西安地鐵系統(tǒng)施工與運營分析

1、西安地鐵二號線BAS系統(tǒng)施工與運營分析摘要：本文主要針對BAS系統(tǒng)在西安地鐵項目中的應(yīng)用作為主要研究分析對象，從系統(tǒng)組成、施工建設(shè)、運行維護三個方面詳述BAS系統(tǒng)的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：中央級、車站級、模式控制西安地鐵建設(shè)已經(jīng)進入快車道。自2007年開工建設(shè)以來，第一條即將開通運行的2號線安裝調(diào)試即將完成，各項工作都在有條不紊的進行著。作為地鐵機電設(shè)備守護者的BAS系統(tǒng)，有著其非常重要的地位。下面我們將從系統(tǒng)組成和功能入手，著重分析BAS系統(tǒng)在建設(shè)及運營過程中比較重要的一些問題。1西安地鐵二號線BAS系統(tǒng)組成和功能1.1系統(tǒng)功能1.1.1中央級功能中央級功能主要在控制中心（OCC）實現(xiàn)，即全線功能。（

2、1）監(jiān)視全線各類機電設(shè)備的運行狀態(tài)。（2）根據(jù)通風與空調(diào)系統(tǒng)提供的環(huán)控工藝要求，對全線隧道通風系統(tǒng)設(shè)備進行正常模式控制，災(zāi)害模式控制。（3）根據(jù)地鐵運行環(huán)境及車站其他系統(tǒng)的監(jiān)控要求，將相關(guān)的運行模式控制命令下達給車站BAS系統(tǒng)，使車站設(shè)備按設(shè)定的模式運行。（4）在線編輯各個車站運行模式時間表，對車站運行狀況在模式一級進行集中的控制。（5）報表打印、報警記錄查詢、時鐘同步等功能。1.1.2車站級功能車站級功能主要在車站實現(xiàn)，通過BAS設(shè)置在車站的工作站、PLC、局域網(wǎng)、現(xiàn)場控制網(wǎng)完成。（1）車站機電設(shè)備監(jiān)控對象有：通風空調(diào)系統(tǒng)、照明導(dǎo)向系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、電扶梯系統(tǒng)。（2）監(jiān)視和記錄車站典型區(qū)域測

3、試點的溫度、濕度、二氧化碳、照度等環(huán)境參數(shù)。（3）對于所有的監(jiān)控設(shè)備，可以實現(xiàn)單獨控制和各種模式手動和自動控制。（4）接受FAS的指令，控制車站通風空調(diào)及相關(guān)設(shè)備轉(zhuǎn)入災(zāi)害模式運行。（5）通過過程控制算法，控制車站通風空調(diào)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)站內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，保證車站環(huán)境的舒適性，同時實現(xiàn)最大限度的節(jié)能。1.1.3.就地級功能就地級功能主要通過BAS設(shè)置在各處的PLC、RIO、儀器、儀表等現(xiàn)場設(shè)備實現(xiàn)。（1）能對單臺設(shè)備進行就地控制，滿足設(shè)備的現(xiàn)場調(diào)試要求。 （2）能實現(xiàn)對現(xiàn)場信號的采集、信號的轉(zhuǎn)換和控制信號的輸出。（3）具有智能通信接口的各個現(xiàn)場設(shè)備通過現(xiàn)場總線和控制器相連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊。（4）豐富的

4、通信接口，用以實現(xiàn)不同通信要求的轉(zhuǎn)換，保證通信數(shù)據(jù)的實時采集和安全傳輸。 1.2設(shè)備組成1.2.1中央級設(shè)備BAS中央功能主要通過設(shè)置在中央級的交換機、服務(wù)器、工作站實現(xiàn)，交換機主要用于各設(shè)備接入全線公用網(wǎng)絡(luò)，全線公用網(wǎng)絡(luò)為全線各車站、各專業(yè)公用，由其他通信傳輸專業(yè)提供。BAS在中央級的應(yīng)用軟件可以根據(jù)不同的用戶需要選用不同的軟件平臺，在廣州地鐵的實際應(yīng)用中，因為有綜合監(jiān)控專業(yè)，BAS專業(yè)在中央級的功能要求不高，西安地鐵采用了AB公司的RSview32軟件。在南京地鐵的實際應(yīng)用中，BAS在中央級的要求較高，采用的是Wonderware軟件平臺，在控制中心可以滿足20萬點的監(jiān)控要求。1.2.2車

