刍议轨道交通BAS关键技术

2023-09-15刘超

数字通信世界 2023年8期

刘超

（北京市轨道交通建设管理有限公司，北京 100068）

1 轨道交通BAS功能分析

1.1 监视功能

运营管理人员可基于BA S人机交互界面实时了解轨道交通环境参数及设备运行情况，以此实现对轨道交通环境与设备的实时监测。若出现环境参数、设备运行异常情况，BAS会及时发出预警，提醒运营管理人员及时排查处理，与此同时，BAS内部故障辅助决策程序自动运行，如图1所示。在轨道交通运行期间，BAS异常故障报警主要有三种情况，即开关量设备动作报警、设备状态异常报警、模拟量设备越限报警，若经算法程序运算分析后最终确定存在故障问题，则会按照图2所示流程展开动态调整[1]。

图2 故障异常动态调整示意图

1.2 控制功能

BAS可对车站设备进行控制，运营人员可根据轨道交通车站具体情况控制单体设备，或调节设备时间表，且可借助算法程序对设备焓值进行自动化控制。BAS具有模式控制功能，可对车站某机组设备进行控制，在实际控制管理过程中，BAS显示设备运行可视化界面，此时运营人员可根据可视化界面完成控制操作，通过可视化界面选定设备并调节其参数，操作控制指令经工作站传输后到达PLC控制中心，而相关设备则会在PLC控制下完成相应操作[2]。

1.3 显示功能

BAS界面能够可视化呈现地铁系统内各项设备的运行状态、运行参数、警示信号等信息，地铁运行管理人员则可根据界面显示内容对环境、设备进行控制。在BAS界面显示的内容主要包括设备分区信息、控制模式信息、设备统计信息、模式运行信息等。

2 基于轨道交通工程实例的BAS关键技术分析

2.1 实例概况

为阐述轨道交通BAS关键技术研究的现实意义，本文选取北京轨道交通某号线工程为例展开分析。该轨道交通工程为北京市第一条100 k m/hGoA4全自动化运行地铁线路，现已建成7座车站，全长15.8 km，采用8节编组A型列车。该列车应用双网控车技术，设置智能监测系统（3C弓网监测、走行部在线监测）、智能障碍物检测、脱轨检测等系统[3]。

2.2 BAS总体方案

轨道交通BAS具有三级控制体系，即就地控制、车站控制、控制中心控制，能够实现车站到控制中心的全过程管理。依托三级控制体系，将BAS设置为三层结构，即现场级设备网络、车站级BAS、控制中心级BAS，借助该BAS结构可对轨道交通车站防排烟设备、隧道通风设备、通风空调、空调水系统设备、给排水设备、自动扶梯、照明设备（广告照明、应急照明、指导性照明标志等）进行管理控制[4]。

2.3 现场控制系统选型

而结合现阶段自动化控制系统设计与应用情况来看，多采用PLC可编程控制系统、DCS分散控制系统、DDC直接数字控制三种方式构建BAS，案例轨道交通工程为确保所构建的BAS符合实际情况，对三种现场控制系统进行对比（详见表1），通过综合比选最终选定适宜的现场控制系统。根据表1所示的三种控制方式的差异，可发现DDC直接数字控制系统不适用于地铁运行环境，而在城市轨道交通运行体系内，BAS主要用于监管控制终端设备、开关量，PLC可编程控制系统应用效果高于DCS分散控制系统，因此，案例轨道交通工程以PLC可编程控制系统为基础搭建BAS。

表1 三种现场控制系统指标对比

2.4 车站PLC布置方案

当前城市轨道交通工程中，多采用单端冗余主控制器、双端冗余主控制器两种方式布置PLC。其中单端冗余主控制器方案如下：准备工业级冗余PLC控制器，将其设置于城市轨道交通车站大端环控电控室内，借助总线连接IBP控制器、RI/O与PLC冗余控制器。该方案可实现集中监管，编程便捷，且经济性高的，资金投入少，但具有较长的现场总线，需结合车站整体情况展开集中调试。双端冗余主控制器方案同样建立在工业级冗余PLC控制器基础上，将其分别布设在大端、小端环控电控室内，该方案可靠性较高，但所需的资金投入成本较高[5]。两种方案的具体对比情况可见表2。经综合分析后，考虑到该北京地铁线路为8A编组列车，规模较大，为保障地铁运行安全平稳，保障BAS可靠性，故最终选用双端冗余主控制器方案。

