1、概述 隨著經(jīng)濟實力的增長，國家正在大力發(fā)展城市軌道交通。由于地鐵的環(huán)境非常特殊，客流量十分大，地鐵的安全性，舒適性及穩(wěn)定性是對地鐵運營狀況的最重要的考核指標(biāo)，因此地鐵車站對通風(fēng)、消防、空氣調(diào)節(jié)等監(jiān)控系統(tǒng)的要求非常高，工業(yè)化邏輯控制器的產(chǎn)品指標(biāo)、網(wǎng)絡(luò)性能等對整個系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運行至關(guān)重要。本文根據(jù)廣州地鐵二號線的實際工程，介紹GE Fanuc 的PLC 90-30等產(chǎn)品在廣州地鐵EMCS監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用方案。 　　 廣州地鐵二號線，線路總長23公里，全線共設(shè)20座地下車站，地下車站大系統(tǒng)的空調(diào)冷源采用集中供冷的方式、所有車站的站臺設(shè)置屏蔽門。車站設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（EMCS）組成中央、車站、就地三級控制系統(tǒng)，使車站設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)對全線20個車站的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備、給排水設(shè)備、自動扶梯、車站公共區(qū)照明、廣告照明、車站事故照明電源、屏蔽門、防淹門等機電設(shè)備進行全面、有效的監(jiān)控和管理，確保車站設(shè)備處于高效、節(jié)能、最佳運行狀態(tài)，創(chuàng)造一個安全舒適的地下環(huán)境，并能在火災(zāi)或列車阻塞事故狀態(tài)下，指揮控制車站設(shè)備進入救災(zāi)模式，保證乘客的安全和設(shè)備的正常運行。 　　 廣州地鐵二號線設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（EMCS）對全線各車站及區(qū)間內(nèi)的通風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、冷水系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、自動扶梯等設(shè)備的運行進行自動化管理。在正常狀態(tài)下保證各地鐵車站及區(qū)間內(nèi)機電設(shè)備運營安全、各項公共設(shè)備可靠、節(jié)能；保證地鐵環(huán)境達(dá)到國家有關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，并在災(zāi)害發(fā)生時能夠及時迅速地進入防災(zāi)運行方式，保證人員的生命安全和減少財產(chǎn)損失。 　　 EMCS系統(tǒng)空駛范圍包括全線各車站和全部地下區(qū)間隧道（各車站管轄至相鄰區(qū)間的一半）。由控制中心（OCC）監(jiān)控系統(tǒng)、全線綜合通信網(wǎng)絡(luò)、車站監(jiān)控系統(tǒng)（含車站監(jiān)控工作站、車站系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)、控制器、以及監(jiān)測、調(diào)控等設(shè)備）組成。全線EMCS系統(tǒng)組成三級操作：控制中心、車站控制室、控制器，二級管理：控制中心與車站控制室。整個監(jiān)控系統(tǒng)按照功能分散、信息集中的原則，以相對獨立的區(qū)域為監(jiān)控對象，以車站為基本單位，，以分層分布式方式構(gòu)成，實現(xiàn)就地級、車站級兩級控制，就地級、車站級、中央級三級管理。 　　 EMCS系統(tǒng)監(jiān)視車站與隧道的環(huán)境狀態(tài)、檢測環(huán)境參數(shù)，通過控制通風(fēng)與空調(diào)（預(yù)留）等機電設(shè)備，調(diào)控環(huán)境的舒適度，并盡可能實現(xiàn)被控對象的節(jié)能優(yōu)化運行。