BAS系统在某市域铁路的设计浅析

摘要：当前我国各大城市轨道交通建设方兴未艾，而市域铁路做为全新的建设模式，与地铁有很大的相似之处，因此可参照地铁建设。本文就市域铁路BAS系统的网络结构设计，设备选型、规模控制等提出自己的看法，可供借鉴。

关键词：BAS、PLC、环控、地铁、市域铁路

中图分类号： F530 文献标识码： A

引言：

《地铁设计规范》的条文说明明确指出，针对全封闭地铁的特点，为确保车站、区间、车辆段（场）、控制中心、主变电站等场所安全运行，应设置环境与设备监控系统（BAS），对车站、区间等机电设备进行实时监控。为阻塞工况、火灾紧急工况等提供模式控制；为保证机电设备正常、节能运行提供必要监控条件。可见BAS系统在地铁系统中的重要性。如何根据实际情况，设计并搭建一个经济的、高效的、可靠的车站BAS系统是亟须解决的一个问题。

正文：

一个设计合理的BAS系统将会有效降低系统的硬件成本，提高系统的整体性能，减小系统的复杂性并提高系统的可实施性。影响BAS系统性能的主要因数如下：

1、系统的网络结构设计――影响系统的整体性能；

2、控制器的类型、数量和档次选择――影响系统成本和系统性能；

3、控制箱柜规划及分布设计――影响系统的具体实施、维护管理。

BAS系统网络结构设计原则应是：分散控制、集中管理、资源共享。与过去传统的计算机控制方式相比较，BAS系统的控制功能尽可能分散，管理功能相对集中，提高了控制系统的可靠性，结构灵活、组态方便、布局合理，降低系统成本。各个控制箱不宜过度分散，应以车站两端为单位集中安放，适当设置远程分布式I/O模块，进行监控任务的集中管理。

1、车站系统网络结构的设计

按地铁设计规范要求BAS系统应采用分层、分布式计算机控制系统，并有中央监控管理级、车站监控级、现场控制级及相关通信网络组成。BAS应具有中央和车站两级监控信息管理，中央、车站、现场（就地）三级控制功能；从系统结构分析，由中央、车站、现场控制级三层结构组成。从控制中心的角度看，整个系统是一个SCADA系统，一个中心主站面对多个车站从站；从车站角度看，一个车站系统是具备本地规模的自动化系统，汇集本车站内各主控制器等现场设备的数据。通信网络包括中央级管理网（一般采用工业以太网），车站级至中央级通信传输网（利用通信传输系统提供的逻辑独立传输通道或独立组建工业以太网），车站级监控网（一般采用工业以太网），现场级控制网（一般采用工业总线），将分层分布式计算机监控系统有机组成完整的环境与机电设备监控系统。

典型的车站BAS系统可抽象出如下图所示的系统结构，分为 3层：现场设备层、现场管理层、信息汇聚层。

因市域铁路一般以高架为主，辅以少量地下站，所以BAS系统的整体规模比一般地铁小得多，须区别对待。

1）中央级

中央级功能在BAS系统或综合监控（ISCS）的软件平台上实现，具有模式管理功能，根据市域铁路运行环境及车站其它系统的监控要求，确定并修改全线机电设备的运行模式，并把相关的运行模式通过网络下载给车站，使车站设备按设定的模式运行。通过与信号系统的接口，实时接收灾害状况下（火灾、阻塞）列车的具置，启动区间隧道设备包括风机、风阀、给排水泵的灾害运行模式。

2）车站级

地下车站设置两套冗余的PLC控制器，分别设置在车站两端的环控电控室内，两套PLC控制器之间通过现场总线或以太网进行连接，车站两端冗余的PLC控制器分别通过冗余的双总线或以太网与现场RI/O设备、具有智能通信接口的现场设备进行连接，对本车站所辖区间隧道及车站的通风空调、照明、导向标识、自动扶梯、电梯、人防门（防淹门）及给排水等系统的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。

地下站的IBP盘内设有IBP盘PLC控制器、远程I/O、通信网关，用于接收IBP盘的控制指令，实现紧急状态下IBP盘的应急操作控制功能，同时通过远程I/O的输出点控制盘面指示灯的显示状态，实现IBP盘对相关信息的状态显示。而在高架站，与消防相关的排烟风机、风阀由FAS系统直接控制，不存在FAS与BAS的联动，因此在高架站的IBP盘不设置PLC，可以有效减少投资。

