地鐵BAS系統(tǒng)PLC冗余技術(shù)的應(yīng)用淺析

陳淑君

摘要：在現(xiàn)代化發(fā)展背景之下，城市可利用空間不斷的減少。為了滿意社會(huì)大眾日益增長(zhǎng)的交通出行需求，就需要積極展開(kāi)對(duì)地下資源的利用工作。地鐵作為一種依附于城市地下空間的交通方式，在當(dāng)前得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。文章即從這一角度入手，對(duì)地鐵BAS系統(tǒng)中有關(guān)PLC冗余技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行分析，希望能夠引起各方人員的關(guān)注與重視。

關(guān)鍵詞：地鐵；BAS系統(tǒng)；PLC；冗余技術(shù)

BAS系統(tǒng)即地鐵環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)的正常運(yùn)行與地鐵運(yùn)營(yíng)的安全穩(wěn)定以及乘客、工作人員的人身安全等關(guān)鍵問(wèn)題密切相關(guān)。正是由于這一原因，在現(xiàn)行的地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范與汗液標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，對(duì)BAS系統(tǒng)的安全性提出了嚴(yán)格的要求。為了能夠達(dá)到提高系統(tǒng)可靠性的目的，多建議通過(guò)硬件冗余的手段實(shí)現(xiàn)。但需要注意的是：若將其考慮為完全冗余結(jié)構(gòu)，則不但不會(huì)達(dá)到提高系統(tǒng)可靠性的效果，反過(guò)來(lái)或造成工程投資的加大。因此，需要通過(guò)對(duì)硬件配置的合理優(yōu)化以及對(duì)軟件技術(shù)的輔助應(yīng)用，使系統(tǒng)的冗余功能得以實(shí)現(xiàn)。此問(wèn)題值得各方人員引起重視。具體方案如下：

一、BAS軟件架構(gòu)

對(duì)于地下車站，BAS系統(tǒng)有兩對(duì)控制器，設(shè)置在地下車站兩端的環(huán)控電控室PLC控制柜內(nèi)，分別用于控制車站兩端的機(jī)電設(shè)備。以車站大端的控制器為主，小端的控制器為輔。

對(duì)于高架車站，BAS系統(tǒng)只有一對(duì)控制器，設(shè)置在高架車站大端的綜合監(jiān)控設(shè)備室PLC控制柜內(nèi)，整個(gè)車站內(nèi)的所有機(jī)電設(shè)備監(jiān)控、環(huán)境參數(shù)監(jiān)視等均由這一對(duì)控制器實(shí)現(xiàn)。與地下車站相比，兼具大端和小端所有的功能。

（一）兩端PLC功能劃分

地下車站兩端PLC控制器，大端的控制器主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）監(jiān)控大端機(jī)電設(shè)備、監(jiān)視大端環(huán)境參數(shù)；

（2）與ISCS接口點(diǎn)通訊；

（3）接收ISCS轉(zhuǎn)發(fā)的GPS對(duì)時(shí)信息；

（4）系統(tǒng)控制方式切換、模式解析、模式狀態(tài)判斷；

（5）IBP功能解析、接收FAS火災(zāi)模式指令；

（6）時(shí)間表控制；

（7）與小端PLC控制器通訊；

（8）與大端RIO節(jié)點(diǎn)通訊。

而小端的控制器功能相對(duì)而言較為簡(jiǎn)單，主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）監(jiān)控小端機(jī)電設(shè)備、監(jiān)視小端環(huán)境參數(shù)；

（2）與大端PLC控制器通訊；

（3）與小端RIO節(jié)點(diǎn)通訊。

（二）大端PLC程序結(jié)構(gòu)

大端BAS系統(tǒng)中有程序之處包括三部分：主PLC控制器、RIO適配器、IBP RIO適配器。

1.主PLC控制器部分

主PLC控制器部分集中BAS系統(tǒng)主要程序內(nèi)容，用于網(wǎng)卡狀態(tài)判斷切換、接收ISCS轉(zhuǎn)發(fā)的GPS時(shí)鐘信息（包括年月日時(shí)分秒）、系統(tǒng)控制權(quán)限操作、模式解析執(zhí)行及判斷、機(jī)電設(shè)備監(jiān)控、時(shí)間表控制等。其中與ISCS接口通訊、與小端PLC通訊、與RIO節(jié)點(diǎn)通訊通過(guò)軟件組態(tài)配置實(shí)現(xiàn)。