在列車阻塞、火災(zāi)等災(zāi)害情況下，調(diào)控相關(guān)設(shè)備，創(chuàng)造保證旅客及工作人員安全撤離的環(huán)境條件，將災(zāi)害損失減至最低。 　　 2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 廣州地鐵二號線的通訊網(wǎng)絡(luò)由三層環(huán)網(wǎng)組成：全線光纖大環(huán)網(wǎng)、控制中心（OCC）子環(huán)網(wǎng)、20個車站的站內(nèi)子環(huán)網(wǎng)。 　　 2.1地鐵全線光纖大環(huán)網(wǎng) 通訊專業(yè)提供OTN光纖大環(huán)網(wǎng)，OTN網(wǎng)絡(luò)支持冗余技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)某處斷開或節(jié)點失效的情況下，可以自動改變數(shù)據(jù)流向，保證數(shù)據(jù)的正確傳輸。在每個車站的通訊設(shè)備房及控制中心（OCC）通訊設(shè)備房為EMCS系統(tǒng)留有一個10M的以太網(wǎng)，與車站子網(wǎng)、OCC子網(wǎng)等實現(xiàn)通訊連接，通訊協(xié)議為TCP/IP。 　　 2.2 OCC光纖子環(huán)網(wǎng) 控制中心（OCC）各處設(shè)備由光纖環(huán)網(wǎng)組成，構(gòu)成計算機局域網(wǎng)絡(luò)，具體配置如下： 1、兩臺冗余服務(wù)器，各安裝GE Fanuc 公司的Cimplicity HMI Server冗余服務(wù)器軟件，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和處理、歷史數(shù)據(jù)記錄及網(wǎng)絡(luò)維護的功能，當(dāng)主機出現(xiàn)故障的時候，可以自動過渡到從機上。 2、兩個監(jiān)控工作站，安裝 Cimplicity HMI View 人機界面軟件，供環(huán)調(diào)人員操作。 3、一臺大背投計算機，負(fù)責(zé)大背投屏幕的畫面顯示和切換。 4、一臺維修工作站，安裝開發(fā)版人機界面HMI軟件，同時安裝PLC監(jiān)控軟件VersaPro 通過以太網(wǎng)，可以遠(yuǎn)程對任何一臺PLC進行編程、監(jiān)控和維護。 5、一套與軌道電路信號、同步時鐘信號接口進行通訊的PLC 90-30 完成行車位置信號、時鐘信號的采集及全線網(wǎng)絡(luò)PLC 90-30和計算機對時同步。 　　 2.3車站內(nèi)光纖子環(huán)網(wǎng) 車站級網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備包括： 車站內(nèi)車控室監(jiān)控計算機，由車站人員對設(shè)備進行操作和顯示。 車站A端冗余PLC及I/O機架，負(fù)責(zé)A端ECS設(shè)備的邏輯制。 車站B端冗余PLC及I/O機架，負(fù)責(zé)B端ECS設(shè)備的邏輯制。 消防信號（FAS）用PLC，負(fù)責(zé)火災(zāi)信息接口。 B端導(dǎo)向控制PLC、負(fù)責(zé)導(dǎo)向疏散指示燈的邏輯控制。 BS控制器PLC，負(fù)責(zé)BS系統(tǒng)邏輯控制。 地鐵環(huán)境下對設(shè)備的穩(wěn)定性，抗干擾性要求非常高，在任何一個防火分區(qū)發(fā)生火災(zāi)時，要求模式啟動和設(shè)備動作要足夠快。車站內(nèi)部設(shè)計成環(huán)型工業(yè)光纖以太網(wǎng)，支持冗余網(wǎng)絡(luò)方案。車控室、A端環(huán)控室、B端環(huán)控室等各處以光纖連接，可以避免車站內(nèi)電力機車的強電磁干擾對系統(tǒng)通訊的影響。車站兩端配置獨立的控制器，其中央處理模塊為CPU364，CPU模塊、電源模塊、通訊模塊、機架等均為冗余配置，保證對每個車站2000個設(shè)備監(jiān)控點的高效安全控制。