3）现场级

现场级控制设备包括就地控制柜、控制箱、传感器等。其中控制柜/箱主要分布在车站站厅环控电控室、站厅/站台配电照明室、出入口、区间水泵房、区间风井等位置。温湿度传感器主要分布在站厅、站台、设备管理用房等墙壁、柱子和天花板上；管道式温湿度传感器主要根据通风空调专业安装在各类风管和风室内；压力和流量、水管温度传感器则主要用于冷水系统管道的参数检测。

在此需要提出探讨的是，在BAS系统出现的早起，由于条件的限制，其现场网络主要以全总线为主。具体地铁BAS系统应用业绩的厂家：罗克韦尔、施耐德、西门子、GE均选择了各自的总线网络。但由于现场总线标准有十余种之多，最终未形成一个统一的标准。各个标准之间兼容性差、系统集成存在壁垒等问题也日益突出。而以工业太网以其开放性、稳定性、可靠性，经过多年发展，已逐步适应工业控制领域，在地铁范围内也取得了广泛地应用。

2、控制器的类型、数量和档次选择

PLC做为工业级控制设备，具有很强的环境（电磁环境、物理环境、化学环境）适应能力，能适应地铁潮湿、多尘、封闭、电磁干扰等恶劣环境；处理功能强大，可监控高达数十万个物理点，而一个地下车站一般不会超过5000点；处理速度快，有良好的实时性和高效率；可靠性高，一般能无故障运行十万小时以上；灵活性高，支持多种网络结构方案，实现复杂的监控要求。地铁设计规范明确规定PLC做为BAS系统的控制器。

一般地下车站面积都较大，现场控制设备分布广泛。根据分散控制、集中管理的原则，并结合被控对象的特点和分布情况，在车站两端的环控电控室，各设一组冗余PLC。为保证设备运行安全和提高运营管理效率，应采用冗余性PLC。并指定一端为主PLC，另一端为从PLC。主PLC做为与信息汇聚层的接口，协调车站就地控制器的控制任务，同时连接IBP盘上PLC，以便实现各类工况下的联动。

BAS系统的重点对象是环控系统，主要承担调节车站空气、防灾联动等功能，因此需要对环控设进行重点管理，有必要在环控电控室设置PLC控制器。而像屏蔽门、电扶梯、EPS、UPS、水泵等多是自成系统或带有控制器的智能设备，BAS主要以采集信息为主，为减少投资，没有必要单独设控制器，适当地设置一些远程I/O设备即可。

PLC的档次对投资造价有着很大的影响。随着轨道交通的普及，越来越多的人选择地铁或市域铁路出行。为乘客提供安全、舒适的乘车环境，是应该做为我们选择设备的重要要考虑因素。

车站主PLC控制器，主要负责协调、指挥车站级的BAS系统模式和联动功能，通过以太网冗余通信接口直接信息汇聚层通信，同时负责主端的设备监控和数据采集，并接收FAS系统的火灾模式信号，启动BAS系统的火灾模式控制联动。要求该控制器具有强大的数据处理能力、储存器内存要大、组网能力强、通讯能力强等功能。因此，国内地铁使用的PLC基本采用各厂家的高端系列，如AB的ControlLogix系列，施耐德Quantumn系列，西门子的S7-400系列等，均能很好满足上述功能需求。而对于监控任务相对较少，如物理I/O点数不超过1000点的，不涉及防灾联动的，可适当考虑采用中端PLC。

3、控制箱柜规划及分布设计

控制箱柜的分布直接影响系统工程施工阶段。地下站的BAS系统控制柜直接设在环控电控室是最合适的，以便于安装调试，又有利于维护管理。现在环控柜内基本采用了低压智能模块，省去大量的继电器连接，为工程施工、管理创造了有利条件。其余I/O模块箱因就近集中设置，避免浪费。

4、结束语：

随着市域铁路在全国各地轨道交通尤其是市域铁路建设步伐的加快，如何构建更加经济、高效、可靠的BAS系统是轨道交通建设者们不懈努力的目标。

参考文献

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