王孟強

摘 要：地鐵機電系統(tǒng)繁雜，需要通過環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）對其進行設備信息采集和監(jiān)控管理，因此，BAS 在地鐵建設中顯得尤為重要。通過對地鐵行業(yè) BAS 功能、組網(wǎng)方案、與綜合監(jiān)控系統(tǒng)接口集成方案、與機電專業(yè)接口方案的研究和分析，同時結合國內(nèi)地鐵已開通線路的運營情況，總結 BAS 在地鐵行業(yè)的建設方案。

關鍵詞：地鐵;監(jiān)控管理;BAS系統(tǒng);建設方案

中圖分類號：U239.5;TP29

我國城市軌道交通的發(fā)展于20世紀末期開始規(guī)模化、高速化，隨著城市軌道交通建設時代的到來，基于計算機及網(wǎng)絡技術的各類自動化系統(tǒng)迅速進入到軌道交通行業(yè)。環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）作為軌道交通行業(yè)風、水、電專業(yè)的控制“核心”及“大腦”，承擔著車站機電設備集中監(jiān)控管理，及緊急情況下控制通風及照明等系統(tǒng)進行消防排煙和應急疏散的重任。

1 BAS 簡介

BAS是對地鐵車站內(nèi)的通風系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、冷水系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、公共照明、廣告照明、區(qū)間照明、應急電源、自動電扶梯、人防門等專業(yè)進行集中監(jiān)控和管理的系統(tǒng)。對全線車站、區(qū)間隧道、停車場和車輛段環(huán)控設備及其他機電設備進行全面、有效地自動化監(jiān)控及管理，確保設備處于高效、節(jié)能、可靠的最佳運行狀態(tài)，創(chuàng)造一個舒適的地下乘車、候車環(huán)境，并能在火災、阻塞等災害事故狀態(tài)下，更好地控制車站設備的正常運行，保證乘客安全。

地鐵BAS由中央級系統(tǒng)、車站級（包括各車站、物業(yè)區(qū)域、車輛段、停車場）系統(tǒng)、現(xiàn)場級系統(tǒng)、全線傳輸網(wǎng)絡系統(tǒng)、維修管理系統(tǒng)等組成。在車站、區(qū)間隧道、車輛段及停車場等地設置現(xiàn)場控制級BAS設備，BAS在站內(nèi)單獨組網(wǎng)，接入本站綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡，并通過綜合監(jiān)控骨干網(wǎng)絡，形成連接控制中心的全線監(jiān)控網(wǎng)絡。

地下車站通常在大、小里程端的環(huán)控電控室各設置1套冗余可編程邏輯控制器（PLC），通過智能低壓（MCC）接口，分別采集兩端環(huán)控設備狀態(tài)信息。高架站由于環(huán)控設備較少，只在大里程端設置1套冗余PLC，以保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定。物業(yè)區(qū)域、停車場和車輛段的BAS一般不參與消防疏散，因此只設1套非冗余PLC。

2 BAS 組網(wǎng)方案

BAS組網(wǎng)方式主要分為雙總線和光纖以太網(wǎng)（單環(huán)網(wǎng)/雙環(huán)網(wǎng)）2種建設方案。雙總線為早期地鐵BAS系統(tǒng)的建設方案，如廣州地鐵3號線北延、4號線、5號線，西安地鐵1號線、2號線、3號線等線路;近期建設線路如廣州地鐵6號線、7號線、9號線、11號線，廈門地鐵1號線、2號線、3號線等線路，其BAS系統(tǒng)采用光纖以太網(wǎng)建設方案。下面對這2種方案進行簡要分析。

2.1 雙總線組網(wǎng)方案

雙總線方案（圖1）中，車站大端及小端各配置1套冗余PLC，車控室緊急后備操作盤（IBP盤）設置1套非冗余PLC，車站內(nèi)PLC控制器通過雙總線將現(xiàn)場遠程模塊控制箱（RI/O）連接，分別對車站兩端的機電設備（通風空調(diào)系統(tǒng)、冷水系統(tǒng)、電扶梯、低壓照明、給排水等正常和火災情況下合用的設備）進行監(jiān)控管理。車站火災自動報警系統(tǒng)（FAS）主機與車站BAS通過通信模塊連接，火災情況下，F(xiàn)AS向BAS下發(fā)火災模式指令，車站BAS控制器按照預定程序，控制相關設備轉(zhuǎn)入災害工況下運行。

