1引言

    隨著社會進步、城市規(guī)模不斷擴大、人口密度迅速增加，交通擁堵日趨嚴重已成為制約城市經(jīng)濟發(fā)展的一大障礙。由于城市軌道交通具有運量大、安全正點、快捷舒適及污染小等特點，建立以城市軌道交通為主的城市交通系統(tǒng)是解決城市交通擁堵問題的重要途徑。近幾年國內(nèi)的城市軌道交通建設(shè)正在快速發(fā)展，為了提高運輸效率、保證行車安全及旅客舒適度等，必須建設(shè)一個滿足調(diào)度運營的自動化監(jiān)控系統(tǒng)。

    由于軌道交通中機電設(shè)備種類繁多，且分布在沿線車站和區(qū)間中，許多地方在車輛運行時人員根本無法達到。而這些設(shè)備的正常運行又是軌道交通正常運行的基本保障。

    BAS系統(tǒng)可以對各自獨立的設(shè)備系統(tǒng)進行全面、有效的監(jiān)控和管理，創(chuàng)造一個安全、舒適的地下旅行環(huán)境，尤其是在火災(zāi)等災(zāi)害情況下或阻塞事故狀況下，及時根據(jù)不同運行工況更好地協(xié)調(diào)車站設(shè)備的運行，實施搶險救災(zāi)，充分發(fā)揮各種設(shè)備合理有效的作用，以確保乘客生命安全和設(shè)備的正常運行，正越來越引起人們重視。bas環(huán)控(環(huán)境控制)系統(tǒng)的產(chǎn)生，正是滿足了人們對上述設(shè)備監(jiān)控的功能需求。

2BSA系統(tǒng)主要特點

    軌道交通是一類特殊的建筑，是由多個車站通過隧道連接成的一個整體。軌道交通系統(tǒng)大部分位于地下，是一個相對封閉的場所。內(nèi)部空間較大，但與外界連通的開口相對較少，在車站和隧道內(nèi)有大量的人流和車流。而且流量在不斷地變化。從環(huán)控的角度具有以下特點：

    (1)受陽光，雨雪等外界氣象條件的影響較小。

    (2)有顯著的內(nèi)熱源。包括各設(shè)備系統(tǒng)散熱、列車牽引、剎車系統(tǒng)散熱，列車空調(diào)散熱，人員散熱等，是影響隧道及站臺的熱環(huán)境的主要因素。因此，南京軌道交通環(huán)境的主要問題是過熱，而不是過冷，局部范圍內(nèi)設(shè)備散熱量相當大，導(dǎo)致空調(diào)制冷效果受較大影響。

    (3)由于客流量的變化，內(nèi)熱源的強度也隨之變化。其中既有以天，星期，年為周期的周期性變化，也有不規(guī)則的變動。

    (4)由于被厚土層覆蓋，圍護結(jié)構(gòu)的蓄熱量很大，熱惰性明顯。因此，熱環(huán)境要經(jīng)歷一個長期的變化過程才能達到穩(wěn)定。

    (5)列車在隧道內(nèi)的高速運動會引起“活塞風”?；钊L的風量很大。在無屏蔽門系統(tǒng)，活塞風是車站通風換氣的主要動力之一。但活塞風帶來的負面影響也是明顯的，由于活塞風將大量隧道空氣及室外空氣帶人車站，車站空調(diào)負荷將比較大。

    (6)軌道交通內(nèi)部的空間和發(fā)熱量大，為了維持其熱環(huán)境，環(huán)控系統(tǒng)的風機、制冷機、空調(diào)機容量大，由此引起設(shè)備初投資大和運行后能耗費用高等諸多問題。在軌道交通運營初期，環(huán)控系統(tǒng)能耗甚至超過軌道交通建筑物總能耗的30％，嚴重影響軌道交通的運營經(jīng)濟陛。因此，節(jié)能是軌道交通環(huán)控系統(tǒng)必須重點考慮的問題。

    (7)軌道交通的各種發(fā)熱量及活塞風量與客流量、車流量直接相關(guān)，始終處于變化之中。環(huán)控系統(tǒng)的運行也會對出入口的風量造成影響，因此，軌道交通的實際熱負荷很難準確預(yù)測。