PLC 90-30主機配置10M以太網(wǎng)口，各PLC 90-3之間、PLC 90-30與計算機之間通過TCP/IP協(xié)議相互傳遞信息，并通過通訊專業(yè)的接口，與控制中心（OCC）進行數(shù)據(jù)和指令的傳輸 　　 PLC 90-30與現(xiàn)場分布式I/O機架通過GE 公司的GENIUS 工業(yè)現(xiàn)場總線連接。GENIUS 具有優(yōu)良的傳輸特性，三取二的糾錯功能，較高的傳輸速率，其優(yōu)越的抗干擾性在本工程中得到突出的發(fā)揮：在傳輸速率為153.6K，通訊長度普遍超過1200米，甚至達(dá)到1500米，有電力機車近距離干擾的惡劣條件下，所有車站的GENIUS現(xiàn)場總線均正常穩(wěn)定的工作，不受任何干擾。 　　 遠(yuǎn)程I/O為VersaMax 系列模塊，在地下極為潮濕，模塊表面結(jié)露水的情況下，依然能正常工作，業(yè)主十分贊嘆GE 的產(chǎn)品質(zhì)量。 　　 PLC 90-30與其他專業(yè)有各種通訊接口，GE 的PCM模塊提供了多種可編程接口協(xié)議，協(xié)議的開發(fā)也非常方便。接口包括： 1、時鐘接口 2、軌道信號接口 3、冷水機組接口：Modbus軟件協(xié)議進行通訊。 4、屏蔽門接口：雙方接口采用RS485方式，自行開發(fā)軟件協(xié)議進行通訊。 5、防淹門接口：雙方接口采用RS485方式，自行開發(fā)軟件協(xié)議進行通訊。 控制中心計算機和車站計算機對所有區(qū)間隧道和各車站的設(shè)備進行監(jiān)控，根據(jù)不同的操作權(quán)限和口令，實現(xiàn)中央級、車站級的分級控制，自動和手動操作完成通風(fēng)、空調(diào)、消防、突發(fā)事故、以及照明、疏散等運行模式。在維修工作站和OCC工程師站，維護工程師能夠通過網(wǎng)絡(luò)對所有PLC 90-30和計算機進行遠(yuǎn)程監(jiān)控和調(diào)試，大大減少了維修工作量。 　　 1、通風(fēng)模式控制：正常運營情況下，根據(jù)站內(nèi)和站外的環(huán)境溫度、濕度、焓值進行全新風(fēng)、小新風(fēng)、空調(diào)等運行模式的運行和切換 2、消防模式控制：在車站火災(zāi)、區(qū)間隧道火災(zāi)時，按照消防規(guī)范，自動或人工啟動通風(fēng)、排煙模式、啟動疏散指示 3、時間表自動控制：事先設(shè)定全年的運行時間表，系統(tǒng)根據(jù)工作日、假日、特殊日的設(shè)定時間表，自動啟動相關(guān)設(shè)備和模式，實現(xiàn)無人職守的功能 4、PID調(diào)節(jié)：根據(jù)車站內(nèi)溫度濕度場的分布、進行數(shù)學(xué)計算，求解最佳的控制模型，保證車站內(nèi)部穩(wěn)定舒適的環(huán)境 5、水系統(tǒng)控制：控制集中冷站、空調(diào)機的水系統(tǒng)，為空調(diào)系統(tǒng)提供足夠和均衡的冷源 6、報警記錄和統(tǒng)計報表：記錄全線50000點的設(shè)備狀態(tài)信息、系統(tǒng)信息，記錄和語音提示各種報警狀態(tài)，記錄所有設(shè)備的操作情況，對數(shù)百個傳感器進行實時和歷史曲線的記錄和分析，生成運營和設(shè)備運行的幾十種統(tǒng)計報表 7、口令與權(quán)限：可以對控制中心和各車站操作人員、維護人員進行口令和操作權(quán)限管理 　　 3、應(yīng)用總結(jié) 由于曾參與過廣州地鐵二號線項目，對廣州地鐵二號線項目EMCS系統(tǒng)也十分熟悉，廣州地鐵二號線EMCS系統(tǒng)項目為由于采用了GE FUNC的PLC 90-30等產(chǎn)品，使得廣州一號線中的很多（如火災(zāi)不能及時反映）難題得到很好的解決，通過使用GE的PLC 90-30等產(chǎn)品，按期高質(zhì)量的成功完成了EMCS系統(tǒng)工程。作為5萬點的大型監(jiān)控項目，從OCC發(fā)指令到車站設(shè)備實際動作的時間不到3秒，實現(xiàn)了市消防局消防驗收一次通過的佳績。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)在現(xiàn)場正常、穩(wěn)定的運行了三年多了，到目前為止，基本沒有出現(xiàn)過問題。