大型換乘車(chē)站BAS網(wǎng)絡(luò)方案探討

王圣煒（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東廣州 510010）

大型換乘車(chē)站BAS網(wǎng)絡(luò)方案探討

王圣煒
（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東廣州 510010）

環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通訊技術(shù)及分布智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備監(jiān)控分散控制、集中管理的系統(tǒng)模式，對(duì)地鐵車(chē)站及區(qū)間隧道內(nèi)的空調(diào)通風(fēng)、給排水、照明、電梯、扶梯、安全門(mén)等機(jī)電設(shè)備進(jìn)行全面的運(yùn)行管理與控制。本文探討了在大型換乘車(chē)站中如何合理的設(shè)置BAS系統(tǒng)。分析了目前兩種主流的車(chē)站BAS網(wǎng)絡(luò)方案。并根據(jù)大型換乘車(chē)站不同的特點(diǎn)設(shè)置了不同的BAS網(wǎng)絡(luò)方案，并對(duì)這些方案做了一定的剖析。

環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng) 雙總線網(wǎng)絡(luò) 光纖以太環(huán)網(wǎng)

1　引言

近幾年，地鐵因其具有舒適、安全、快捷、準(zhǔn)時(shí)、運(yùn)載量大等特點(diǎn)，越來(lái)越受到群眾的歡迎。地鐵不僅能夠有效緩解城市交通壓力，因其采用無(wú)污染的電力能源，也越來(lái)越受到政府和國(guó)家的青睞。

為給軌道交通乘客營(yíng)造安全、舒適的乘車(chē)和候車(chē)環(huán)境。車(chē)站、區(qū)間隧道內(nèi)、車(chē)輛段、停車(chē)場(chǎng)等地均設(shè)有各種正常運(yùn)營(yíng)保障設(shè)施（包括通風(fēng)空調(diào)設(shè)備、給排水設(shè)備、照明設(shè)備、自動(dòng)電/扶梯等）和事故緊急防救災(zāi)設(shè)施（水消防系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)、應(yīng)急照明系統(tǒng)等）。為確保以上這些系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，特別是在地下車(chē)站發(fā)生火災(zāi)事故的情況下，使有關(guān)救災(zāi)設(shè)施按照設(shè)計(jì)工況及時(shí)有效地運(yùn)行，保障人身安全，需要在車(chē)站、區(qū)間、車(chē)輛段、停車(chē)場(chǎng)設(shè)置環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（Building Automatic System，簡(jiǎn)稱BAS）來(lái)對(duì)相應(yīng)設(shè)備設(shè)施進(jìn)行監(jiān)控。

隨著地鐵建設(shè)的蓬勃發(fā)展，城市中的地鐵線路也越來(lái)越多。線路的增多，必然會(huì)出現(xiàn)大量的換乘車(chē)站。特別是對(duì)于城市的交通樞紐，如火車(chē)站、飛機(jī)場(chǎng)等地方往往會(huì)出現(xiàn)多線換乘、國(guó)鐵與地鐵換乘、機(jī)場(chǎng)與地鐵換乘的情況。龐大的建筑面積，帶來(lái)的是機(jī)電設(shè)備的增多，BAS的監(jiān)控點(diǎn)數(shù)的增多。而B(niǎo)AS監(jiān)控點(diǎn)數(shù)的增多，被控設(shè)備與控制器之間距離的增加會(huì)造成BAS的響應(yīng)速度降低，數(shù)據(jù)傳輸可靠性降低，竟而影響設(shè)備的安全穩(wěn)定的運(yùn)行。因此，研究在大型換乘車(chē)站內(nèi)如何合理設(shè)置BAS，使得BAS更加安全可靠是很有必要的。

2　換乘車(chē)站BAS設(shè)置方案

換乘車(chē)站BAS設(shè)置方案不同于普通車(chē)站的BAS設(shè)置方案，往往需要考慮換乘線路的開(kāi)通時(shí)序，劃分清本線所管轄區(qū)域，以做好接口預(yù)留。