5、站級設(shè)備在車站級主要設(shè)置PLC、工作站、交換機、打印機等設(shè)備。BAS在車站級設(shè)置工業(yè)級局域網(wǎng)來實現(xiàn)車站級功能，可以采用工業(yè)級以太網(wǎng)或現(xiàn)場總線。廣州和南京的應(yīng)用中均采用了光纖冗余環(huán)網(wǎng)的方案，通過分別設(shè)置在兩個光纖環(huán)網(wǎng)的上的交換機，來實現(xiàn)車站各個數(shù)據(jù)點的通信，西安地鐵二號線采用的是工業(yè)級局域網(wǎng)。根據(jù)不同的用戶需求，地鐵車站一般可以劃分為三個主要數(shù)據(jù)點，分別是車站設(shè)備區(qū)的兩端（A、B兩端）、車站控制室。這三個主要的數(shù)據(jù)點，通過車站局域網(wǎng)進行連接。A、B兩端主要完成本端設(shè)備的監(jiān)控，車站控制室設(shè)置緊急后備盤（IBP盤），在緊急情況下，通過設(shè)置在IBP盤上的按鈕來啟動相應(yīng)的災(zāi)害模式或者重要的設(shè)備，同時也可

6、在IBP盤上設(shè)置指示燈，來監(jiān)視設(shè)備、模式的運行狀態(tài)。BAS專業(yè)需要在車站控制室設(shè)置PLC或者IO來接受IBP盤控制按鈕的指令，并給指示燈反饋狀態(tài)。設(shè)置在A、B兩端的PLC監(jiān)控了車站的主要設(shè)備，要求有較高的可靠性，一般均要求采用熱備冗余的PLC系統(tǒng)。在廣州地鐵4號線EMCS中，使用的是AB公司的ControlLogix冗余PLC系統(tǒng)，在南京地鐵2號線BAS系統(tǒng)中，使用的Schneider的Unity Quantum 67160冗余系統(tǒng)，西安地鐵采用了AB公司的PLC系統(tǒng)。 1.2.3就地級設(shè)備就地級設(shè)備主要包括PLC、遠程IO、通信模件、傳感器等。BAS通過設(shè)置在各系統(tǒng)末端（風系統(tǒng)、水系統(tǒng)、公共

7、區(qū)）的傳感器采集車站主要的環(huán)境參數(shù)。BAS通過設(shè)置在就地的遠程IO控制箱中的DI、DO、AI、AO模塊監(jiān)控通風空調(diào)系統(tǒng)、照明配電系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)的設(shè)備。對于某些專業(yè)的設(shè)備，需要采用數(shù)據(jù)接口進行通信，則BAS設(shè)置相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口設(shè)備，例如，UPS、EPS、電扶梯、安全門、變頻器、時鐘、信號、FAS等專業(yè)或設(shè)備在實際應(yīng)用中采用數(shù)據(jù)接口（Modbus RS485、Modbus TCP或其他）與BAS專業(yè)進行通信。設(shè)置在不同區(qū)域的遠程控制箱通過現(xiàn)場總線接入設(shè)置在車站A、B兩端環(huán)控電控室的主PLC中。IBP的按鈕、指示燈通過硬線接入設(shè)置在車控室的IBP控制器IO上。 1.2.4各級設(shè)備在BAS系統(tǒng)中接口方

8、式（1）硬線接口通過硬接線的方式接入BAS系統(tǒng)（RIO），包括開關(guān)量、模擬量，例如照明、導(dǎo)向、溫濕度傳感器。（2）通信接口通過數(shù)據(jù)總線的方式接入BAS系統(tǒng)，例如變頻風機、UPS、應(yīng)急電源等系統(tǒng)。接口協(xié)議一般采用通用、開放、標準協(xié)議，如Modbus、Modbus TCP/IP，各PLC廠家總線協(xié)議等。接入綜合監(jiān)控系統(tǒng)的接口采用Modbus TCP/IP。西安地鐵典型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（見下圖）1.3系統(tǒng)使用過程中的控制邏輯設(shè)置1.3.1權(quán)限設(shè)計從設(shè)備到OCC的控制權(quán)限可以分為以下五個：（1）非BAS/BAS；（2）IBP盤允許/禁止；（3）FAS指令（僅是在火災(zāi)報警時有效）；（4）車站綜合監(jiān)控工作站允許

