1引言

隨著社會(huì)進(jìn)步、城市規(guī)模不斷擴(kuò)大、人口密度迅速增加，交通擁堵日趨嚴(yán)重已成為制約城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一大障礙。由于城市軌道交通具有運(yùn)量大、安全正點(diǎn)、快捷舒適及污染小等特點(diǎn)，建立以城市軌道交通為主的城市交通系統(tǒng)是解決城市交通擁堵問(wèn)題的重要途徑。近幾年國(guó)內(nèi)的城市軌道交通建設(shè)正在快速發(fā)展，為了提高運(yùn)輸效率、保證行車安全及旅客舒適度等，必須建設(shè)一個(gè)滿足調(diào)度運(yùn)營(yíng)的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。

由于軌道交通中機(jī)電設(shè)備種類繁多，且分布在沿線車站和區(qū)間中，許多地方在車輛運(yùn)行時(shí)人員根本無(wú)法達(dá)到。而這些設(shè)備的正常運(yùn)行又是軌道交通正常運(yùn)行的基本保障。

BAS系統(tǒng)可以對(duì)各自獨(dú)立的設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行全面、有效的監(jiān)控和管理，創(chuàng)造一個(gè)安全、舒適的地下旅行環(huán)境，尤其是在火災(zāi)等災(zāi)害情況下或阻塞事故狀況下，及時(shí)根據(jù)不同運(yùn)行工況更好地協(xié)調(diào)車站設(shè)備的運(yùn)行，實(shí)施搶險(xiǎn)救災(zāi)，充分發(fā)揮各種設(shè)備合理有效的作用，以確保乘客生命安全和設(shè)備的正常運(yùn)行，正越來(lái)越引起人們重視。bas環(huán)控(環(huán)境控制)系統(tǒng)的產(chǎn)生，正是滿足了人們對(duì)上述設(shè)備監(jiān)控的功能需求。

2BSA系統(tǒng)主要特點(diǎn)

軌道交通是一類特殊的建筑，是由多個(gè)車站通過(guò)隧道連接成的一個(gè)整體。軌道交通系統(tǒng)大部分位于地下，是一個(gè)相對(duì)封閉的場(chǎng)所。內(nèi)部空間較大，但與外界連通的開口相對(duì)較少，在車站和隧道內(nèi)有大量的人流和車流。而且流量在不斷地變化。從環(huán)控的角度具有以下特點(diǎn)：

(1)受陽(yáng)光，雨雪等外界氣象條件的影響較小。

(2)有顯著的內(nèi)熱源。包括各設(shè)備系統(tǒng)散熱、列車牽引、剎車系統(tǒng)散熱，列車空調(diào)散熱，人員散熱等，是影響隧道及站臺(tái)的熱環(huán)境的主要因素。因此，南京軌道交通環(huán)境的主要問(wèn)題是過(guò)熱，而不是過(guò)冷，局部范圍內(nèi)設(shè)備散熱量相當(dāng)大，導(dǎo)致空調(diào)制冷效果受較大影響。

(3)由于客流量的變化，內(nèi)熱源的強(qiáng)度也隨之變化。其中既有以天，星期，年為周期的周期性變化，也有不規(guī)則的變動(dòng)。

(4)由于被厚土層覆蓋，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱量很大，熱惰性明顯。因此，熱環(huán)境要經(jīng)歷一個(gè)長(zhǎng)期的變化過(guò)程才能達(dá)到穩(wěn)定。

(5)列車在隧道內(nèi)的高速運(yùn)動(dòng)會(huì)引起“活塞風(fēng)”?；钊L(fēng)的風(fēng)量很大。在無(wú)屏蔽門系統(tǒng)，活塞風(fēng)是車站通風(fēng)換氣的主要?jiǎng)恿χ?。但活塞風(fēng)帶來(lái)的負(fù)面影響也是明顯的，由于活塞風(fēng)將大量隧道空氣及室外空氣帶人車站，車站空調(diào)負(fù)荷將比較大。

(6)軌道交通內(nèi)部的空間和發(fā)熱量大，為了維持其熱環(huán)境，環(huán)控系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)、制冷機(jī)、空調(diào)機(jī)容量大，由此引起設(shè)備初投資大和運(yùn)行后能耗費(fèi)用高等諸多問(wèn)題。在軌道交通運(yùn)營(yíng)初期，環(huán)控系統(tǒng)能耗甚至超過(guò)軌道交通建筑物總能耗的30％，嚴(yán)重影響軌道交通的運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)陛。因此，節(jié)能是軌道交通環(huán)控系統(tǒng)必須重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。