2.1與已建線路進(jìn)行節(jié)點(diǎn)換乘的車(chē)站

如果已建線路與本線共用設(shè)備用房或者站臺(tái)區(qū)域，那么在已建線路建設(shè)時(shí)期的共用區(qū)域的機(jī)電設(shè)備的監(jiān)控歸入已建線路。本線只需要負(fù)責(zé)非共用區(qū)域，如站廳、本線區(qū)間的設(shè)備。如果已建線路與本線沒(méi)有共用設(shè)備用房、站臺(tái)等區(qū)域，那么本線應(yīng)單獨(dú)設(shè)置一套BAS負(fù)責(zé)本線所管轄區(qū)域的機(jī)電設(shè)備。兩線BAS應(yīng)分別接入對(duì)應(yīng)線路的綜合監(jiān)控系統(tǒng)。

2.2與在建線路進(jìn)行節(jié)點(diǎn)換乘的車(chē)站

這種情況屬于在建線路與本線同期建設(shè)的情況。這種情況下可以考慮設(shè)置一套BAS，管轄兩線的區(qū)域，這樣既節(jié)省成本，又便于運(yùn)營(yíng)和維保人員使用和維護(hù)。

圖1　

2.3與在建/已建線路進(jìn)行通道換乘的車(chē)站

通道換乘的兩個(gè)車(chē)站通過(guò)一條通道連接兩條線路的同名車(chē)站，通道長(zhǎng)度根據(jù)情況會(huì)有較大的區(qū)別。因此對(duì)于此類車(chē)站，一般采用兩線分別設(shè)置自己的BAS。各線BAS負(fù)責(zé)自己站廳站臺(tái)及出入口部分設(shè)備監(jiān)控。

2.4與遠(yuǎn)期線路進(jìn)行通道換乘的車(chē)站

此類車(chē)站一般采用兩線分別設(shè)置自己的BAS。各線BAS負(fù)責(zé)自己站廳站臺(tái)及出入口部分設(shè)備監(jiān)控，并預(yù)留與換乘線路對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的接口改造條件和能力。

2.5與遠(yuǎn)期線路進(jìn)行節(jié)點(diǎn)換乘的車(chē)站

兩線BAS系統(tǒng)按分設(shè)考慮。共用站廳和轉(zhuǎn)換層部分機(jī)電設(shè)備的監(jiān)控由先建線路負(fù)責(zé)，其余區(qū)域由各線自行負(fù)責(zé)。兩線BAS系統(tǒng)應(yīng)分別接入對(duì)應(yīng)線路的綜合監(jiān)控系統(tǒng)。

2.6一些特殊車(chē)站的換乘

（1）共用站廳，平行換乘車(chē)站。兩線BAS系統(tǒng)按一個(gè)整體合設(shè)一套系統(tǒng)考慮。

（2）多線換乘車(chē)站。根據(jù)各條線路之間是節(jié)點(diǎn)換乘還是通道換乘，使用上述原則即可。

3　換乘車(chē)站BAS網(wǎng)絡(luò)方案

根據(jù)前述BAS設(shè)置方案可知，對(duì)于大型換乘車(chē)站，一般可以歸結(jié)為三類BAS設(shè)置方式：

（1）兩線BAS分設(shè)。

（2）兩線BAS合設(shè)一套，并由某一條線路負(fù)責(zé)。

（3）兩線存在共用區(qū)域（站廳、設(shè)備區(qū)、站臺(tái)等），則共用區(qū)域的設(shè)備監(jiān)控納入其中一條線路BAS，另一條線路負(fù)責(zé)本線所管轄區(qū)域設(shè)備監(jiān)控。

對(duì)于大型換乘車(chē)站，三類BAS設(shè)置方式選擇的網(wǎng)絡(luò)方案的好壞將直接決定BAS的穩(wěn)定性、快速性、安全性，下面將對(duì)BAS的網(wǎng)絡(luò)方案進(jìn)行分析。

