地铁环境与设备监控系统的设计

2011-11-26王菁，路勇

铁路计算机应用 2011年12期

王菁，路勇

（北京交通大学电子信息工程学院，北京 100044）

近几年，地铁建设得到了大力推广，除了北京、上海、广州等一线城市外，我国很多二线城市也相继开始修建地铁。环境与设备监控系统（BAS）是地铁运营中应用时间比较短的系统之一，国内最早建设的地铁环境与设备监控系统到现在十年左右。它的主要功能是对车站的给排水设备、通风空调设备、自动扶梯、电梯、照明、乘客导向等机电设备进行自动化监控和管理，以及对防灾系统、电力照明系统等进行全面的运行管理与控制，并在灾害发生时能够及时迅速地进入防灾运行模式，保证人员的生命安全和减少财产损失，改善地铁环境的舒适度，提高地铁自动化运行的水平，起到安全、可靠、节能的作用。

1 主要设计原则及标准

（1）BAS依据组网灵活、技术先进、便于扩展、运营可靠、管理方便、节约投资的原则进行设计，监控点预留10%至15%的裕量。（2）系统配置在满足系统要求的前提下，充分考虑设备的性价比，以便节约工程投资，降低运营管理维修费用。（3）BAS接受火灾自动报警系统（FAS）的火灾指令，对于正常工况和火灾工况兼用的设备，正常工况由BAS监控管理，火灾时由FAS发出指令，BAS执行联动控制，由正常工况转入火灾模式运行，火灾工况具有优先权。（4）系统设备满足地铁使用环境要求，能够稳定、可靠地工作，具有防尘、防腐蚀、防潮、防霉、防震、抗电磁干扰和静电干扰等能力，主要设备采用工业级标准通用产品。（5）系统采用标准的通信接口、开放的通信协议以及汉化的人机界面。（6）BAS硬件和软件的设计充分考虑系统的可靠性、可维护性、可扩展性、通用性和先进性，并具备故障诊断、在线修改、离线编辑的功能。同时系统设计遵循模块化原则。（7）控制设备满足工艺要求，选用先进的智能化设备。（8）BAS具有先进性、开放性和可靠性。所选用硬件设备必须全部为合格、成熟、可靠的正规产品，满足国内相关标准和规范，保证在20年内不被淘汰或可以用同类型产品代替、且不需要改变其它相关设备的硬件和软件。并保证设备的兼容性。系统提供足够量的备品备件，保证系统的正常运行。（9）BAS接地采用综合接地方式，接地电阻不大于1 Ω。

2 系统方案

2.1 全线系统构成

图1 BAS全线系统图

环境与设备监控系统是由综合监控系统组建的全线监控系统，采用分层分布式系统结构，包括中央级、车站级和现场级3层，具有较强的独立性，既可以脱离综合监控系统(ISCS)独自实现车站BAS的主要监控功能，又可以在ISCS的统一调度和协调下实现车站之间的联动功能，BAS全线系统图如图1。

中央级：BAS的中央级主要是控制中心(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：位于车站各监控点或数据采集点，包括传感器、执行器、远程I/O模块、接口模块等。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、空调水系统给排水系统、电扶梯系统、低压动力照明系统等设备。

2.2 车站级系统构成

与车站控制室同在一端的BAS冗余PLC控制器将作为车站级BAS主控制器，提供标准的、开放的网络接口，用于接入ISCS交换机。车站两端的冗余PLC控制器通过现场总线通讯模块组成环型网络。综合后备盘（IBP）盘内PLC与BAS主控制器通信连接，将IBP盘面上的模式指令下发至主控制器，再通过现场总线网络下发至相应的现场级远程I/O模块中，BAS车站级系统图如图2。

车站级BAS主控制器留有与车站级火灾报警控制器的通信接口，用于接收确认的火灾报警信息和火灾联动模式指令。中央级BAS的各种模式指令及车站级火灾联动模式指令将通过主控制器处理、分发、下传至现场级远程I/O模块中，实现火灾工况下对共用设备的联动控制，协同车站级FAS完成防救灾工作。

车站两端的冗余控制器与分布在现场的远程I/O模块间采用冗余现场总线连接。ISCS交换机下口的BAS设备自身能够形成一个相对独立的监控系统，确保脱离ISCS后仍能完成主要的监控功能。BAS在车站控制室内的值班员操作站由ISCS配置，车站级监控功能由ISCS实现。

图2 BAS车站级系统图

3 系统性能

3.1 车站BAS控制及信息响应时间

车站综合监控系统、BAS维护终端发出命令到RI/O输出动作的时间不大于1 m。

车站BAS信息响应时间为RI/O输入接受动作信号到车站综合监控系统、BAS维护终端正常显示的时间不大于1 m。

3.2 系统显示精度及恢复

模拟量显示精度：0.1%；

温度分辨率计算：传感器温度范围为T＝0～50℃，对应输出信号为0～10V；

PLC模拟量输入模块分辨率为14 bit；

线性化的温度分辨率为：50/(2^14)＝0.003℃。

系统自恢复时间为电源供应中断后再恢复运作时，车站控制器、RI/O及网络通讯设备自动重新启动并恢复正常运行的时间。系统在断电后恢复供电时，PLC控制器和RI/O能保证在120 m内完成模块和网络连接的自检，使RI/O与控制器恢复正常连接。

3.3 开放性及实时性

BAS系统现场总线采用ModBus Plus，符合IEC61158 Type 2标准，允许计算机、可编程序控制器和其他数据源以对等方式进行通信，设备通过"令牌"的方式实现数据的交换,严格定义了令牌的传递方式、数据校验以及通信接口等方面的参数。环境与设备监控系统和综合监控系统之间采用以太网链路，符合IEEE802.3标准。

ModBus Plus的特性保证了传输时间为可靠的常量，且不受网络上节点的增加或减少的影响。ModBus Plus使用光纤介质的最远可达30 km，速度始终保持在1Mbps而不会随距离衰减，并可在噪声环境中使用。这些都使得ModBus Plus成为连接远程I/O和对等PLC主站的最理想的网络。