(7)軌道交通的各種發(fā)熱量及活塞風(fēng)量與客流量、車流量直接相關(guān)，始終處于變化之中。環(huán)控系統(tǒng)的運(yùn)行也會(huì)對(duì)出入口的風(fēng)量造成影響，因此，軌道交通的實(shí)際熱負(fù)荷很難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

(8)由于軌道交通內(nèi)部空間相對(duì)封閉，隧道內(nèi)就更為狹窄。對(duì)于謀些單線隧道，列車與隧道間隙很小，人員難以通過(guò)。而目軌道交通客流量大，高峰時(shí)車內(nèi)都相當(dāng)擁擠，因此軌道交通一旦發(fā)生阻塞或火災(zāi)，人員難以疏散，必須在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)隧道通風(fēng)事故予以充分的考慮。既要保證風(fēng)向在不同地域的火災(zāi)時(shí)有利于人員疏散，又要保證排煙效果。

軌道交通環(huán)境的這些特點(diǎn)，使得軌道交通的環(huán)境控制不同于常規(guī)的建筑。其中既有有利的因素，也有不利條件。因此，在軌道交通環(huán)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，要針對(duì)軌道交通的特點(diǎn)，在滿足設(shè)備及人員對(duì)環(huán)境要求的基礎(chǔ)上，采用合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)并進(jìn)行科學(xué)的運(yùn)行控制，實(shí)現(xiàn)最小的初期投資和最低的運(yùn)行費(fèi)用。

3BAS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

由于城市軌道交通BAS系統(tǒng)的重要性，需要實(shí)現(xiàn)控制中心遠(yuǎn)程控制與現(xiàn)地控制相結(jié)合，智能化、自動(dòng)化程度較高，提高了軌道交通運(yùn)營(yíng)的安全性與舒適性，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要包括由控制中心OCC環(huán)控工作站，車輛段維修中心及車站（停車場(chǎng)）站級(jí)BAS系統(tǒng)，各個(gè)系統(tǒng)間通過(guò)光纖傳輸鏈路相連，組成總線形或環(huán)形信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，站級(jí)BAS系統(tǒng)向OCC控制中心工作站實(shí)時(shí)傳送故障自檢、設(shè)備狀態(tài)信息及運(yùn)行信息，并接收?qǐng)?zhí)行相應(yīng)控制命令。信息傳送速率通常為2Mbps，通過(guò)RS485接口與主機(jī)相連，BAS系統(tǒng)通過(guò)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、PLC自動(dòng)控制技術(shù)、軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)車站各類機(jī)電設(shè)備的智能化控制。

站級(jí)BAS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，BAS冗余PLC主控制器通過(guò)RS485接口與其他設(shè)備相連，通信協(xié)議為多點(diǎn)接口標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，接收BAS系統(tǒng)控制指令的同時(shí)向BAS系統(tǒng)傳輸設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息。

圖1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

4系統(tǒng)設(shè)備

在車站兩端環(huán)控電控室內(nèi)分別設(shè)冗余plc控制器及帶控制器的i/o，集中監(jiān)控車站被控機(jī)電系統(tǒng)各設(shè)備(包括區(qū)間射流風(fēng)機(jī)、區(qū)間隧道風(fēng)機(jī)、排熱風(fēng)機(jī)、回/排風(fēng)機(jī)、空調(diào)新風(fēng)機(jī)、組合式空調(diào)機(jī)組及相關(guān)風(fēng)閥等)的運(yùn)行狀態(tài)和故障信號(hào)，接收車站的操作命令，并上傳數(shù)據(jù)。兩端的冗余處理器分別放置在車站兩端的環(huán)控電控室內(nèi)的plc機(jī)柜中。處理器帶i/o模塊，與環(huán)控電控室內(nèi)被監(jiān)控設(shè)備的硬線接口，在每端的plc柜中設(shè)置modbus通訊端口，完成與環(huán)控電控室內(nèi)的被監(jiān)控設(shè)備的通訊接口。每端的主控制器上設(shè)置兩塊塊以太網(wǎng)卡，向上接入車站級(jí)100m以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠上傳與下發(fā)。主控冗余plc之間通過(guò)光纖進(jìn)行通信，以實(shí)現(xiàn)主控冗余plc之間的冗余切換功能。

    在車站控制室各設(shè)置一個(gè)ibp緊急后備盤，對(duì)于應(yīng)急、備份和直接的操作要求，設(shè)置在ibp盤上，由相關(guān)人員根據(jù)具體情況及相應(yīng)的操作規(guī)程進(jìn)行處置。當(dāng)車站各專業(yè)系統(tǒng)的設(shè)備發(fā)生故障時(shí)或緊急情況下，可通過(guò)ibp實(shí)現(xiàn)車站的關(guān)鍵控制功能。ibp在每個(gè)車站控制室為以下控制操作提供緊急操作功能。ibp為操作值班員提供常用設(shè)備的備用操作手段，保障設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