9、/禁止；（5）OCC綜合監(jiān)控工作站允許；1.3.2車站控制級邏輯1.3.3模式運行（1）正常模式的執(zhí)行正常模式的指令來源有：車站綜合監(jiān)控工作站點動、OCC綜合監(jiān)控工作站點動、時間表形式發(fā)出的模式指令。（2）火災(zāi)模式的執(zhí)行火災(zāi)模式的指令來源分為：FAS報警指令、IBP盤按鈕指令、車站綜合監(jiān)控工作站點操指令、OCC綜合監(jiān)控工作站點操指令。（3）阻塞模式的執(zhí)行阻塞模式的指令來源為：OCC綜合監(jiān)控工作站指令（含與信號系統(tǒng)的聯(lián)動模式提示框的點動），在任何狀態(tài)下阻塞模式的啟動和解除都需有OCC運營人員參與。阻塞模式解除后區(qū)間隧道模式進入正常工況模式。2.主要施工程序及施工注意事項2.1.主要施工程序環(huán)境與

10、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的施工跟配電系統(tǒng)的施工均屬于電氣施工的范疇，所以有類似部分。主要工序基本相同，都包括電氣配管、電纜橋架架設(shè)、電纜穿管、配電柜控制柜安裝。不同的是終端設(shè)備不同，電纜的種類和功能差別也很明顯。2.2施工注意事項（1）由于弱電系統(tǒng)電纜中主要以信號電壓或信號電流為主，因此對于電纜抗干擾要求極高。而地鐵系統(tǒng)中各種機電設(shè)備如機車、變電站、風機、變頻器、信號器、電信設(shè)備等構(gòu)成了一個及其復(fù)雜的電磁空間?？墒钦f抗干擾是我們?nèi)蹼姽こ讨袥Q定工程成敗的關(guān)鍵因素。所以必須時刻保持敏銳的注意力，嚴格執(zhí)行規(guī)范要求，堅決做好電磁防護工作。弱電系統(tǒng)接地方法及注意事項（2）弱電系統(tǒng)的接地，按用途分有保護性接地和功能性

11、接地。保護性接地分為：防電擊接地、防雷接地、防靜電接地和防電蝕接地；功能性接地分為：工作接地、邏輯接地、屏蔽接地和信號接地。不同的接地有不同的要求，應(yīng)按設(shè)計決定的接地施工。2.3設(shè)備安裝及調(diào)試注意事項2.3.1調(diào)試必須具備的條件BAS系統(tǒng)的全部設(shè)備包括現(xiàn)場的各種閥門、執(zhí)行器、傳感器等全部安裝完畢、線路敷設(shè)和接線全部符合設(shè)計圖紙的要求。BAS系統(tǒng)的受控設(shè)備及其自身的系統(tǒng)不僅安裝完畢，而且單體或自身系統(tǒng)的調(diào)試結(jié)束；同時其設(shè)備或系統(tǒng)的數(shù)據(jù)必須滿足自身系統(tǒng)的工藝要求，例如空調(diào)系統(tǒng)中的冷水機組其單機運行必須正常，而且其冷量和冷凍水的進出口、進出口水溫等必須滿足空調(diào)系統(tǒng)的工藝要求。BAS與各系統(tǒng)的聯(lián)動、信

