PLC技術(shù)在城市軌道交通BAS系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要：文章介紹了PLC技術(shù)在城市軌道交通BAS系統(tǒng)中的應(yīng)用情況，給出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、主要功能及主要技術(shù)指標(biāo)。各項(xiàng)性能符合系統(tǒng)要求，具有應(yīng)用推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；PLC技術(shù)；環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

1 概述

目前，我國已經(jīng)有79個(gè)城市開展了城市軌道交通規(guī)劃，2020年，規(guī)劃總里程將達(dá)到1.4萬公里。截至到2015年底，國內(nèi)城市軌道交通實(shí)現(xiàn)運(yùn)營線路的總里程已經(jīng)超過3000公里，城市軌道交通本身具有大運(yùn)量、快速、準(zhǔn)時(shí)、安全、占地面積小、環(huán)境污染少、運(yùn)營成本低、舒適度高的特點(diǎn)，越來越受到人們的青睞。建設(shè)城市軌道交通已經(jīng)成為我國大中城市解決交通擁堵，促進(jìn)城市發(fā)展的有效途徑。

軌道交通環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）是城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）的重要組成部分，主要負(fù)責(zé)地鐵建筑物內(nèi)的環(huán)境與空氣條件、通風(fēng)、給排水、照明、乘客導(dǎo)向、自動(dòng)扶梯及電梯、屏蔽門、防淹門等建筑設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)視、控制和管理的系統(tǒng)。在發(fā)生意外情況如火災(zāi)、地震等能快速進(jìn)入防災(zāi)運(yùn)行模式，自動(dòng)控制相關(guān)機(jī)電設(shè)備進(jìn)入到緊急應(yīng)對(duì)狀態(tài)，提高列車運(yùn)行的安全性。根據(jù)地鐵環(huán)境自動(dòng)控制車站及區(qū)間空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行方式，降低了設(shè)備運(yùn)行能耗，節(jié)約了運(yùn)營成本，提高了旅客舒適度，為地鐵的安全運(yùn)營提供了重要保障。

BAS系統(tǒng)應(yīng)具有智能化、可擴(kuò)展、調(diào)試維護(hù)方便等特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)集中控制、分散控制，應(yīng)具有中央級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)、車站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)及現(xiàn)場控制級(jí)設(shè)備。PLC技術(shù)在BAS系統(tǒng)中的應(yīng)用使系統(tǒng)功能更加完善，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制；增加了模塊擴(kuò)展功能，直接與ISCS系統(tǒng)連接，與其他系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息共享；自動(dòng)控制設(shè)備運(yùn)行，降低了運(yùn)營維護(hù)成本，提高了系統(tǒng)工作效率。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

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）站級(jí)BAS系統(tǒng)，各個(gè)系統(tǒng)間通過光纖傳輸鏈路相連，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RS485接口與主機(jī)相連，BAS系統(tǒng)通過代計(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2所示，BAS冗余PLC主控制器通過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。

在車站控制室內(nèi)，由2臺(tái)S7-400型PLC主機(jī)構(gòu)成BAS系統(tǒng)車站主控制器，通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線接收來自于設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息，接收控制中心OCC環(huán)控工作站的控制命令。

車站綜合監(jiān)控設(shè)備由主機(jī)、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)等硬件與控制軟件組成，能及時(shí)接收主控制器相關(guān)數(shù)據(jù)信息，供車站值班人員參考保存。

站內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)采用主備冗余形式，增加了系統(tǒng)的可靠性及安全性。站內(nèi)局域網(wǎng)采用光纖交換機(jī)構(gòu)成的雙以太自愈網(wǎng)，通信速率為10Mbps。采用光纖通信使系統(tǒng)的抗電磁干擾性能增強(qiáng)，做到了設(shè)備之間的電隔離，提高了系統(tǒng)的性能。

