俞越



浅谈轨道交通BAS系统的设计与优化

俞越

上海大学机电工程与自动化学院，上海 200444

主要对轨道交通BAS系统设计进行了描述。围绕BAS系统的四个结构层次：中央监控管理级，车站监控管理级，就地控制级和现场机电设备进行阐述。还突出介绍了车站级BAS系统的结构和功能，具体分析了地下车站和高架站的不同。最后针对车站通风空调系统严重的能耗问题，提出了“风-水联动”的节能优化设计，使得能源利用效率得到了巨大的改善。

BAS系统；自动化监控；风-水联动

1 概述

轨道交通BAS系统是由计算机技术、数据库技术、通信技术和自动化控制技术组成的以太网网络。基于现代控制理论的集中式计算机控制系统，即用分布在现场各处的模块箱采集设备信息，通过PLC集中显示设备信息和发布控制任务，具有智能化和高效率等特点。

2 轨道交通BAS系统主要结构功能

轨道交通BAS系统是一个由集中逻辑控制器构成并在系统下端连接分散在不同位置的机电设备系统，目的是在正常运营以及火灾堵塞工况的情况下安全运输乘客到目的地。根据现行的轨道交通BAS系统，它具有明显的集成结构。为了使多种其他系统方便接入，BAS系统有着开放性、多样性、易接入的特点。作为由不同专业的混合交叉并行组成的系统，轨道交通BAS系统涉及各种工程技术理论[1]。轨道交通BAS系统为了降低运行风险，提高系统的可靠性，采用了分布式的物理结构、分级式地对其所管辖范围内的机电设备实行监控功能，确保整条线路的安全与稳定。

轨道交通BAS系统主要由中央管理级、车站管理级和现场控制级组成。

（1）中央管理级功能介绍

中央管理层实现了整条线路的机电设备实现监控和管理功能。BAS系统的中央管理级监控功能由集成监控系统实现。

（2）车站管理级功能介绍

车站级BAS系统对车站机电设备进行监控。BAS系统将受控系统的运行状态、报警信号和测试点数据上传到ISCS系统，并接收ISCS系统下达的控制指令。

（3）现场控制级功能介绍

现场控制级是BAS系统的末端，主要面向车站内暖通设备、给排水设备、动照设备、车站设备的机电设备实现实时的运行状态监视和管理层的控制信息下达功能。

3 车站级BAS系统设计

在整个系统中，车站级BAS系统作为下级的重要节点起到了至关重要的作用。本文简要介绍车站级BAS系统的设计要求和系统功能。

3.1 地下车站BAS系统设计

由于地下车站普遍埋深较深，因此地理环境比较复杂、机电设备较多。为此在实际设计中，将会把车站分为左右两端，每端设置一个环控电控室，主冗余PLC设备放置在环控电控室内。通过光纤把两套PLC和车站网管设备相连接实现整个车站BAS系统的组网。两端的机电设备则分别连接至两端的PLC设备组成BAS系统的末端信息采集网络。

车站BAS系统为了能够对分散在车站内的机电设备进行监控，在机电设备集中的区域内设置就地I/O模块箱。通过硬线或者串口协议把机电运行状态采集到逻辑控制器。车站火灾报警系统通过网线与车站BAS系统主机相连，在车站发生火灾的情况下发送火灾信号，BAS系统将根据预先设定的模式进行相关设备的联动。这种设计方法的特点是两台冗余PLC设备分散在两端布置，分散了机电设备的故障风险、系统的可靠性较高，但是相应地系统的复杂度也较高[2]。

3.2 高架车站BAS系统设计

高架车站的轨行区间不存在封闭性地下空间，不需要单独设立隧道通风系统。不但如此高架车站内因为也是敞开式的空间，不必做集中式通风空调设备，只需要在关键的人员设备房内设立分体式空调设备即可。由于没有太多的机电设备，高架站的BAS系统只需要靠近车辆控制室。可以在环境控制室安装冗余PLC设备，以满足整个站的设备监控。本地I/O模块盒通过冗余总线（如地铁站）连接到PLC设备。

高架站的BAS系统有点类似于地下站一端的BAS系统。只设置一套冗余PLC设备。与地下站的BAS系统设计相比，高架站的BAS系统的特点是主逻辑控制器全部设置在一个房间内。这种设计方法也使得站内布线相对复杂，设备监控的可靠性也相对较高。

4 “风-水联动”节能优化系统设计

上海轨道交通已开通17条线路共计395个车站，运营里程超过600 km；日最高运送乘客量1 160.3万人次，地铁作为城市公共交通的大动脉，对国民经济的发展起着重要的促进作用，同时是耗电大户。根据上海以往线路的能耗统计分析显示，轨道交通总用电量中列车牵引占50%～60%；车站及区间用电占了剩余的40%～50%。对于地下车站而言，车站内通风空调设备占了整个车站用电量的50%[3]。如何降低通风空调系统的能耗已成为轨道交通节能工作必须解决的核心问题。