    (8)由于軌道交通內(nèi)部空間相對封閉，隧道內(nèi)就更為狹窄。對于謀些單線隧道，列車與隧道間隙很小，人員難以通過。而目軌道交通客流量大，高峰時車內(nèi)都相當擁擠，因此軌道交通一旦發(fā)生阻塞或火災(zāi)，人員難以疏散，必須在設(shè)計時對隧道通風事故予以充分的考慮。既要保證風向在不同地域的火災(zāi)時有利于人員疏散，又要保證排煙效果。

    軌道交通環(huán)境的這些特點，使得軌道交通的環(huán)境控制不同于常規(guī)的建筑。其中既有有利的因素，也有不利條件。因此，在軌道交通環(huán)控系統(tǒng)的設(shè)計和運行中，要針對軌道交通的特點，在滿足設(shè)備及人員對環(huán)境要求的基礎(chǔ)上，采用合理的系統(tǒng)設(shè)計并進行科學的運行控制，實現(xiàn)最小的初期投資和最低的運行費用。

3BAS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

    由于城市軌道交通BAS系統(tǒng)的重要性，需要實現(xiàn)控制中心遠程控制與現(xiàn)地控制相結(jié)合，智能化、自動化程度較高，提高了軌道交通運營的安全性與舒適性，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要包括由控制中心OCC環(huán)控工作站，車輛段維修中心及車站（停車場）站級BAS系統(tǒng)，各個系統(tǒng)間通過光纖傳輸鏈路相連，組成總線形或環(huán)形信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，站級BAS系統(tǒng)向OCC控制中心工作站實時傳送故障自檢、設(shè)備狀態(tài)信息及運行信息，并接收執(zhí)行相應(yīng)控制命令。信息傳送速率通常為2Mbps，通過RS485接口與主機相連，BAS系統(tǒng)通過代計算機技術(shù)、PLC自動控制技術(shù)、軟件技術(shù)實現(xiàn)對車站各類機電設(shè)備的智能化控制。

    站級BAS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，BAS冗余PLC主控制器通過RS485接口與其他設(shè)備相連，通信協(xié)議為多點接口標準通信協(xié)議，接收BAS系統(tǒng)控制指令的同時向BAS系統(tǒng)傳輸設(shè)備運行狀態(tài)信息。

圖1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

4系統(tǒng)設(shè)備

    在車站兩端環(huán)控電控室內(nèi)分別設(shè)冗余plc控制器及帶控制器的i/o，集中監(jiān)控車站被控機電系統(tǒng)各設(shè)備(包括區(qū)間射流風機、區(qū)間隧道風機、排熱風機、回/排風機、空調(diào)新風機、組合式空調(diào)機組及相關(guān)風閥等)的運行狀態(tài)和故障信號，接收車站的操作命令，并上傳數(shù)據(jù)。兩端的冗余處理器分別放置在車站兩端的環(huán)控電控室內(nèi)的plc機柜中。處理器帶i/o模塊，與環(huán)控電控室內(nèi)被監(jiān)控設(shè)備的硬線接口，在每端的plc柜中設(shè)置modbus通訊端口，完成與環(huán)控電控室內(nèi)的被監(jiān)控設(shè)備的通訊接口。每端的主控制器上設(shè)置兩塊塊以太網(wǎng)卡，向上接入車站級100m以太網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠上傳與下發(fā)。主控冗余plc之間通過光纖進行通信，以實現(xiàn)主控冗余plc之間的冗余切換功能。

    在車站控制室各設(shè)置一個ibp緊急后備盤，對于應(yīng)急、備份和直接的操作要求，設(shè)置在ibp盤上，由相關(guān)人員根據(jù)具體情況及相應(yīng)的操作規(guī)程進行處置。當車站各專業(yè)系統(tǒng)的設(shè)備發(fā)生故障時或緊急情況下，可通過ibp實現(xiàn)車站的關(guān)鍵控制功能。ibp在每個車站控制室為以下控制操作提供緊急操作功能。ibp為操作值班員提供常用設(shè)備的備用操作手段，保障設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。