主PLC程序結(jié)構(gòu)組成：

2.RIO適配器部分

RIO部分主要用于在適配器中組態(tài)基本的硬件配置和程序，不做過(guò)多的解析指令等作用。程序內(nèi)容包括：在本RIO節(jié)點(diǎn)處有通訊接口的設(shè)備的通訊程序、本RIO節(jié)點(diǎn)的模塊狀態(tài)診斷、模件通道數(shù)據(jù)（包括DI、DO、AI、AO）轉(zhuǎn)換處理程序。

RIO適配器中程序結(jié)構(gòu)組成：

3.IBP RIO適配器部分

IBP RIO PLC部分主要用于緊急情況下IBP上功能。IBP RIO PLC中只在適配器中組態(tài)基本的硬件配置和程序，不做指令解析。連接IBP盤上環(huán)控模式的按鈕、指示燈等信息。程序內(nèi)容包括：IBP RIO與FAS接口通訊程序、IBP RIO模塊狀態(tài)診斷信息、模件通道數(shù)據(jù)（僅包括DI、DO）轉(zhuǎn)換處理程序。

說(shuō)明：IBP RIO硬件組態(tài)時(shí)與普通的RIO節(jié)點(diǎn)組態(tài)不完全相同，多了一個(gè)BMXNOE0100的以太網(wǎng)模塊，其I/O scan地址映射設(shè)置于BMXPRA0100一樣，這樣保證PRA下連接的交換機(jī)鏈路故障或交換機(jī)故障時(shí)，NOE下的鏈路依然正常，保證能接收IBP盤上按鈕、指示燈的信息。

IBP RIO適配器中程序結(jié)構(gòu)組成：

（三）小端PLC程序結(jié)構(gòu)

小端BAS系統(tǒng)中有程序之處包括兩部分：從PLC控制器、RIO PLC適配器。

1.從PLC控制器部分

從PLC控制器部分集中BAS系統(tǒng)小端的程序內(nèi)容，用于網(wǎng)卡狀態(tài)判斷切換、小端機(jī)電設(shè)備監(jiān)控等。其中與大端PLC通訊、與RIO節(jié)點(diǎn)通訊通過(guò)軟件組態(tài)配置實(shí)現(xiàn)。

從PLC程序結(jié)構(gòu)組成：

2.RIO適配器部分

RIO部分主要用于在適配器中組態(tài)基本的硬件配置和程序，不做過(guò)多的解析指令等作用。程序內(nèi)容包括：在本RIO節(jié)點(diǎn)處有通訊接口的設(shè)備的通訊程序、本RIO節(jié)點(diǎn)的模塊狀態(tài)診斷、模件通道數(shù)據(jù)（包括DI、DO、AI、AO）轉(zhuǎn)換處理程序。

RIO適配器中程序結(jié)構(gòu)組成：

二、BAS系統(tǒng)PLC冗余技術(shù)系統(tǒng)配置

首先，從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)配置的角度上來(lái)說(shuō)，整個(gè)BAS車站級(jí)采取兩極化網(wǎng)絡(luò)模式，劃分為控制層以及監(jiān)控層，并對(duì)應(yīng)對(duì)立網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中，監(jiān)控層以以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，支持TCP/IP協(xié)議，帶寬標(biāo)準(zhǔn)為10/100M，冗余配置為雙星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。將其設(shè)置于車站主PLC控制器與通信處理器的中間位置，確保信息傳輸?shù)玫饺娴谋O(jiān)控。同時(shí)，在PLC1～2內(nèi)分別設(shè)置有獨(dú)立的以太網(wǎng)通訊模塊?？刂凭W(wǎng)的冗余以及切換由設(shè)備獨(dú)立完成，工程應(yīng)用中不做特殊處理、

其次，從監(jiān)控層配置的角度上來(lái)說(shuō)，將1臺(tái)獨(dú)立運(yùn)行的監(jiān)控工作站配置于車站控制室內(nèi)，將其與冗余配置下的車站監(jiān)控局域網(wǎng)進(jìn)行連接（通過(guò)以太網(wǎng)卡的方式實(shí)現(xiàn)）。同時(shí)，在車站一端環(huán)空電控室內(nèi)設(shè)置獨(dú)立通訊控制器（其主要功能是對(duì)通訊接口進(jìn)行集中處理），其與整個(gè)車站監(jiān)控局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的連接同樣通過(guò)以太網(wǎng)接入的方式實(shí)現(xiàn)。