雙總線組網(wǎng)方案特點是采用傳統(tǒng)的總線方式進行通信，方案成熟、可靠性高、實時性好、通信設備成本較低。通信介質(zhì)可采用屏蔽雙絞電纜或同軸電纜，西門子Profibus-DP總線協(xié)議在無中繼下最高通信速率可達12Mbps（通信距離100 m內(nèi)），羅克韋爾（AB）Controlnet總線協(xié)議在無中繼下最高通信速率5 Mbps（通信距離1km內(nèi)）。此方案缺點是網(wǎng)絡不易擴展，如有新增監(jiān)控對象，需要對網(wǎng)絡進行重新規(guī)劃，重新掃描刷網(wǎng)，影響既有網(wǎng)絡運行。

2.2 光纖以太網(wǎng)單環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)方案

光纖以太網(wǎng)單環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)方案（圖2）中，車站兩端各配置1套冗余PLC，兩端PLC控制器通過光纖以太環(huán)網(wǎng)將各類RI / O、具有智能通信口的現(xiàn)場設備、就地現(xiàn)場小型控制器等設備統(tǒng)一接入。其他可提供標準以太網(wǎng)口的被控專業(yè)設備，如智能低壓通信管理器、冷水機組控制器、防淹門控制器、給排水泵控制器等也直接接入該以太環(huán)網(wǎng)，與BAS冗余主、從PLC進行通信，實現(xiàn)BAS對車站各機電設備的監(jiān)控和管理。

單環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)方案特點是采用全以太環(huán)網(wǎng)的方式進行通信，可實現(xiàn)“一網(wǎng)到底”，大大加強對底層設備的遠程“透明”維護功能。網(wǎng)絡擴展性強、自愈能力強，通訊介質(zhì)為光纖以太網(wǎng)，采用工業(yè)以太網(wǎng)標準協(xié)議，通訊速率可達100 Mbps。此方案的缺點是當環(huán)網(wǎng)上出現(xiàn)2個故障點時，部分監(jiān)控設備信息會丟失。車站局域網(wǎng)網(wǎng)絡構建需采用數(shù)量較多的交換機設備，成本較高。

2.3 光纖以太網(wǎng)雙環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)方案

光纖以太網(wǎng)雙環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)方案（圖3）中，車站兩端各設1套冗余PLC，A、B端PLC與本端RI / O箱組成獨立的光纖環(huán)網(wǎng)。A、B端通訊采用光口交換機實現(xiàn)A端主PLC與B端主PLC通信，A端備PLC與B端備PLC通信。現(xiàn)場被控設備通過兩端的遠程I / O采集狀態(tài)信息。FAS通過通信模塊與BAS連接，由于區(qū)間泵房距離車站較遠，區(qū)間水泵的遠程I / O箱通過單模光纖連接至車站站臺遠程I / O箱中的交換機。

雙環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)方案特點是A、B兩端采用2個光纖以太環(huán)網(wǎng)的方式進行通信，兩端設置的冗余PLC各自監(jiān)控單端的環(huán)控及機電設備，穩(wěn)定性高，網(wǎng)絡可擴展性和自愈能力較強，通信速率可達100 Mbps。其采用標準工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，單端PLC設備故障時不影響另一端設備監(jiān)控。缺點是當一端主備PLC均故障時（此情況出現(xiàn)的概率較小），部分設備監(jiān)控信息會丟失。

3 BAS 與綜合監(jiān)控系統(tǒng)接口集成方案

國內(nèi)大部分地鐵車站級BAS，通過以太網(wǎng)接口與綜合監(jiān)控系統(tǒng)連接通信，利用綜合監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸骨干網(wǎng)將車站各機電設備狀態(tài)信息上傳至控制中心（OCC），由中央級BAS（界面集成在綜合監(jiān)控系統(tǒng)）進行集中管控。車站級BAS與綜合監(jiān)控系統(tǒng)接口主要分為以下2種集成方案。