12、息傳輸?shù)木€路敷設(shè)等必須滿足設(shè)計要求。2.3.2調(diào)試步驟單體調(diào)試包括：BAS的IBP控制盤、環(huán)控電控柜、就地控制箱與現(xiàn)場設(shè)備（溫（濕）度變送器、流量計、壓力/壓差變送器等的單體調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試包括：系統(tǒng)單體設(shè)備調(diào)試、BAS站級、中央級設(shè)備聯(lián)調(diào)、聯(lián)動相關(guān)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)等幾個階段。PLC功能調(diào)試第一步、關(guān)閉中央監(jiān)控主機、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)（包括主機至PLC之間的通訊設(shè)備），確認系統(tǒng)及受控設(shè)備運行正常后，重新開機后抽檢部分PLC設(shè)備中受控設(shè)備的運行記錄和狀態(tài)，同時確認系統(tǒng)框圖及其它圖形均能自動恢復(fù)。第二步、關(guān)閉PLC電源后，確認PLC及受控設(shè)備運行正常，重新受電后確認PLC能自動檢測受控設(shè)備的運行，記錄狀態(tài)并矛以恢復(fù)。

13、第三步、PLC抗干擾測試：將一臺干擾源設(shè)備（例如沖擊電鉆）接于系統(tǒng)同一電源，干擾設(shè)備開機后，觀察PLC設(shè)備及其它設(shè)備運行參數(shù)和狀態(tài)運行是否正常。2.3.3系統(tǒng)功能驗證調(diào)試基本完成時需要逐項驗證站級監(jiān)控系統(tǒng)主要功能：（1）對本車站及區(qū)間隧道的通風空調(diào)系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、自動扶梯、照明系統(tǒng)、車站事故照明電源等設(shè)備進行監(jiān)視和控制，并對故障進行報警。（2）監(jiān)視和記錄車站典型區(qū)域測試點的溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)。（3）對于所有的監(jiān)控設(shè)備，可以實現(xiàn)單獨控制、聯(lián)鎖控制和各種模式手動和自動控制。（4）彩色動態(tài)和多級顯示等功能是否明確、生動。（5）將車站被控設(shè)備運行狀態(tài)、報警信號及測試點數(shù)據(jù)及時送至主控系

14、統(tǒng)，并接受主控系統(tǒng)的各種監(jiān)控指令和運行模式。（6）接受車站級FAS的指令，控制車站通風空調(diào)及相關(guān)設(shè)備自動或手動轉(zhuǎn)入災(zāi)害模式下運行。（7）當監(jiān)控站出現(xiàn)故障時，可以通過緊急控制盤IBP，控制通風排煙設(shè)備按災(zāi)害模式運行。（8）車站控制系統(tǒng)具有PID控制、智能控制等先進控制功能。（9）利用不同的操作密碼，實現(xiàn)不同級別的操作權(quán)限。（10）在車站控制室的監(jiān)控工作站上，所有的報警信息具有聲光報警，并有故障確認功能：系統(tǒng)有數(shù)據(jù)、時間、確認和處理等記錄。（11）在火災(zāi)發(fā)生時，按照消防的要求在照明配電室切斷與消防無關(guān)的電源的。（12）監(jiān)視車站大系統(tǒng)水系統(tǒng)的參數(shù)及相應(yīng)冷站設(shè)備的支行參數(shù)和狀態(tài)，實現(xiàn)對車站大系統(tǒng)的控制

15、。（13）控制器可對車站級大系統(tǒng)空調(diào)設(shè)備進行運行模型的焓值控制和優(yōu)化控制。（14）當供電電源中斷后，控制器將根據(jù)規(guī)定的情況停止相關(guān)設(shè)備操作，當電源的恢復(fù)供應(yīng)后，控制器即時自動根據(jù)適當程序重新啟動。（15）當設(shè)備“冷”開啟后，控制器可收集到相關(guān)監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)。（16）系統(tǒng)自診斷程序可以監(jiān)視每一個模塊、UPS和網(wǎng)絡(luò)的運行情況，當出現(xiàn)故障時發(fā)出報警。同時將故障的信息傳達至車站設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控工作站。（17）就地級PLC控制器能對單臺設(shè)備進行就地控制。就地級控制箱RI/O實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)視信息的采集、信號的轉(zhuǎn)換和控制信號的輸出。3.系統(tǒng)運營控制3.1控制軟件介紹西安地鐵2號線監(jiān)控系統(tǒng)軟件由南瑞公司開發(fā)，該軟