就地級(jí)設(shè)備控制由就地級(jí)控制箱、ri/o模塊等設(shè)備組成，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與車站的plc連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集、信號(hào)的轉(zhuǎn)換和控制信號(hào)的輸出。通過(guò)plc專用通訊模件，與具有智能通信接口的各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊。通訊協(xié)議為modbus或profibus現(xiàn)場(chǎng)總線。通過(guò)plc專用通訊模件，實(shí)現(xiàn)不同通信要求的轉(zhuǎn)換，保證通信數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和安全傳輸。

實(shí)現(xiàn)單臺(tái)機(jī)電設(shè)備的就地控制，滿足設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)控制的要求?？蓪?duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、并將信號(hào)轉(zhuǎn)換輸送到上位控制系統(tǒng)，同時(shí)，執(zhí)行控制器的控制命令，完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制系統(tǒng)的連接。

5編程軟件及邏輯

施耐德PLC采用UnityPro為編程軟件，集成軟件包支持的PLC編程語(yǔ)言非常豐富。PLC的數(shù)據(jù)類型：

直接尋址數(shù)據(jù)實(shí)例在PLC存儲(chǔ)器或應(yīng)用專用模塊中具有預(yù)定義的位置，該位置對(duì)用戶是已知的。

1）內(nèi)部變量地址：

（1）%M0~%Mxxx----中間變量（bit）

（2）%MW0~%MWxxx------中間變量（word)

2）輸入/輸出模塊地址：

（1）%I\網(wǎng)絡(luò)號(hào)\機(jī)架號(hào).槽位號(hào).通道號(hào)--------開關(guān)量輸入模塊

（2）%Q\網(wǎng)絡(luò)號(hào)\機(jī)架號(hào).槽位號(hào).通道號(hào)-------開關(guān)量輸出模塊

（3）%IW\網(wǎng)絡(luò)號(hào)\機(jī)架號(hào).槽位號(hào).通道號(hào)------模擬量輸入模塊

（4）%QW\網(wǎng)絡(luò)號(hào)\機(jī)架號(hào).槽位號(hào).通道號(hào)-----模擬量輸出模塊

內(nèi)部變量包括：設(shè)備狀態(tài)、點(diǎn)控命令、模控命令、輸出命令、設(shè)備啟動(dòng)保護(hù)時(shí)間。

內(nèi)部變量可以采用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式打包。

設(shè)備狀態(tài)內(nèi)部變量tempDIState，數(shù)據(jù)類型：16維的bool數(shù)組，用來(lái)緩存設(shè)備的bool型狀態(tài)。模擬量類型的中間變量采用獨(dú)立的變量名稱，或者采用word型數(shù)組。

點(diǎn)控命令內(nèi)部變量：tempJogCmd，數(shù)據(jù)類型：16維的bool數(shù)組，用來(lái)將點(diǎn)控命令解析為單個(gè)bool量，方便注釋和程序閱讀，也可以直接引用輸入?yún)?shù)，只是用輸入?yún)?shù)時(shí)注釋不太方便。?？孛顑?nèi)部變量：tempModeCmd，數(shù)據(jù)類型：16維bool數(shù)組，用來(lái)對(duì)?？孛钸M(jìn)行綜合處理。設(shè)備控制命令保持變量：tempCtrlCmd，數(shù)據(jù)類型：16維bool數(shù)組，用來(lái)對(duì)點(diǎn)控命令進(jìn)行保持。報(bào)警信息內(nèi)部變量：tempAlarm，數(shù)據(jù)類型：16維bool數(shù)組，用來(lái)存儲(chǔ)設(shè)備的報(bào)警信息，包括點(diǎn)控動(dòng)作超時(shí)、?？貏?dòng)作超時(shí)。

控制命令輸出：tempDOOut，數(shù)據(jù)類型16維bool數(shù)組，用來(lái)緩存設(shè)備的控制邏輯輸出，然后將其賦值給對(duì)應(yīng)的變量，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳給分布式IO和串口設(shè)備。

模式控制規(guī)則：

模式號(hào)由兩部分組成：系統(tǒng)編號(hào)+模式類型（流水號(hào)），其中系統(tǒng)編號(hào)定義如下：

6結(jié)束語(yǔ)

采用功能強(qiáng)大的PLC作為城市軌道交通BAS系統(tǒng)進(jìn)行組網(wǎng)是一種可取的解決方案，提高了對(duì)環(huán)境及機(jī)電設(shè)備監(jiān)控的有效性和安全性，提高了工作效率，有模塊拓展功能，能夠與時(shí)俱進(jìn)，今后一定會(huì)在城市軌道交通其他領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。