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1LK在地铁环境设备监控系统中的解决方案（北京和利时自动化驱动技术有限公司市场拓展部100176）张浩摘要：本文详细介绍了基于和利时LK系列PLC的地铁环境设备监控系统（BAS）解决方案，内容包括系统的设计原则、设计方案、监控对象、系统结构、系统功能、设备监控功能等。LK适用于中、高性能控制领域，采用高性能的工业级处理器，小型化的结构设计，开放的工业标准，通用的系统平台，不仅具有强大的功能和卓越的性能，而且具有更高的可靠性，更佳的开放性和易用性。关键词城市轨道交通；地铁环境设备监控；BAS系统；FAS子系统；LK系列PLC1引言近年来，随着我国社会经济的快速发展和城市人口的急剧增长，许多大城市纷纷看好运量大、快捷、安全、准点的轨道交通。特别是北京、上海、广州、天津等大城市更是投入很大的财力、人力建设轨道交通，预计在未来10年内，北京轨道交通将以每年40公里的速度增长，而广州轨道交通也将以每年25公里的速度持续增长。这就必然要求更多的专业技术人员投入到轨道交通设计行列，同时也要求专业设计人员不断探索更好、更完善的轨道交通系统解决方案，以推动轨道交通技术的发展，节约国家能源。轨道交通因其自身的独特性，要求运营过程必须投入大量用电动力设备，以实现对地铁建筑物内的环境与空气条件、通风、给排水、照明、乘客导向、自动扶梯及电梯、屏蔽门、防淹门等建筑设备和系统正常运作。由于地铁的环境非常特殊，客流量十分大，地铁的安全性，舒适性及稳定性是对地铁运营状况的最重要的考核指标，因此地铁车站对通风、消防、空气调节等监控系统的要求非常高，工业化逻辑控制器的产品指标、网络性能等对整个系统的安全平稳运行至关重要、不允许有任何纰漏。本文在总结和利时公司地铁环境和设备监控系统（BAS）中丰富的工程实践经验的基础上，给出了LK系列PLC控制器在地铁BAS系统中的应用解决方案。2监控对象车站设备监控系统（BAS）组成的中央、车站、就地三级控制系统，使车站设备监控系统对全线所有车站的机电设备进行全面、有效的监控和管理，确保车站设备处于高效、节能、最佳运行状态，创造一个安全舒适的地下环境，并能在火灾或列车阻塞事故状态下，指挥控制车站设备进入救灾模式，保证乘客的安全和设备的正常运行。BAS系统监控的设备包括：IBP盘智能马达控制中心（或称智能低压柜，MCC，用于各种风机，风阀，电动蝶阀的电气控制与保护等）变频器2冷水机组自动扶梯、电梯给排水设备各种照明各种传感器、执行器（风系统，水系统）屏蔽门系统隧道及站台通风设备其中BAS系统通过智能接口实现监控功能的被控设备或系统有：智能低压柜（MCC）变频器冷水机组火灾报警系统（FAS）应急电源监视（EPS）3系统设计原则地铁BAS系统方案设计其构成遵循下述原则：采用先进的计算机网络构建硬件平台，采用先进的计算机集成系统软件和接口方式实现对各类设备的监控，支持BAS性能指标的实现；车站BAS与综合监控系统的链接采用成熟的快速以太网技术；当脱离综合监控系统时，车站BAS系统及BAS内各子系统（ECS，BS）可相对独立工作；设备采用成熟的、可靠的工业级产品，PLC系统的热冗余和现场总线链路冗余双重保证了BAS系统能全天候7×24小时不间断地运行；采用模块化设计，易于扩展；能为今后系统增容预留一定的条件。同时系统功能设计遵循以下原则：解决方案以类似的工程实施经验为基础，保证BAS安全、有序、科学地实现；围绕防灾、安全、节能和乘客服务等目标进行配置和设计，目的是为了进一步提高地铁运营管理水平；面向的对象是车站的值班人员、维护人员及相关调度人员，提供运营及维护管理的必要手段和功能。与防灾、安全及设备维护等有关的信息将进入BAS，通过系统提供的友好完整的人机界面，方便上述岗位人员的操作；BAS系统是FAS系统的联动控制系统，接收来自FAS系统经确认的火灾报警信息，联动控制防灾设备运行和非防灾设备进入消防规范规定的运行状态；BAS建议在OCC的功能侧重协调、模式控制、统计分析及报警和事件管理功能，此部分由综合监控系统实现；在车站可实现对本站风系统设备的多种方式控制，同时反映各设备或系统的工作状态。