PLC冗余技术在地铁BAS环境中的应用

【摘要】随着祖国现代化的发展，新型城市交通——地下铁道的建设方兴未艾。应用不断发展的自动化技术，对地铁机电设备尤其是环控设备进行集中控制、管理，为地铁环控设备科学、高效的运行提供了可能，同时保障了地下环境的安全、舒适。本文主要阐述了有关PLC冗余技术在地铁BAS环境中的应用的一系列问题。

【关键词】PLC冗余技术，地铁BAS，应用

中图分类号：U231+.2文献标识码： A

一.前言

随着我国经济的迅速增长，城市轨道交通行业也随之快速发展。为提高运输效率、保证行车安全及给地铁乘客营造安全、舒适的乘车和候车环境，设置环境与设备监控系统（BAS）非常重要。PLC冗余技术已经在多条地铁项目BAS（又称EMCS）中得到成功应用，并说明并非低配置方案不能达到高性能。在地铁BAS系统中，PLC没有采用每个机架双以太网模板的硬件冗余配置，每个车站可节约两块以太网模板，为工程项目节约硬件成本，在工程项目中值得推广应用。

二.车站BAS结构概述和系统主要功能

1. BAS结构概述

目前，地铁中的BAS系统组建主要存在两大方式，一种是在各车站中形成相对独立的系统，通过维修工作站、现场触摸屏、PLC控制器等实现对环境和机电设备的监控（上海等）；另一种是与综合监控系统集成，在综合监控系统的协调下完成其功能（广州、深圳、港铁等）。随着综合监控集成技术的不断发展和成熟，第二种方式被越来越多的新建线路所采用。

2. BAS系统主要功能

BAS系统采用集中管理.分散控制的基本原则,采取二级管理(控制中心.车站)、三级控制(控制中心.车站.就地)的模式进行设计。BAS系统控制中心级（中央级）与各车站级BAS系统进行通信联络，监视全线各站的通风空调设备、给排水设备、自动扶梯、人防门、照明等设备的运行状态，监控正常运营和灾害状态兼顾使用的防灾设备(包括防火阀)，根据主控计算机的优化控制程序和不同的运行工况向车站级发出控制命令。在灾害状态下,由车站FAS系统或控制中心发出指令,BAS系统按照预先编制的灾害模式完成模式控制。全线BAS系统日常监管及资料存档管理。

三.车站环境与设备监控系统（BAS）的系统构成

1.中央级BAS系统

中央级BAS系统位于OCC中心，是全线BAS监控系统的核心。它具有全线BAS系统的数据采集、显示和记录功能、监控、报警处理、时钟同步功能、历史数据功能、设备管理功能等。中央级BAS系统由中央级BAS局域网、网络设备、中央实时服务器、中央历史服务器、中央防病毒服务器、中央监控工作站（环控操作员工作站）、维护工作站、以太网交换机、接口工作站、打印机及打印服务器、中心大屏幕显示接口等组成。

OCC局域网应采用工业级的标准10/100M以太网，采用TCP/IP标准协议，系统由双网络设备构成热备用系统，OCC的所有服务器、监控工作站等重要设备都必须与双通信网连接，距离超过100m时采用光纤传输。OCC局域网同时连接主干网，实现OCC与车站监控设备连接，通信速率为10/100Mbps。除双网络设计以外，网络接口应有足够的裕量，以备未来可以方便的增加外部硬件设备。

2.车站级BAS系统

车站级BAS系统由车站BAS网络、监控工作站、车站级数据服务器、打印机、车控室冗余PLC、车站A端冗余热备PLC、车站B端冗余热备PLC、IBP盘及PLC、各种I/O模块、UPS等设备组成。车站级BAS系统主要监控隧道及车站的通风系统、车站大系统、车站小系统及其水系统、照明系统、电扶梯、给排水系统、安全门等。同时在车站控制室设有由BAS系统统一设计的综合后备盘（IBP），作为隧道通风系统、车站大系统、小系统、安全门、AFC、防灾报警等系统在火灾模式或列车阻塞模式下设备运行控制的紧急后备操作盘，IBP盘中与防排烟控制有关的控制器由BAS系统设置。

四.PLC冗余的目的及功能需要

通常冗余的目的是让系统具有高可靠性，从而保证工业企业不会造成停产停业，设备损坏，甚至造成经济损失，人员伤亡。由于PLC技术本身具有一定限度的可靠性，仅仅靠提高硬件系统的可靠性是远远不够的，而使冗余系统的可靠性就比较有效。