    就地級設(shè)備控制由就地級控制箱、ri/o模塊等設(shè)備組成，通過現(xiàn)場總線與車站的plc連接，實現(xiàn)對現(xiàn)場信號的采集、信號的轉(zhuǎn)換和控制信號的輸出。通過plc專用通訊模件，與具有智能通信接口的各個現(xiàn)場設(shè)備通過現(xiàn)場總線，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊。通訊協(xié)議為modbus或profibus現(xiàn)場總線。通過plc專用通訊模件，實現(xiàn)不同通信要求的轉(zhuǎn)換，保證通信數(shù)據(jù)的實時采集和安全傳輸。

    實現(xiàn)單臺機電設(shè)備的就地控制，滿足設(shè)備的現(xiàn)場調(diào)試和現(xiàn)場控制的要求?？蓪ΜF(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)進行數(shù)據(jù)采集、并將信號轉(zhuǎn)換輸送到上位控制系統(tǒng)，同時，執(zhí)行控制器的控制命令，完成現(xiàn)場設(shè)備與控制系統(tǒng)的連接。

5編程軟件及邏輯

    施耐德PLC采用UnityPro為編程軟件，集成軟件包支持的PLC編程語言非常豐富。PLC的數(shù)據(jù)類型：

    直接尋址數(shù)據(jù)實例在PLC存儲器或應(yīng)用專用模塊中具有預(yù)定義的位置，該位置對用戶是已知的。

    1）內(nèi)部變量地址：

    （1）%M0~%Mxxx----中間變量（bit）

    （2）%MW0~%MWxxx------中間變量（word)

    2）輸入/輸出模塊地址：

    （1）%I\網(wǎng)絡(luò)號\機架號.槽位號.通道號--------開關(guān)量輸入模塊

    （2）%Q\網(wǎng)絡(luò)號\機架號.槽位號.通道號-------開關(guān)量輸出模塊

    （3）%IW\網(wǎng)絡(luò)號\機架號.槽位號.通道號------模擬量輸入模塊

    （4）%QW\網(wǎng)絡(luò)號\機架號.槽位號.通道號-----模擬量輸出模塊

    內(nèi)部變量包括：設(shè)備狀態(tài)、點控命令、?？孛?、輸出命令、設(shè)備啟動保護時間。

    內(nèi)部變量可以采用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式打包。

    設(shè)備狀態(tài)內(nèi)部變量tempDIState，數(shù)據(jù)類型：16維的bool數(shù)組，用來緩存設(shè)備的bool型狀態(tài)。模擬量類型的中間變量采用獨立的變量名稱，或者采用word型數(shù)組。

    點控命令內(nèi)部變量：tempJogCmd，數(shù)據(jù)類型：16維的bool數(shù)組，用來將點控命令解析為單個bool量，方便注釋和程序閱讀，也可以直接引用輸入?yún)?shù)，只是用輸入?yún)?shù)時注釋不太方便。?？孛顑?nèi)部變量：tempModeCmd，數(shù)據(jù)類型：16維bool數(shù)組，用來對模控命令進行綜合處理。設(shè)備控制命令保持變量：tempCtrlCmd，數(shù)據(jù)類型：16維bool數(shù)組，用來對點控命令進行保持。報警信息內(nèi)部變量：tempAlarm，數(shù)據(jù)類型：16維bool數(shù)組，用來存儲設(shè)備的報警信息，包括點控動作超時、?？貏幼鞒瑫r。

    控制命令輸出：tempDOOut，數(shù)據(jù)類型16維bool數(shù)組，用來緩存設(shè)備的控制邏輯輸出，然后將其賦值給對應(yīng)的變量，再通過網(wǎng)絡(luò)傳給分布式IO和串口設(shè)備。

    模式控制規(guī)則：

    模式號由兩部分組成：系統(tǒng)編號+模式類型（流水號），其中系統(tǒng)編號定義如下：

6結(jié)束語

    采用功能強大的PLC作為城市軌道交通BAS系統(tǒng)進行組網(wǎng)是一種可取的解決方案，提高了對環(huán)境及機電設(shè)備監(jiān)控的有效性和安全性，提高了工作效率，有模塊拓展功能，能夠與時俱進，今后一定會在城市軌道交通其他領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。