被接入的智能系统或设备自身的联锁或保护功能由各相关系统或设备的控制器完成；各站BAS系统由综合监控系统负责集成，通过各级综合监控系统（车站综合监控系统和中心综合监控系3统）和综合监控系统骨干网（MBN）联接成一个整体；支持应急运行模式：当出现异常情况由正常运行方式转为灾害运行方式时，BAS能迅速转变为灾害模式运行，为防灾、救援和事故处理指挥提供方便。4系统总体结构BAS系统是基于分层分布式系统结构（中央级、车站级和就地级三层），具有较强的独立性，具体是：中央级：BAS的中央级主要是OCC的调度工作站，由综合监控系统实现；车站级：包括车站级综合监控功能和车站BAS监控功能，正常情况下，车站级综合监控功能由综合监控系统完成。车站BAS监控功能以车站BAS维护终端、BAS监控工作站、32位PLC控制器为平台实现；现场级：位于车站各就地监控点或数据采集点，具体包括各类传感器、执行器、远程I/O模块、接口模块或装置等。软件结构则包括数据接口层、数据处理层和人机接口层三层，具体是：数据接口层（或通信层）：运行于各子系统PLC控制器中的智能接口模块。数据接口层通过异步串行通讯（RS422/485、RS232）或以太网连接并管理所有外连系统或设备；数据处理层：此软件层以MACS-SCADA软件和其专用实时数据库为基础，通过其内置的通讯软件同各控制器进行数据交换，应用其专业历史数据库处理历史数据；人机界面层：人机界面通过内部软件总线方式实时和历史库通讯获得数据和服务，实现用户友好的信息显示和方便的操作。5地下车站BAS系统设计5.1系统构成BAS网络采用分层分布式现场总线结构，由PLC控制设备、现场传感器、维护终端、RI/O、现场总线、IBP盘等组成。监控的对象包括车站隧道通风系统、公共区通风空调系统、车站设备管理用房区通风空调系统、空调水系统、车站给排水系统、电扶梯系统、低压动力照明系统等设备。地下车站的两端环控电控室内各设一套冗余的LK212控制器，两套LK212控制器之间通过冗余总线相连，对本车站所辖区间隧道及车站的通风空调大系统、小系统及其水系统、照明系统、自动扶梯、电梯、给排水系统相关设备进行监控及管理，同时对相关设备用房和公共区的环境温湿度等参数进行监测。以靠近车站综合控制室端(A端)的PLC为主控制器并兼作与综合监控系统的接口，并通过冗余现场总线与车站BAS维护工作站、IBP盘PLC、FAS通讯网关及车站从控制器进行连接，同时负责本端的设备监控。另外一端（B端）的PLC为从控制器。通过冗余现场总线与车站BAS主控制器进行通讯连接，同时负责本端的设备监控。两端PLC下设置双总线将各类RI/O、具有智能通信口的现场设备和就地现场小型控制器等设备统一接入，分别对车站两端的机电设备（暖通空调、电扶梯、低压照明、给排水等正常和火灾情况下共用设备）进行监控管理。在车站综合控制室IBP盘(综合监控系统提供)设置一套非冗余PLC控制器及一套应急操作终端与主控制器相连构成车站级BAS系统。实现IBP盘盘面监视和控制。并配置通讯网关用于实现与FAS的接口通讯，接收FAS主机传送的火灾报警模式号，实现车站BAS在火灾工况下对设备的联动控制。4车站BAS主控制器与车站FAS存在接口，火灾模式下，FAS向BAS下发火灾模式指令，BAS控制器将按预定工况转入灾害模式下启动相关设备。在设备房、公共区、风管、水管等地方设置不同湿度、温度、二氧化碳浓度等传感器，在空调器出水管设置二通调节阀（由给排水专业设置）等设备采集环境等参数以及控制阀门开度等。地下车站BAS构成示意图如下图所示。BAS系统网络结构示意图5.2车站级BAS系统PLC配置5.2.1车站A端冗余PLC配置车站A端冗余PLC配置如表4-1所示。