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基于施耐德PLC的地鐵BAS控制系統(tǒng)

時(shí)間:2017-12-01 11:44:26來(lái)源:王乃旭

導(dǎo)語(yǔ):?城市軌道交通系統(tǒng)中BAS系統(tǒng)控制著現(xiàn)場(chǎng)的諸多設(shè)備,施耐德PLC以其優(yōu)越的性能在地鐵環(huán)境中得到廣泛應(yīng)用。

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。

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