4.1 “风-水联动”系统方案介绍

因为在轨道交通车站中设备用房中只存在大量固定机电设备较少有人员流动，我们可以通过设定固定值来实现通风制冷，所以在本次的节能优化系统中主要对人员流动变化较大的公共区及轨行区，实时控制通风和空调系统的冷却需求，达到降低能耗的目的。

根据回风温湿度，计算负荷区域露点温度用于设定送风温度，保证送风温度在露点温度之上不产生凝露，最大限度降低风机的能耗；根据混风露点温度，计算表冷器入口温度的最佳值，用于重设冷水机组出水温度，在确保环境温度要求的边界条件下最大限度减少潜热消耗[4]。效率及空调箱风机的效率达到最佳平衡从而实现系统效率的最优化。基于上述控制理论，为冷水机组分别设计了供气式空调变风量智能控制子系统、变流量智能控制子系统和轨行区排热风机智能控制子系统。

在这套节能优化系统下，车站通风空调将从按时间按模式的变化设定转变成实时根据区域温湿度的软件平台计算设定。通过大幅减少不必要的通风和冷却量来优化能耗。

4.2 “风-水联动”系统架构

车站“风-水联动”节能优化系统的设计应体现“集中管理、分散控制”的控制思想。根据受控对象或区域的划分，系统可以分为多个功能子系统。

（1）空调水系统的变流量智能控制子系统；（2）公共区通风空调系统（简称大系统）的变风量智能控制子系统[5]；（3）车站轨行区排热风机智能控制子系统。

“风-水联动”节能优化系统通过通信接口与BAS系统进行连接，实现数据共享及BAS对节能控制系统的集成。

通过网络可实现“风-水联动”节能优化主系统（集中监控平台）与变流量智能控制子系统、变风量智能控制子系统与轨行区排热风机智能控制子系统之间的通信连接，实现车站通风和空调设备的全球协调控制和节能管理功能。车站通风空调系统的主要参数和各子系统设备的运行状态显示在统一的软件监控界面上，进行集中监控，以方便系统的运行和管理[6]。

5 结语

通过文本我们能够了解到轨道交通BAS系统分别在中心及车站构建了冗余的三层网络结构，实施了二级管理、三级控制的系统监控模式，并且也针对性地对每个站的不同特性，在地下车站建设了左右两端的双冗余控制系统，在高架站建设了单端双冗余控制系统。不但如此在首次投入运营的“风-水联动”节能优化系统在能源优化效果上比预期的更好，达到了28%，分别在通风水系统、公共区大系统、轨行区排热风系统这几类耗电量大的系统中得到充分利用。每年将为单个车站节省下大约55万kW·h的电量[7]，推行至全上海的轨道交通，将对造就绿色上海、绿色交通做出重要的贡献。

[1]李紫时. 地铁OCC行车调度仿真培训系统设计[D].成都：西南交通大学，2010.

[2]王菁. 地铁环境与设备监控系统的设计与实现[D].北京：北京交通大学，2011.

[3]utte J. Revent trends in automatic train controls[A]．In：Proc.of 2011 IEEE intelligent Transportation Systems[C]. 2011.

[4]魏晓东. 城市轨道交通自动化系统与技术[M]. 电子工业出版社，2004.

[5]黄永波. 地铁环境与设备监控系统控制器配置方案[J]. 都市快轨交通，2011，24（3）：46-49.

[6]enaru F M，Ionescu D，Burca F. Sandu V Amodern informational system at the Bucharest subway’s control center[A]．In：Prec,of 1998 International Conference on Developments in Mass Transit Systems，1998.

[7]inciaridi, M，Paolucci, R，Pesenfi. Generating Optimal Schedules for Underground Railway Line[J]．Proceeding of the 34th Conference on Decision & Control New Orlens，LA-December 1995.

Talking about the Design and Optimization of Rail Transit BAS System

Yu Yue

School of Mechanical Engineering and Automation, Shanghai University, Shanghai 200444

The design of rail transit BAS system is mainly described. The four structural levels surrounding the BAS system, central monitoring and management level, station monitoring and management level, local control level and on-site electromechanical equipment are described. It also highlights the structure and function of the station-level BAS system, and specifically analyzes the differences between underground stations and elevated stations. Finally, in view of the serious energy consumption problem of the station ventilation and air conditioning system, the energy-saving optimization design of “wind-water linkage” is proposed to make the energy utilization efficiency greatly improved.

BAS system; automatic monitoring; wind-water linkage

U231+.6

A

俞越（1993—），男，上海人，汉族，职称为助理工程师，研究生在读，研究方向为电子自动化控制技术。