3.1雙總線網(wǎng)絡(luò)方案

本方案中，對(duì)于地下車(chē)站兩端各配置一套冗余PLC的方案，兩端PLC控制器分別通過(guò)雙總線將各端的RI/O、具有智能通信口的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和就地現(xiàn)場(chǎng)小型控制器等設(shè)備統(tǒng)一接入，分別對(duì)車(chē)站兩端的機(jī)電設(shè)備（通風(fēng)空調(diào)、電扶梯、低壓照明、給排水等正常和火災(zāi)情況下合用設(shè)備）進(jìn)行監(jiān)控管理。

本方案的特點(diǎn)是：采用傳統(tǒng)的總線方式進(jìn)行通信，方案成熟、靠性高、實(shí)時(shí)性好、網(wǎng)絡(luò)自愈能力強(qiáng)、通訊設(shè)備成本較低。通訊介質(zhì)可采用屏蔽雙絞電纜或同軸電纜，通訊速率可達(dá)12Mbps（Profibus-DP）或5Mbps（ControlNet）。

3.2光纖以太環(huán)網(wǎng)方案

本方案中，對(duì)于地下車(chē)站兩端各配置一套冗余PLC的方案，兩端PLC控制器通過(guò)光纖以太環(huán)網(wǎng)將各類RI/O、具有智能通信口的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和就地現(xiàn)場(chǎng)小型控制器等設(shè)備統(tǒng)一接入，與BAS冗余主、從控制器進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)BAS對(duì)車(chē)站機(jī)電設(shè)備（通風(fēng)空調(diào)、電扶梯、低壓照明、給排水等正常和火災(zāi)情況下合用設(shè)備）的監(jiān)控管理，如圖1所示。

采用全以太環(huán)網(wǎng)的方式進(jìn)行通信，可實(shí)現(xiàn)“一網(wǎng)到底”，大大加強(qiáng)對(duì)底層設(shè)備的遠(yuǎn)程“透明”維護(hù)功能。網(wǎng)絡(luò)自愈能力強(qiáng)，通訊介質(zhì)為以太網(wǎng)，采用工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，通訊速率可達(dá)100Mbps。

3.3大型換乘車(chē)站網(wǎng)絡(luò)方案選擇

（1）對(duì)于兩線BAS分設(shè)的情況?？蓪⒃撜究闯蓛蓚€(gè)獨(dú)立車(chē)站，分別設(shè)置兩套BAS系統(tǒng)，那么可以根據(jù)運(yùn)營(yíng)的需求選擇雙總線方案的成熟，安全，可靠或是選擇光纖以太網(wǎng)方案的快速、靈活、易拓展。

（2）對(duì)于兩線存在共用區(qū)域、并且共用區(qū)域由某一線路BAS負(fù)責(zé)的情況。若共用區(qū)域監(jiān)控的設(shè)備不多，那么兩種方案都可以選擇。若共用區(qū)域監(jiān)控設(shè)備很多，雙總線方案需要消耗大量的總線電纜，并且總線的傳輸速度有限，隨著監(jiān)控設(shè)備的增多，數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量會(huì)下降，對(duì)時(shí)間要求嚴(yán)格的數(shù)據(jù)如果長(zhǎng)時(shí)間得不到響應(yīng)也容易引發(fā)安全事故。因此，推薦采用光纖以太環(huán)網(wǎng)。

（3）對(duì)于兩線合設(shè)一套BAS的情況。這類大型換乘車(chē)站的特點(diǎn)為：

1）該線路BAS需要負(fù)責(zé)換乘線路區(qū)域的設(shè)備監(jiān)控，監(jiān)控點(diǎn)數(shù)將是2倍甚至更多于普通車(chē)站的監(jiān)控點(diǎn)數(shù)。

