AB系统在重庆地铁6号线BAS项目中的应用

崔成剑 徐强 祁健

国电南瑞科技股份有限公司,南京 210061

AB系统在重庆地铁6号线BAS项目中的应用

崔成剑 徐强 祁健

国电南瑞科技股份有限公司,南京 210061

本文主要介绍了重庆地铁6号线BAS项目的系统架构以及功能的实现等技术要点，并结合地铁BAS系统的控制要求，总结了几种BAS常用的控制方式。

BAS；AB PLC 模式；时间表；焓值

一、项目简介

重庆地铁6号线是重庆市建设的一条自西北向东南贯穿重庆主城区的主干线，一期工程线路总长23.684km，全线共设16座车站（其中地下站12座，高架站4座）；另设1座主变和1座车辆段，控制中心与一、三号线合设于两路口站。BAS作为深度集成的系统，集成到综合监控系统中，BAS的PLC采用的是Rockwell公司的Controlgix系列的产品。

二、BAS工艺概述

环境与设备监控系统即BAS(Building Automatic System）系统在有的城市也被称为EMCS（Electrical and Mechanical Control System）。

BAS系统对重庆地铁6号线一期16个车站及停车场、车辆段的暖通空调系统、给排水、低压配电与动力照明系统、导向系统、智能照明系统、电梯及自动扶梯系统、车站事故照明电源等车站设备进行全面、有效的自动化监控及管理，确保设备处于安全、可靠、高效、节能的最佳运行状态，并能在火灾或阻塞等灾害状态下，更好地协调车站设备的运行，充分发挥各种设备应有的作用，保证乘客的安全和设备的正常运行，达到营造舒适环境、降低能源消耗、节省人力、提高管理水平的目的，全面满足城市轨道交通运营管理的需求。

三、BAS系统构成

1. 整个项目中的硬件配置

1）PLC的型号

在车站A、B两端的环控电控室内分别设置两套ControlLogix系列1756-L61冗余PLC 作为控制器。ControlLogix系列PLC为先进的工业级产品，且是该品牌中的高端产品。主要设备如下表：

2）远程IO模块

采用标准、成熟、可靠、稳定的FLEX系列远程I/O模块，与PLC控制器同为Rockwell自动化产品，以保证整个PLC系统的完整性和稳定性，一个ControlNet网络模块1794-ACNR15下最多带8块I/O模块。

3）现场总线

采用冗余ControNet现场总线，主要用来完成远程IO 以及第三方协议转换模块与PLC 主站的通信。一个ControlNet网络只有2节点时最远1000m, 48节点时最远250 m，每增加一个节点，距离缩短16. 3m，最大节点数为64，采用光纤中继时，两节点之间距离不计。

4）协议转换模块

①1788-CN2DN模块：将ControlNet协议转为DeviceNet协议，与环控电控柜内配置的马达保护器E3或E3 Plus通讯，从而实现对风机的监控。

②AB7006模块：HMS公司专为AB产品开发的将RS485协议转为ControlNet协议的第三方模块，通过它实现与带智能接口的设备或系统通信，如智能照明、冷水群控机组、电扶梯、EPS等。

2. 系统网络构成

BAS系统在车站内的网络可分为三级，分别为：车站级、子系统级（即BAS级）、现场级，以下按这三级分别进行描述其网络构成、网络功能、网络特点等。

（1）第一个是车站级工业以太网，车站A端的冗余PLC配置的第三块以太网卡，接入车站级环网，网络配置由ISCS主体系统完成。备注：重庆6号线一期BAS系统A端PLC配置3块以太网模块，B端PLC配置2块以太网模块，IBP PLC配置2块以太网模块

（2）第二个是A、B两端PLC与IBP盘PLC之间的以太网，由A/B端冗余PLC和IBP盘PLC的每个机架上的前两块以太网卡以及A/B端的两个交换机组成。

（3）第三个网络系统是现场级网络，由BAS系统负责配置，在A/B端冗余PLC中各配置了一块ControlNet网络控制器1756-CNBR，远程RIO箱配置的ControlNet网络适配器，各个AB7006、1788-CN2DN通过冗余ControlNet总线实现各远程IO箱、各带智能通讯接口设备与PLC的通讯。

特别要注意的是ControlNet网络严格受连接数的限制：CNBR的数量×2＋AI模块数量＋AO模块数量＋ControlNet网络模块数量＋AB7006数量＋CN2DN数量< 64。

在环控电控室A端的冗余PLC机架内向上通过1块以太网模块（第3块）接入车站级交换机，向下通过冗余ControlNet总线连接远程RIO和通讯模块，实现了数据的有效隔离。A端PLC、B端PLC以及IBP盘之间的通讯通过冗余光纤环网实现。

高架站结构相当于地下站的A端结构，典型地下车站BAS系统结构示意图如下：

图1

四、BAS系统实现的功能

1. 冗余网络功能

该BAS系统A、B端以及IBP盘处分别有2块以太网模块，与A/B端的4个光纤交换机分别相连（见典型地下车站BAS系统结构示意图），构成双以太光纤环网，因此不会因为单点或任意两点间网络故障，造成三者间的数据通信出现中断。

A端冗余PLC机架上分别有一块以太网模块向上与ISCS系统相连接，由于AB PLC冗余时这两块以太网模块的IP地址可以分别人为设置成两个不同的IP段，所以BAS与ISCS的通讯构成了冗余的网络。