3 系統(tǒng)設(shè)備

3.1 PLC

控制中心OCC環(huán)控工作站控制器及車站級(jí)BAS控制系統(tǒng)PLC采用西門子公司生產(chǎn)的S7-400處理器模塊。S7-400采用模塊化無風(fēng)扇設(shè)計(jì)，適用于可靠性極高的大型復(fù)雜控制系統(tǒng)。S7-400提供了多級(jí)別的CPU模塊和通用功能模塊，可靈活組合，自由擴(kuò)展，具有運(yùn)行速度高、存儲(chǔ)能量大、I/O擴(kuò)展能力強(qiáng)、通信能力高、診斷功能全、電磁兼容性能好、抗震動(dòng)抗沖擊能力強(qiáng)等特點(diǎn)，并且具有HMI服務(wù)，用戶可以通過HMI服務(wù)定義源和目的地址，自動(dòng)傳送信息。S7-400采用STEP軟件編程語言，能夠?qū)崿F(xiàn)在線編輯，就地進(jìn)行被監(jiān)控設(shè)備調(diào)試。

冗余模塊的設(shè)計(jì)是為了系統(tǒng)工作的可靠性，當(dāng)一套PLC設(shè)備故障時(shí)，另一套PLC設(shè)備維持工作的穩(wěn)定性和連續(xù)性。

S7-400處理器模塊主機(jī)通過使用MPI通信協(xié)議的RS-485接口，在不需要附加任何硬件、軟件和編程的前提下建立一個(gè)MPI網(wǎng)絡(luò)。采用FEPROM存儲(chǔ)卡，具有掉電保護(hù)功能，不會(huì)將數(shù)據(jù)丟失。

STEP軟件編程語言功能強(qiáng)大、使用方便其功能塊圖和梯形圖編程語言符合IEC61131標(biāo)準(zhǔn)，共有350條指令，適應(yīng)城市軌道交通BAS控制系統(tǒng)的要求。

3.2 輸入/輸出接口模塊

模擬量輸入/輸出模塊SM334和SM335主要用于連接車站空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)、隧道通風(fēng)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等終端監(jiān)控器的連接，用于采集終端監(jiān)控器數(shù)據(jù)信息，并且向終端設(shè)備傳輸控制指令。

數(shù)字量輸入/輸出模塊SM232，輸入輸出均為16點(diǎn)，輸入輸出均為16點(diǎn)，額定電壓為DC24V，輸入電流為7mA，通過光耦合器與背板相連，采用晶體管型輸出電路，有電子保護(hù)功能，主要作為控制中心OCC環(huán)控工作站控制器與車站級(jí)BAS控制系統(tǒng)的接口使用。

3.3 通信網(wǎng)

BAS主系統(tǒng)采用TCP/IP協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)傳輸速度為2Mbps，車站局域網(wǎng)采用光纜，使用MPI通信協(xié)議。符合國際通信標(biāo)準(zhǔn)要求，保證了數(shù)據(jù)傳輸速率。

4 系統(tǒng)功能

（1）BAS系統(tǒng)與設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)集成對(duì)接，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的標(biāo)準(zhǔn)化。（2）實(shí)現(xiàn)了對(duì)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電梯及自動(dòng)扶梯系統(tǒng)、乘客導(dǎo)向系統(tǒng)、屏蔽門系統(tǒng)、防淹門系統(tǒng)等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測，有效控制機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行，節(jié)省了運(yùn)營成本，提高了運(yùn)營安全型與舒適性。（3）提高了運(yùn)營管理水平與服務(wù)水平。

5 主要技術(shù)指標(biāo)

5.1 數(shù)據(jù)傳輸速率

車站級(jí)BAS局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mbps，控制中心OCC環(huán)控工作站控制器及車站級(jí)BAS控制系統(tǒng)之間通信傳輸速率為10Mbps。

5.2 系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間

控制中心OCC環(huán)控工作站響應(yīng)時(shí)間小于1秒，車站級(jí)BAS控制系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間小于0.5秒。

5.3 可靠性

控制中心OCC環(huán)控工作站大于十萬小時(shí)，車站級(jí)BAS控制系統(tǒng)大于1萬小時(shí)。

6 結(jié)束語

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。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：譚麗娜（1982-），女，吉林長春，長春職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，研究方向：信號(hào)與通信技術(shù)。

白冰（1981-），男，吉林長春，長春職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，研究方向：自動(dòng)控制。