2）這類車(chē)站建筑面積大，設(shè)備之間距離很遠(yuǎn)、分布散。

3）大量的設(shè)備將產(chǎn)生大量的電磁干擾。

4）接口數(shù)量多，需要大量的網(wǎng)關(guān)。

對(duì)于雙總線方案來(lái)說(shuō)，隨著總線上節(jié)點(diǎn)數(shù)量增多，總線負(fù)荷加大，總線上控制器輪詢各個(gè)設(shè)備一周的時(shí)間增加，對(duì)于設(shè)備突發(fā)事件產(chǎn)生響應(yīng)的時(shí)間延長(zhǎng)，數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量下降。設(shè)備房之間距離過(guò)遠(yuǎn)，總線距離過(guò)長(zhǎng)，一是總線上信號(hào)會(huì)衰減嚴(yán)重，特別嚴(yán)重的地方需要加中繼器來(lái)放大信號(hào)。二是總線的成本會(huì)相應(yīng)增加。隨著設(shè)備數(shù)量的增加，電磁干擾也相應(yīng)增加，現(xiàn)場(chǎng)總線會(huì)受到一定程度的干擾。在地鐵站內(nèi)的設(shè)備大多都不支持現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，設(shè)備需要與控制器通信往往需要設(shè)置網(wǎng)關(guān)。而大型換乘車(chē)站，接口數(shù)量眾多，也就需要設(shè)置更多的網(wǎng)關(guān)來(lái)轉(zhuǎn)換通信協(xié)議。網(wǎng)關(guān)的增加，相應(yīng)增加了成本。協(xié)議的轉(zhuǎn)換降低了通信的速度，也影響系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間。

對(duì)于光纖以太網(wǎng)方案來(lái)說(shuō)，100Mbps甚至1000Mbps的速度可以滿足大型換乘車(chē)站設(shè)備數(shù)量2倍甚至3倍于普通車(chē)站的情況。光纖的成本較現(xiàn)場(chǎng)總線低，而且可以長(zhǎng)距離傳輸，非常適合大型換乘車(chē)站建筑面積大，設(shè)備設(shè)施分散的場(chǎng)合進(jìn)行傳輸。光纜的抗電磁干擾能力非常強(qiáng)，在設(shè)備眾多，電磁干擾眾多的地方傳輸也能保證傳輸質(zhì)量。由于采用的是基于TCP/IP的以太網(wǎng)，使用國(guó)際主流標(biāo)準(zhǔn)，協(xié)議開(kāi)放，便于開(kāi)發(fā)，車(chē)站現(xiàn)場(chǎng)很多設(shè)備又兼容以太網(wǎng)，因此在接口眾多的大型換乘車(chē)站，可以直接讓設(shè)備接入就近的交換機(jī)，進(jìn)入BAS的網(wǎng)絡(luò)中，減少了網(wǎng)關(guān)模塊的使用，降低了成本。協(xié)議的一致性，加快了數(shù)據(jù)從底層現(xiàn)場(chǎng)傳輸?shù)娇刂茖拥乃俣?，進(jìn)而加快了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。對(duì)于大型換乘車(chē)站，往往需要預(yù)留與遠(yuǎn)期線路的接口，當(dāng)后建線路建設(shè)時(shí)，對(duì)于“一網(wǎng)到底”的光纖以太環(huán)網(wǎng)，只需要從離換乘車(chē)站最近的交換機(jī)處拉線到換乘的站內(nèi)交換機(jī)上即可實(shí)現(xiàn)兩線BAS的互通。這樣做將會(huì)使得BAS變得非常易于拓展。

4　結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)大型換乘車(chē)站網(wǎng)絡(luò)方案進(jìn)行了探討，分析了大型換乘車(chē)站應(yīng)該如何設(shè)置BAS，并根據(jù)不同的BAS設(shè)置方式可以靈活選擇BAS的網(wǎng)絡(luò)方案。隨著工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展，車(chē)站BAS也在逐步進(jìn)入光纖以太環(huán)網(wǎng)時(shí)代。光纖以太環(huán)網(wǎng)以其快速、抗干擾能力強(qiáng)、協(xié)議開(kāi)放、易于拓展等優(yōu)點(diǎn)將非常適合于這類合設(shè)一套BAS的大型換乘車(chē)站。

王圣煒（1989—），男，碩士研究生，職稱：助理設(shè)計(jì)師，研究方向：軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、門(mén)禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)。