

3.4 方便性

總線方案中，ControlNet網(wǎng)絡(luò)光電轉(zhuǎn)換器體積較大，且對(duì)于有些地方，其箱柜進(jìn)出都是光纜，需要安裝4對(duì)光電轉(zhuǎn)換器，箱柜空間有限無法安裝只能另外增加箱柜以安裝此光電轉(zhuǎn)換設(shè)備及其熔接盒等。環(huán)網(wǎng)方案中，光電交換機(jī)體積較小，且交換機(jī)自身已具有光口，無需額外的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，箱柜空間足夠安裝。無需再增加箱柜。

總線方案中，采用ControlNet同軸電纜連接，其電纜及連接工作由BAS施工方完成，此網(wǎng)絡(luò)為AB公司專用ControlNet總線，對(duì)于施工方來說較為陌生，敷設(shè)、連接時(shí)可能問題較多。環(huán)網(wǎng)方案中，采用光纖連接，是常見的施工工藝，對(duì)于施工方來說非常熟悉，其敷設(shè)、熔接工作較為容易，有問題也能迅速解決，對(duì)于BAS施工方和BAS系統(tǒng)集成商的工作界面清晰，責(zé)任明確。

3.5 經(jīng)濟(jì)性

環(huán)網(wǎng)方案相對(duì)總線方案而言，單個(gè)Point I／O模塊相對(duì)Flex I／O 模塊來說價(jià)格較低些，可利用的I／O 通道數(shù)比例增加，實(shí)際使用I／O 模塊總價(jià)降低。

總線方案大量使用ControlLogix的網(wǎng)絡(luò)模塊1756－CNBR 和ControlNet網(wǎng)絡(luò)光電轉(zhuǎn)換器，甚至造成增加箱柜用于安裝專用的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，其總價(jià)增加；而環(huán)網(wǎng)方案中雖增加光電交換機(jī)但價(jià)格上比專用的ControlNet網(wǎng)絡(luò)光電轉(zhuǎn)換器價(jià)格低。

環(huán)網(wǎng)方案全部使用多模光纜連接，其市場價(jià)格比總線方案中使用的ControlNet網(wǎng)絡(luò)電纜低。

車輛段環(huán)網(wǎng)方案相對(duì)總線方案來說，較為經(jīng)濟(jì)。

4 結(jié)語

通過比較兩種BAS網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，最終根據(jù)寧波軌道交通1號(hào)線車輛段的實(shí)際特點(diǎn)選擇了環(huán)網(wǎng)方案。當(dāng)然，總線方案也有其優(yōu)點(diǎn)，如：和全線車站BAS設(shè)備、方案一致，備品備件可互換使用無需另外配置；另外總線方案相對(duì)而言為傳統(tǒng)方案，易于被運(yùn)營方接收。無論是哪一種方案，在控制技術(shù)方面都較為成熟。就目前而言，總線方案在地鐵設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中使用較多，環(huán)網(wǎng)方案尚未使用過。針對(duì)城市軌道交通目前建設(shè)的趨勢(shì)，車輛段建筑越來越龐大，環(huán)網(wǎng)方案更能適應(yīng)城市軌道交通行業(yè)趨勢(shì)的發(fā)展。環(huán)網(wǎng)方案在寧波地鐵1號(hào)線車輛段中的成功應(yīng)用對(duì)后續(xù)地鐵車輛段的BAS系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。

［1］GB50157―2003 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］魏曉東.城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)與技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2004.

［3］曲立東.城市軌道交通環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2008.

［4］曲立東.地鐵車站BAS的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.都市快軌交通，2007，20（1）：83.

［5］周海軍，鄒偉.軌道交通環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)程序優(yōu)化方案應(yīng)用研究［J］.城市軌道交通研究，2011，14（6）：40.

［6］李岷奇，城市軌道交通環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)淺析［J］.科技與生活，2010（7）.