（1）綜合監(jiān)控系統(tǒng)在車站大端與BAS進行通信集成。BAS通過在車站車控室端PLC設置的4塊以太網(wǎng)卡（主備PLC各配置2塊），分別與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的A、B骨干網(wǎng)交換機連接。此方案的特點是綜合監(jiān)控系統(tǒng)與主端BAS系統(tǒng)的PLC進行通信，從端PLC將機電設備信息傳送給主端PLC，由主端PLC將全站機電設備信息上傳給綜合監(jiān)控系統(tǒng)。BAS與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的4條通信鏈路可保證足夠的傳輸冗錯性，任意3條鏈路出現(xiàn)故障，都不影響數(shù)據(jù)的正常傳輸。目前國內(nèi)大部分地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)按照此方案進行集成。

（2）綜合監(jiān)控系統(tǒng)在車站兩端與BAS進行通信集成。BAS在車站兩端各設置1套非冗余PLC，分別與車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)的A、B骨干網(wǎng)交換機通信。此方案的特點是兩端BAS的PLC互為冗余，兩端PLC將全站的遠程I / O全部組網(wǎng)，通過現(xiàn)場I / O采集全站機電設備信息，綜合監(jiān)控系統(tǒng)與兩端PLC進行通信。此方案的特點是兩端PLC分別采集全站機電設備信息，任意一端PLC出現(xiàn)故障，另一端PLC可以將全站機電設備狀態(tài)信息上傳給綜合監(jiān)控系統(tǒng)。從投資的角度考慮，此方案可以減少一半PLC設備，節(jié)省投資。

以上2種方案在技術上均可行，方案一的缺點是當任意一端冗余PLC同時出現(xiàn)故障時（概率極?。?，車站的部分機電設備監(jiān)控信息會丟失。方案二的缺點是有些品牌PLC產(chǎn)品的冗余模塊不支持長距離（3 m以上）冗余，另外兩端PLC出現(xiàn)冗余切換的幾率較高，對于綜合監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定性要求較高。

4 BAS 與機電專業(yè)接口方案

BAS與機電專業(yè)接口分為硬線接口和通信接口2種類型，這2種接口類型各有優(yōu)缺點。

給排水、電梯、低壓照明、風機等專業(yè)與BAS采用硬線接口方式。硬線接口特點是點對點通信，通信質(zhì)量非常穩(wěn)定，調(diào)試簡單，但通信距離有限，監(jiān)控信息點位有限，現(xiàn)場需敷設大量控制線纜，成本較高，對于監(jiān)控點位較多的專業(yè)不太適用。

冷水機組、變頻器、扶梯、智能照明、多聯(lián)機集控器等專業(yè)與BAS采用通信接口方式。通信接口的特點是監(jiān)控信息點位較多，節(jié)省電纜，增加監(jiān)控點位比較容易，但易受到現(xiàn)場環(huán)境電磁干擾，通信質(zhì)量不穩(wěn)定，需要增加光電隔離和抗電磁干擾等措施保證通信質(zhì)量。

5 結論與展望

國內(nèi)大部分地鐵BAS系統(tǒng)均是通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)骨干傳輸網(wǎng)絡進行組網(wǎng)，這樣既可以節(jié)省投資，又能提高網(wǎng)絡的穩(wěn)定性與可靠性。從建設成本、后期運營維護管理及網(wǎng)絡安全角度分析，BAS在車站配置1套冗余PLC的建設方案完全可行。對于BAS與各機電系統(tǒng)的接口通信方式，在保證現(xiàn)場通訊質(zhì)量的情況下，采用RS485通信方式，BAS可以采集更多的設備運行參數(shù)，同時為運營提供更多的設備維護信息。

另外BAS通過站內(nèi)設置的溫濕度傳感器，對公共區(qū)溫度進行實時采集，及時對車站內(nèi)的環(huán)境溫度進行適度調(diào)節(jié)，提高客流高峰期間車站內(nèi)環(huán)境的舒適度，為乘客提供更高質(zhì)量的服務，未來BAS系統(tǒng)將在地鐵節(jié)能控制方面發(fā)揮更大作用。

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收稿日期 2019-07-18

責任編輯 孫銳嬌