2. 信息采集功能

BAS系统对现场各类传感器数据以及机电设备的运行状态、故障报警信息等进行实时采集、处理，以便及时准确的处理各类突发事故。

3. 控制功能

BAS系统的被控对象是车站的各种机电设备，BAS系统通过下述控制功能实现对这些设备的控制：

（1）单体设备控制

单体设备控制功能在所有权限里优先级是最低的。车站BAS系统对单体设备的控制方式，由ISCS、BAS维修工作站以及现场触摸屏实现。BAS系统接收这些操作指令并根据连锁条件控制单体设备的启停。其触发方式由操作人员人工完成，车站BAS系统具体执行控制任务，并进行设备连锁逻辑判断。

（2）模式控制

属于一种特定的设备组控制。模式的定义是根据工艺设计要求而形成，其触发有两种方式：人工触发（HMI，IBP）和自动触发（FAS系统、时间表）。正常模式的执行流程如下：

图2

BAS系统可以实现对本站所有模式及相关设备的监控与操作功能。正常模式的状态分为：未启动、执行中、执行成功和执行失败。模式执行时间结束后，根据该模式中设备状态是否符合模式要求，判断模式的执行结果为成功或失败。

图3

所监视的模式分类如下：

正常工况模式（含夜间停机模式）

火灾工况模式：火灾自动报警系统(即FAS系统)具有控制优先权，FAS系统向BAS系统传送已经人工确认的火灾报警对应的模式指令，此时车站综合监控系统（即ISCS系统）停止命令发送，BAS根据火灾模式指令启动相应的火灾模式。

阻塞工况模式

模式控制HMI界面如下图所示：

（3）焓值自动控制

主要是面向车站空调系统设备的一种控制方式。BAS将实时检测车站的空气参数并进行焓值运算，根据室内外焓值和温度，确定空调运行工况，实时控制空调设备的运行，如控制空调新风机的运行，控制各种风阀的开关，控制冷水机组的启停等。

焓值控制分为暖通空调系统和冷水系统，暖通空调系统的焓值控制在南、北端的PLC 中完成。对每一个车站的同一个空调空间，作为一个监控对象进行环境温度控制，即对车站大系统按照同时控制车站两端的空调系统处理，作为一个控制对象，如下图所示：

控制回路根据回风温度对车站大厅和站台的室温进行PID调节，使室温稳定在设计水平上。调节系统方框图如下：

将回风温度作为反馈量，与设定值比较经PID输出，作用于执行器（风机变频器），调节风量，从而及时控制站厅（台）的室温达到规定值。

由于冷水系统的被控制设备，自成系统，均接在冷水机房的空调群控专用PLC中，因此冷水系统的焓值控制在空调群控专用PLC中完成。

（4）时间表控制

重庆6号线在正常运营时，每日所有BAS设备的启停等控制均由综合监控系统（即ISCS）的BAS时间表功能实现。

时间表管理的主画面如下图所示：

编辑好的时间表可以被操作员保存，以及下发。

需要指出的是，ISCS与BAS主PLC间在下发/读回过程仅使用一张完整的时间表；每个车站的BAS主PLC控制器将保持住ISCS下发的最新一张时间表，并执行最新的时间表。

BAS时间表的内容设计为各个子系统的模式号及其启动时间。如下图：

根据BAS子系统（Subsystem）的划分，每一张时间表被分成若干个部分（根据设计院的详细资料确定，一般为通风大系统、通风小系统、空调水系统和照明等）。

时间表作为BAS控制设备在正常情况下运行的控制输出，它以设备、设备组或系统为单位，确定设备在某段时间内的运行状态。BAS系统根据当前的时间表执行相应的模式。车站操作员可以选择设备的控制方式。时间表的控制优先级低于模式控制和手动控制。

BAS系统支持多种时间表（包括工作日、周末、节假日、夜间等）的运行，同时在BAS维修工作站上可以监控任何一个时间表。BAS系统同ISCS的通讯为CIP协议，ISCS将时间表下载到BAS PLC中，BAS根据当前的系统时钟计时，自动判断并执行时间表内的相应模式号输出，控制模式的执行。

（5）与FAS的联动控制

BAS系统与FAS系统的联动在所有的控制权限里优先级别是最高的。BAS系统同FAS系统的通信是通过第三方协议转换模块（AB7006）进行的，当收到FAS报警数据后，根据收到的数据（二者事先定义对应的模式），BAS系统开始执行相应的火灾模式。此后，BAS系统不再接收任何操作指令，直到FAS报警信号复位。

（6）多控制点功能的实现

BAS系统控制权分为五级控制，就地控制箱、IBP盘、ISCS、BAS维护工作站、现场触摸屏。每个控制点的控制级别由高到低排列。每个可控制设备都有这五个控制级，在编写程序时需要对设备控制点进行判断。

五、应用体会

目前该项目正顺利进行当中，笔者觉得AB产品有不少使用起来比其他系统方便的地方,比如AB强大的通讯功能，方便的标签名编程等；但也遇到了一些不便的地方：比如ControlNet网络受节点数、连接数的限制等。

邓李.ControlLogix 系统实用手册.机械工业出版社.2008

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.15.033