地铁?BAS?系统建设方案研究

2020-03-02王孟强

现代城市轨道交通 2020年2期

王孟强

摘要：地铁机电系统繁杂，需要通过环境与设备监控系统（BAS）對其进行设备信息采集和监控管理，因此，BAS 在地铁建设中显得尤为重要。通过对地铁行业 BAS 功能、组网方案、与综合监控系统接口集成方案、与机电专业接口方案的研究和分析，同时结合国内地铁已开通线路的运营情况，总结 BAS 在地铁行业的建设方案。

关键词：地铁;监控管理;BAS系统;建设方案

中图分类号：U239.5;TP29

我国城市轨道交通的发展于20世纪末期开始规模化、高速化，随着城市轨道交通建设时代的到来，基于计算机及网络技术的各类自动化系统迅速进入到轨道交通行业。环境与设备监控系统（BAS）作为轨道交通行业风、水、电专业的控制“核心”及“大脑”，承担着车站机电设备集中监控管理，及紧急情况下控制通风及照明等系统进行消防排烟和应急疏散的重任。

1 BAS 简介

BAS是对地铁车站内的通风系统、空调系统、冷水系统、给排水系统、公共照明、广告照明、区间照明、应急电源、自动电扶梯、人防门等专业进行集中监控和管理的系统。对全线车站、区间隧道、停车场和车辆段环控设备及其他机电设备进行全面、有效地自动化监控及管理，确保设备处于高效、节能、可靠的最佳运行状态，创造一个舒适的地下乘车、候车环境，并能在火灾、阻塞等灾害事故状态下，更好地控制车站设备的正常运行，保证乘客安全。

地铁BAS由中央级系统、车站级（包括各车站、物业区域、车辆段、停车场）系统、现场级系统、全线传输网络系统、维修管理系统等组成。在车站、区间隧道、车辆段及停车场等地设置现场控制级BAS设备，BAS在站内单独组网，接入本站综合监控系统网络，并通过综合监控骨干网络，形成连接控制中心的全线监控网络。

地下车站通常在大、小里程端的环控电控室各设置1套冗余可编程逻辑控制器（PLC），通过智能低压（MCC）接口，分别采集两端环控设备状态信息。高架站由于环控设备较少，只在大里程端设置1套冗余PLC，以保证系统运行稳定。物业区域、停车场和车辆段的BAS一般不参与消防疏散，因此只设1套非冗余PLC。

2 BAS 组网方案

BAS组网方式主要分为双总线和光纤以太网（单环网/双环网）2种建设方案。双总线为早期地铁BAS系统的建设方案，如广州地铁3号线北延、4号线、5号线，西安地铁1号线、2号线、3号线等线路;近期建设线路如广州地铁6号线、7号线、9号线、11号线，厦门地铁1号线、2号线、3号线等线路，其BAS系统采用光纤以太网建设方案。下面对这2种方案进行简要分析。

2.1 双总线组网方案

双总线方案（图1）中，车站大端及小端各配置1套冗余PLC，车控室紧急后备操作盘（IBP盘）设置1套非冗余PLC，车站内PLC控制器通过双总线将现场远程模块控制箱（RI/O）连接，分别对车站两端的机电设备（通风空调系统、冷水系统、电扶梯、低压照明、给排水等正常和火灾情况下合用的设备）进行监控管理。车站火灾自动报警系统（FAS）主机与车站BAS通过通信模块连接，火灾情况下，FAS向BAS下发火灾模式指令，车站BAS控制器按照预定程序，控制相关设备转入灾害工况下运行。

双总线组网方案特点是采用传统的总线方式进行通信，方案成熟、可靠性高、实时性好、通信设备成本较低。通信介质可采用屏蔽双绞电缆或同轴电缆，西门子Profibus-DP总线协议在无中继下最高通信速率可达12Mbps（通信距离100 m内），罗克韦尔（AB）Controlnet总线协议在无中继下最高通信速率5 Mbps（通信距离1km内）。此方案缺点是网络不易扩展，如有新增监控对象，需要对网络进行重新规划，重新扫描刷网，影响既有网络运行。

2.2 光纤以太网单环网组网方案

光纤以太网单环网组网方案（图2）中，车站两端各配置1套冗余PLC，两端PLC控制器通过光纤以太环网将各类RI / O、具有智能通信口的现场设备、就地现场小型控制器等设备统一接入。其他可提供标准以太网口的被控专业设备，如智能低压通信管理器、冷水机组控制器、防淹门控制器、给排水泵控制器等也直接接入该以太环网，与BAS冗余主、从PLC进行通信，实现BAS对车站各机电设备的监控和管理。

单环网组网方案特点是采用全以太环网的方式进行通信，可实现“一网到底”，大大加强对底层设备的远程“透明”维护功能。网络扩展性强、自愈能力强，通讯介质为光纤以太网，采用工业以太网标准协议，通讯速率可达100 Mbps。此方案的缺点是当环网上出现2个故障点时，部分监控设备信息会丢失。车站局域网网络构建需采用数量较多的交换机设备，成本较高。

2.3 光纤以太网双环网组网方案

光纤以太网双环网组网方案（图3）中，车站两端各设1套冗余PLC，A、B端PLC与本端RI / O箱组成独立的光纤环网。A、B端通讯采用光口交换机实现A端主PLC与B端主PLC通信，A端备PLC与B端备PLC通信。现场被控设备通过两端的远程I / O采集状态信息。FAS通过通信模块与BAS连接，由于区间泵房距离车站较远，区间水泵的远程I / O箱通过单模光纤连接至车站站台远程I / O箱中的交换机。