表4-1A端冗余PLC配置序号设备名称型号及规格描述数量A端PLC1CPU模块LK212，双机架冗余控制器22电源模块5ALK910，电源模块，输入120/230VAC，输出24VDC，5A23通讯模块LK237，配合双机架冗余的Profibus-DP接口模块24冗余本地背板LK106，双机架冗余型本地背板25同步模块LK235，同步模块255.2.2车站B端冗余PLC配置车站B端冗余PLC配置同上表4-1所示。5.2.3IBP盘内的PLC配置IBP盘内的PLC采用非冗余配置，所有PLC均采用模块化结构，包括CPU、电源、通讯，I/O和底板等部件。通过总线通讯的方式或者配置RI/O来实现现场信号的采集。IBP及区间风机处PLC的CPU采用LK207产品，LK207提供16M的内存容量，且有后备电池，当系统断电时可以保留程序和数据，并具有扩展能力。PLC配置满足IBP盘对阻塞模式控制及显示要求的RI/O。所有模块（CPU、I/O、通讯、电源等）均是插接式。所有模块（包括CPU和电源模块）都支持带电插拔。所有模块均通过权威机构的安全认证，包括：UL、CE等各种认证。其它指标与车站冗余PLC一致。IBP盘内的PLC配置如下表4-2所示。表4-2IBP盘内的PLC配置序号设备名称型号及规格描述数量IBP盘PLC1CPU模块LK207，CPU模块，533MHZ，位指令0.013ms/K，程序16MB，数据64MB＋1MB掉电保持区12DP通信接口模块LK231，PROFIBUS-DP通信接口模块13电源模块5ALK910，电源模块，输入120/230VAC，输出24VDC，5A14本地背板LK122，10槽，DP接口采用DB9输出1516点数字量输入模块LK610，16通道数字量输入模块，24VDC，漏型2616点数字量输出模块LK710，16通道数字量输出模块，24VDC，晶体管输出27空槽模块LKC13148LKI/O端子盖板LKC17085.2.4远程I/O站配置远程I/O采用和利时公司的LK系列产品。LK系列I/O模块是模块化的可支持热电插拔。配置灵活，用户可根据工程项目的需求灵活配置。RI/O通过冗余现场总线与车站冗余PLC相连，在车站A端和B端各设置一段现场总线，分布于车站A、B端的RI/O通过各端的网段经冗余现场总线与对应端的冗余PLC进行连接。车站典型RI/O站的配置如表4-3所示：6表4-3I/O站配置序号设备名称型号及规格描述数量远程I/O1电源模块5ALK910，电源模块，输入120/230VAC，输出24VDC，5A12DP通信接口模块LK232，PROFIBUS-DP通信接口模块13通讯模块LK237，配合双机架冗余的Profibus-DP接口模块14扩展背板LK114，11槽扩展背板，DP接口采用DB9输出1516点数字量输入模块LK610，16通道数字量输入模块，24VDC，漏型按实际需要配置616点数字量输出模块LK710，16通道数字量输出模块，24VDC，晶体管输出按实际需要配置78点模拟量输入模块LK411，8通道模拟量输入模块，16位，电流信号按实际需要配置84点模拟量输出模块LK511，4通道模拟量输出模块，12位，电流信号按实际需要配置9DP连接器LK230，DP连接器26现场级系统构成地下车站BAS在靠近车控室一侧的环控电控室设一组冗余的BAS主控制器和BAS维护工作站，在远离车控室一侧的环控电控室设置另外一组冗余控制器和维护终端，作为车站BAS的从控制器。车辆段BAS在运用库设备机房设一组冗余的BAS主控制器和BAS维护工作站，控制车辆段的所有设备车站BAS主控制器经冗余以太网与综合监控系统（ISCS）冗余交换机相连。地下车站两端BAS冗余控制器通过一段独立的冗余现场总线采用光纤进行连接。地下车站在靠近车站控制室一侧的车站BAS主控制器、车站BAS系统维护工作站及安装在IBP盘上的紧急操作终端通过一段独立现场总线进行连接。地下车站在靠近车站控制室一侧的车站BAS主