BAS系统在车站与相关系统存在较多接口,在车站与主控系统、火灾自动报警系统、通风空调系统、配电照明系统、给排水系统及电／扶梯系统等存在接口。车站BAS系统的设计对接口进行了详细严格规定，主要通过规定接口专业双方接口界面、物理接口、软件协议、功能接口等。

五.车站BAS系统监控对象及控制模式

1.通风与空调系统

通风与空调系统主要包括区间隧道通风系统、车站公共区通风系统（车站大系统）、设备用房空调通风系统（车站小系统），其中车站公共区通风系统和区间隧道通风系统集成设置，通过运行模式的转化，可以实现车站与区间的开式运行、闭式运行、区间堵塞通风、区间火灾排烟和夜间通风等运行模式。

（1）车站公共区通风系统（车站大系统）

正常运行状态:车站大系统的正常运行状态分为夏季、冬季、过渡季等运行模式，BAS系统应根据不同的气候特征条件、不同时段的列车运营情况进行优化控制。车站的通风模式主要利用列车运行活塞效应及室内负压，从出入口引入室外冷空气，吸收列车区间发热后，从列车进站端活塞风道排出。

（2）设备用房空调通风系统（车站小系统

车站小系统为车站设备及管理用房通风空调系统。车站小系统设备包括：送/排风机（兼排烟风机）、排烟风机、电动风阀、防火阀、防火排烟阀等。BAS在就地控制箱内采集信号，按车站通风运营模式对风机实现控制。

2.给排水系统

给排水系统包括废水泵、污水泵、雨水泵等。水泵自行根据高低水位自动启停，当达到高水位时启泵，到达低水位时停泵，水池水位超过危险水位时发出报警信号；车站BAS可对水泵进行启停控制和轮换控制；在OCC和车站控制室可以监视所有水泵的运行状态、设备故障和危险水位报警等。

3.电梯及自动扶梯

BAS系统对自动扶梯、电梯通过通信接口采集信号，对监控对象只监视不控制，对自动扶梯、直升电梯的上行、下行、停止运行和故障停车等状态进行监视；监控工作站上实时显示自动扶梯、直升电梯的运行状态。

4.照明系统

照明系统的监控对象包括节电照明、工作照明、广告照明、应急电源、出入口照明、区间照明等。各车站公共区照明、广告照明、出入口照明按地铁运营时间指定运行时刻表，控制操作以车站级控制为主；在照明配电室，根据FAS的指令实现对与消防无关的电源的切除。

六.PLC冗余技术的具体应用

事实上，影响控制系统可靠性的还有PC的电源、框架、网络通讯等因素。两个PLC在框架、电源、CPU、网络、GBC等方面都实现双重化冗余，一旦主机PLCP发生故障，备机PLCS立即继续控制，以避免PLC中断对现场工艺设备的控制。主PLC实现所有与工艺设备有关的流程功能的控制，设备PLC完成现场工艺设备的基础自动化控制。主PLC、MMI过程计算机利用以态网发送控制指令给设备PLC，同时接收设备PLC有关现场设备的实时运行状态。PLC互连网把所有PC通过Genius总线连接起来，每台PLC利用其GBC与其它PLC进行通讯。由于PLC是热备冗余结构，主机PLC和备机PLCS须随时知道对方的运行状态且始终保持控制一致，所以互连网对于PLC的热备冗余控制是十分重要的。PLC故障停机后重新恢复运行时，它利用互连网就可从另一台PLC处读取大量的有关现场设备的运行状态和主PLC的控制指令，即PLC主、备机间的同步过程。在组建PLC的互连网时，每台PLC都辟出128字节x16的内存区域作为控制系统的广播收听区，且所有PLC内存地址范围也应相同。PLC可把其运行标志、现场输人状态等数据写人其广播区广播,其它PLC就可利用互连网收听该PLC的所有广播区数据。应用热备冗余技术的PLC控制系统同样利用广播区数据判断对方PLC的运行状态。

七.结束语

PLC冗余技术在地铁BAS环境中主要作用为对车站的环境质量进行监视和控制，使其在正常工况下满足地铁的正常运营、检修以及办公环境舒适度等要求，并在异常工况下提供正确可靠的信息来保证车辆、设备及办公人员的安全。特别是在车站发生严重灾害事故(如火灾事故)的情况下,使有关救灾设施按照预定工况及时有效地运行,保障人身安全。所以对PLC冗余技术在地铁BAS环境中的应用进行深入的研究和探讨是有着十分重要的意义。

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