双环网组网方案特点是A、B两端采用2个光纤以太环网的方式进行通信，两端设置的冗余PLC各自监控单端的环控及机电设备，稳定性高，网络可扩展性和自愈能力较强，通信速率可达100 Mbps。其采用标准工业以太网协议，单端PLC设备故障时不影响另一端设备监控。缺点是当一端主备PLC均故障时（此情况出现的概率较小），部分设备监控信息会丢失。

3 BAS 与综合监控系统接口集成方案

国内大部分地铁车站级BAS，通过以太网接口与综合监控系统连接通信，利用综合监控系统的传输骨干网将车站各机电设备状态信息上传至控制中心（OCC），由中央级BAS（界面集成在综合监控系统）进行集中管控。车站级BAS与综合监控系统接口主要分为以下2种集成方案。

（1）综合监控系统在车站大端与BAS进行通信集成。BAS通過在车站车控室端PLC设置的4块以太网卡（主备PLC各配置2块），分别与综合监控系统的A、B骨干网交换机连接。此方案的特点是综合监控系统与主端BAS系统的PLC进行通信，从端PLC将机电设备信息传送给主端PLC，由主端PLC将全站机电设备信息上传给综合监控系统。BAS与综合监控系统的4条通信链路可保证足够的传输冗错性，任意3条链路出现故障，都不影响数据的正常传输。目前国内大部分地铁综合监控系统按照此方案进行集成。

（2）综合监控系统在车站两端与BAS进行通信集成。BAS在车站两端各设置1套非冗余PLC，分别与车站综合监控系统的A、B骨干网交换机通信。此方案的特点是两端BAS的PLC互为冗余，两端PLC将全站的远程I / O全部组网，通过现场I / O采集全站机电设备信息，综合监控系统与两端PLC进行通信。此方案的特点是两端PLC分别采集全站机电设备信息，任意一端PLC出现故障，另一端PLC可以将全站机电设备状态信息上传给综合监控系统。从投资的角度考虑，此方案可以减少一半PLC设备，节省投资。

以上2种方案在技术上均可行，方案一的缺点是当任意一端冗余PLC同时出现故障时（概率极小），车站的部分机电设备监控信息会丢失。方案二的缺点是有些品牌PLC产品的冗余模块不支持长距离（3 m以上）冗余，另外两端PLC出现冗余切换的几率较高，对于综合监控系统稳定性要求较高。

4 BAS 与机电专业接口方案

BAS与机电专业接口分为硬线接口和通信接口2种类型，这2种接口类型各有优缺点。

给排水、电梯、低压照明、风机等专业与BAS采用硬线接口方式。硬线接口特点是点对点通信，通信质量非常稳定，调试简单，但通信距离有限，监控信息点位有限，现场需敷设大量控制线缆，成本较高，对于监控点位较多的专业不太适用。

冷水机组、变频器、扶梯、智能照明、多联机集控器等专业与BAS采用通信接口方式。通信接口的特点是监控信息点位较多，节省电缆，增加监控点位比较容易，但易受到现场环境电磁干扰，通信质量不稳定，需要增加光电隔离和抗电磁干扰等措施保证通信质量。

5 结论与展望

国内大部分地铁BAS系统均是通过综合监控系统骨干传输网络进行组网，这样既可以节省投资，又能提高网络的稳定性与可靠性。从建设成本、后期运营维护管理及网络安全角度分析，BAS在车站配置1套冗余PLC的建设方案完全可行。对于BAS与各机电系统的接口通信方式，在保证现场通讯质量的情况下，采用RS485通信方式，BAS可以采集更多的设备运行参数，同时为运营提供更多的设备维护信息。

另外BAS通过站内设置的温湿度传感器，对公共区温度进行实时采集，及时对车站内的环境温度进行适度调节，提高客流高峰期间车站内环境的舒适度，为乘客提供更高质量的服务，未来BAS系统将在地铁节能控制方面发挥更大作用。

参考文献

[1]陈青云.地铁BAS系统不同组网方案对比研究[J].现代城市轨道交通，2016（3）：33-36.

[2]徐明杰，杨延晖. 广州地铁车站设备监控系统（BAS）[J]. 地铁与轻轨，1996（1）：30-32.

[3]魏晓东.城市轨道交通自动化系统与技术 [M]. 北京：电子工业出版社，2010.

[4]张劭，陈晓东. BAS系统在地铁环境控制中的应用及实现[J]. 地铁与轻轨，2003（5）：30-37.

[5]曲立东. 城市轨道交通环境与设备监控系统设计与应用[M]. 北京：电子工业出版社，2008.

[6]北京和利时系统工程有限公司.广州地铁五号线 EMCS 用户需求书[G]. 北京：北京和利时系统工程有限公司，2010.

[7]李斌，许岗，王明辉.大型交通枢纽BAS系统可靠性分析[J].现代城市轨道交通，2009（1）：19-22.

[8]王建文.论城市轨道交通新一代综合监控系统的发展趋势[J]. 城市轨道交通研究，2014，17（06）：23-26.

[9]GB 50157-2013 地铁设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社， 2013.

[10] GB 50636-2010 城市轨道交通综合监控系统工程设计规范 [S].北京：中国计划出版社，2010：7-16.