16、件具有模塊化、易擴充性、分布式體系結(jié)構(gòu)等特點，某一任務(wù)的故障不影響其他任務(wù)的正常執(zhí)行，其主要包括以下功能：（1）基于事件的處理；（2）支持10M/100M以太網(wǎng)連接；（3）自動采集、儲存、顯示歷史數(shù)據(jù)，顯示過程趨勢；（4）具有趨勢顯示工具，支持實時及歷史趨勢圖在同一畫面顯示；（5）具有報警及信息管理，提供報警區(qū)域選擇、報警過濾等功能；（6）具有時實故障滾動畫面；（7）時間事件及間隔的數(shù)據(jù)抽取；（8）靈活的報表功能，支持實時報表、打印功能；（9）數(shù)學及邏輯運算和擴展編程功能；3.2現(xiàn)場控制管理BAS現(xiàn)場控制級由主、從PLC控制器（均冗余配置）、RI/O、各類通信轉(zhuǎn)換接口模塊、現(xiàn)場總線、各類變送器

17、和調(diào)節(jié)閥、不間斷電源（UPS）等組成。（1）可現(xiàn)場設(shè)置控制器通過低壓智能模塊可以對隧道風機、軌道排熱風機、相關(guān)風閥、電動蝶閥、新風機、送風機、回/排風機、排煙風機、組合式空調(diào)機等設(shè)備進行監(jiān)控、啟停等管理。（2）設(shè)置熱焓值，對車站通風空調(diào)設(shè)備進行運行模式的優(yōu)化控制，從而達到節(jié)能的目的。（3）通過與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的通信接口，將車站被監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)、報警信號及測試點數(shù)據(jù)及時送至綜合監(jiān)控系統(tǒng)，并接受中央級和車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)下達的各種監(jiān)控指令。（4）火災(zāi)情況下，通過與FAS的通信接口接受FAS的指令控制車站通風空調(diào)及相關(guān)設(shè)備轉(zhuǎn)入災(zāi)害模式下運行，從火災(zāi)模式到正常模式的轉(zhuǎn)換，需現(xiàn)場確認并手工操作。（5）可

18、設(shè)置現(xiàn)場變頻器來實現(xiàn)組合式空調(diào)機、回排風機、軌道排熱風機進行監(jiān)控及管理。（6）電梯通過硬線方式，經(jīng)RI/O及現(xiàn)場總線連接到BAS控制器，實現(xiàn)對電梯運行狀態(tài)的監(jiān)視以及對電梯緊急情況下的運行控制。（7）照明、導(dǎo)向設(shè)備、二通調(diào)節(jié)閥及各類變送器，通過硬線方式，經(jīng)RI/O及現(xiàn)場總線連接到BAS控制器，從而實現(xiàn)對環(huán)境參數(shù)的采集和對照明、導(dǎo)向設(shè)備及二通調(diào)節(jié)閥的監(jiān)視、控制及管理。（8）給排水水泵通過硬線或通信方式，經(jīng)RI/O連接到BAS控制器，從而實現(xiàn)對水泵的運行狀態(tài)的監(jiān)視、設(shè)備故障和水位的報警以及緊急情況下通過設(shè)置在IBP盤上的按鈕對區(qū)間排水泵的遠程手動緊急啟動控制。（9）BAS在相關(guān)設(shè)備、管道、公共區(qū)、設(shè)備用房設(shè)置各類變送器，并通過RI/O實現(xiàn)對相關(guān)環(huán)境參數(shù)信息的采集。A.室內(nèi)溫、濕度變送器分別設(shè)置在站廳和站臺墻壁或天花板、設(shè)備管理用房墻壁上，用于測量各位置的環(huán)境溫度、濕度。B.風管式溫度、濕度變送器分別安裝于各類風道和風室，用于測量空氣的溫度、濕度。C.CO2濃度變送器設(shè)置在站廳和站臺天花板上，用于測量站廳、站臺空氣環(huán)境的CO2濃度。3.3控制優(yōu)化（1）照明控制優(yōu)化。在車站正式運行后，通過運營管理人員長時間的統(tǒng)計和分析?？梢灾贫ㄒ粋€更為合理的車站照明管理模式。比如對公共區(qū)不同區(qū)域?qū)庹盏男枨?，可以適當?shù)脑黾踊驕p少照明燈具的投入數(shù)量，或者廣告照明的開閉時間。（2）通風、空調(diào)