表2 PLC布置方案对比

2.5 系统控制器组网

经对比分析，最终选用双端冗余主控制器方案，即准备两组工业级冗余PLC控制器布设在车站两端，将其作为BAS现场级枢纽，而在布设PLC控制器时，具有两种组网方式。

（1）组网方案A：“双总线+光纤双环网”。由车站两端PLC控制器构建光纤以太网，车站两端PLC控制器与IBP盘控制器、综合监控系统连接，同时，车站两端PLC控制器采用双总线网络方式与RI/O连接。以该PLC控制器组网方式构建的以太网通信速率较高，以TCP/IP为通信协议，可保障通信效果，此外，采用该方式所形成的PLC控制器组网结构清晰，但网络复杂程度高，且存在一定的系统调试难度。

（2）组网方案B：全以太环网。采用环形光纤以太网的方式布设车站两侧PLC控制器，控制器连接方式与方案A一致，车站两端PLC控制器与IBP盘控制器、综合监控系统连接，同时，车站两端PLC控制器采用以太环网络的形式与RI/O连接。在该方案下，轨道交通现场级、车站级BAS网络均由以太环网构建而成，以TCP/IP为通信协议，通信速率较高。在国内城市轨道交通工程中，两种组网方式均得到了广泛应用，但考虑到全以太网是未来主流的组网方式，故在北京某轨道交通工程中，选用全以太环网方式设置PLC控制器。

2.6 BAS功能设计

可将轨道交通BAS划分为三个等级，以下分别分析三个层级BAS的功能。

2.6.1 控制中心级功能

控制中心级BAS主要用于实现轨道交通环境与设备的综合监控，其功能如下。

（1）对轨道交通时间表、全线模式、运行参数、机电设备运行工况、设备状态信息进行管理控制，结合轨道交通实际运行需求调整机电设备，并对设备状态信息展开处理，用于满足城市轨道交通环境与设备监管要求。

（2）可视化显示各车站分区的设备运行状态信息，并可显示暖通工艺图、车站系统图、车站控制方式、模式运行等，便于轨道交通运营调度人员全方位了解车站环境及设备状态。

（3）控制中心级BAS还具有模式控制、单点控制、远程控制、时间表调度等功能，运营人员可基于自身权限调控设备。

2.6.2 车站级功能

车站级BAS具备监控指令、运行指令下达传递的功能，轨道交通运维调度人员根据BAS信息数据采集监控情况制定决策并下发指令，指令经车站级BAS传递至车站操作站，执行中心人员根据指令内容编制运行方案，结合轨道交通实际情况调整环境与设备参数及工况，以此实现对轨道交通设施的监管与控制。车站级BAS的监控内容主要包括设备运行状态、数据参数、设备动态图示等，且轨道交通运维调度人员可根据实际需求打印图示与报表。从控制功能角度来看，通过车站级BAS能够实现设备运行模式控制与参数调节控制。

2.6.3 现场级设备功能

（1）借助各类传感器装置对城市轨道交通车站内二氧化碳浓度、室外温度、车站温湿度等环境参数进行采集统计，根据现阶段车站内具体环境条件调控通风空调等设备的运行模式。

（2）现场级BAS与火灾自动报警系统连接，一旦火灾自动报警系统发现安全隐患，该火灾隐患信息将会传递给现场级BAS，此时现场级BAS控制功能会发挥作用、自动开启事故照明、导向照明、通风空调等相关设备设施。

（3）借助现场级BAS能够对隧道风机进行调控，使隧道风机进入阻塞排烟、通风等模式。

（4）可根据轨道交通行车方案及运行规律调控隧道通风模式。

（5）现场级BAS可接收来自车站级BAS的相关指令，根据指令内容单点控制具体设备。

（6）可对BAS接口设备进行调控，确保接口设备满足轨道交通BAS通信要求，使各类信息均可顺利输入、输出。