最后，從控制層配置的角度上來(lái)說(shuō)，在整個(gè)地鐵車站內(nèi)部，BAS系統(tǒng)在車站內(nèi)對(duì)應(yīng)有一套具有熱備關(guān)系特點(diǎn)的PLC控制器裝置，其主要工作任務(wù)式：負(fù)責(zé)完成BAS系統(tǒng)下車站控制層所有任務(wù)的調(diào)度，并為其提供數(shù)據(jù)服務(wù)以及功能支持。主控制器、備控制器同時(shí)與車站監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接。PLC1～2同步運(yùn)行，一主一備，但僅有主控制器能夠在以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)支持下獲取監(jiān)控層所傳遞的數(shù)據(jù)信息，另一備用控制器則獨(dú)立運(yùn)行。在故障條件下，PLC控制器能夠?qū)?nèi)部故障進(jìn)行自動(dòng)檢查并進(jìn)行切換，以確保安全性以及整個(gè)BAS系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行。

三、BAS系統(tǒng)PLC冗余需求

對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行冗余的主要目的是提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，避免發(fā)生故障停運(yùn)，設(shè)備損壞的問(wèn)題，從而達(dá)到降低經(jīng)濟(jì)損失，減少并避免人員傷亡的目的。由于PLC技術(shù)自身就有一定的可靠性，因此僅僅從硬件配置上入手，對(duì)系統(tǒng)可靠性進(jìn)行改善是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。為達(dá)到滿意的效果，還需要從軟件入手，引入系統(tǒng)性的冗余技術(shù)。

從BAS系統(tǒng)對(duì)PLC冗余功能需求的角度上進(jìn)行分析：要求在主PLC控制器與監(jiān)控工作站之間形成一個(gè)完整且獨(dú)立的通信路徑，能夠支持對(duì)數(shù)據(jù)的上行或下行傳遞。同時(shí)，通過(guò)應(yīng)用冗余技術(shù)的方式，能夠在雙以太網(wǎng)通訊鏈路或冗余PLC控制器出現(xiàn)單點(diǎn)故障的情況下，BAS系統(tǒng)的正常運(yùn)行不會(huì)受其影響，在自身無(wú)硬件故障的條件下，冗余PLC控制能夠確保主備PLC控制器的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

四、PLC冗余技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

研究認(rèn)為：PC電源，網(wǎng)絡(luò)通訊以及結(jié)構(gòu)框架等同樣是影響整個(gè)BAS系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的重要因素。因此，兩個(gè)PLC控制器還需要在以上多個(gè)方面中實(shí)現(xiàn)雙重化的冗余目標(biāo)。一旦主PLC控制器出現(xiàn)故障，則備控制器能夠立即繼續(xù)執(zhí)行控制指令，避免現(xiàn)場(chǎng)工藝設(shè)備處于控制失效的運(yùn)行狀態(tài)下。同時(shí)，對(duì)于主PLC控制儀器而言，過(guò)程計(jì)算機(jī)需要在以太網(wǎng)的支持下將控制指令傳遞至設(shè)備PLC裝置，同時(shí)對(duì)設(shè)備PLC所傳遞的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)信息進(jìn)行接受，以了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。同構(gòu)構(gòu)建PLC獨(dú)立互聯(lián)網(wǎng)的方式，以Genius總線為載體，實(shí)現(xiàn)PC端的連接，在GBC支持下實(shí)現(xiàn)每臺(tái)PLC裝置的交互式連接。還需要特別注意的一點(diǎn)是：在構(gòu)建基于PLC的互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)過(guò)程當(dāng)中，對(duì)于每臺(tái)獨(dú)立的PLC裝置而言，需要?jiǎng)澐譃?28*16字節(jié)的內(nèi)存區(qū)域，將其作為控制系統(tǒng)的廣播收聽(tīng)區(qū)域，通過(guò)廣播的方式收聽(tīng)并傳遞現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行標(biāo)志以及輸入狀態(tài)等關(guān)鍵信息，在熱備冗余技術(shù)的支持下根據(jù)所收聽(tīng)的廣播數(shù)據(jù)，就對(duì)方PLC的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。

五、結(jié)束語(yǔ)

從地鐵建設(shè)的角度上行來(lái)說(shuō)，對(duì)機(jī)電設(shè)備，特別是環(huán)控設(shè)備進(jìn)行集中控制，能夠使其運(yùn)行更加的安全可靠，確保地下環(huán)境的安全性。在PLC冗余技術(shù)干預(yù)下，可以使整個(gè)地鐵BAS系統(tǒng)的運(yùn)行更加安全與可靠，達(dá)到滿意的實(shí)踐效果，值得在同類工程建設(shè)中加以關(guān)注。