成都地鐵2號線BAS設計與實施概述

陳 佳，胡 陽

（深圳達實智能股份有限公司，廣東深圳 518057）

1 概述

成都市屬亞熱帶濕潤季風氣候區，氣候溫和、四季分明、無霜期長、雨量充沛、日照較少。多年年平均氣溫為16.2℃，年極端最高氣溫為37.3℃，年極端最低氣溫為-5.9℃。夏季大氣壓：947.7 hPa；冬季大氣壓：963.2 hPa；海拔：505.9 m；夏季室外空調計算干球溫度：31.6℃；夏季室外濕球溫度：26.7℃；夏季室外通風溫度：29℃；夏季室外計算相對濕度：69%；夏季室外平均風速：1.3 m/s。

2 BAS結構設計

成都地鐵2號線一期環境與設備監控系統（BAS）包括2號線20個車站、車輛段與綜合基地，BAS網絡采用分層分布式現場總線（Control?Net）結構，由PLC控制設備、現場傳感器和維護終端等組成。監控的對象包括車站通風空調系統設備、給排水設備、自動扶梯、照明設備、導向標志和車站事故照明電源等設備[1-2]。

BAS系統根據控制地點不同，分為現場控制、車站控制和中心控制。由車站實現各系統功能基礎上，分配權限給中心，中心具有集中管理的權限。控制優先級由高到低分別為：現場控制—車站控制—中心控制。

按照車站的特點，車站BAS底層系統分別設置兩套對等冗余的監控子系統，即車站A端BAS監控子系統，車站B端BAS監控子系統。以書房站為例，A、B兩端及IBP各設置兩套小型工業以太網交換機組成BAS底層冗余工業以太環網，如圖1所示。

每端BAS的PLC程序獨立接收上位下發命令，經過邏輯處理后，發送邏輯結果給相關設備和接口，執行相應設備動作，并將監測到的執行狀態反饋給上位系統。

3 BAS模式控制

成都地鐵2號線BAS模式控制主要有以下三種類型[2]：

圖1 車站BAS網絡結構圖

（1）手動控制：可點擊界面設備對任一設備進行如啟停、開關等動作響應。

（2）模式控制：可分為正常模式控制、時間表控制、焓值控制、火災模式控制。

1）正常模式控制：進入模式控制狀態后，可對BAS系統根據需要下發相應模式號。只有具備操作權限的人才可以執行模式下發。

2）時間表控制：在界面菜單選者時間表控制選項，系統將依照定制的時間表模式內容，根據系統實際時間執行相關模式（注：站里時間與OCC中心時間時刻處于同步狀態）。

3）焓值控制：分大、小系統焓值控制。

4）大系統焓值：對新風溫濕度、回風溫濕度和站里溫濕度加權平均計算和獲得焓值數據，根據計算結果起動相應模式。

5）小系統焓值：以有人作業區的溫濕度加權數據為主要依據計算相應焓值，根據計算結果起動相應模式。

6）火災模式控制，根據響應的信號源不同，分IBP盤火災、FAS火災、BAS系統上位火災，在火災響應權根上：IBP盤火災>FAS火災>BAS系統上位火災。

（3）火災模式：依據空調設計模式操作表執行相應動作。

1）IBP盤火災：當IBP本地/遠程開關處于本地狀態時，IBP具有發火災命令權限，且為最高級別。

2）FAS火災：根所火災產生源的不同，BAS系統將響應其要求聯動的相關動作。FAS系統由手自動選擇，但處于自動狀態時BAS系統才響應其火災命令。

4 BAS與子系統接口

成都地鐵2號線BAS與其接口的子系統主要包括MCC、冷水系統（含冰蓄冷）和給排水系統等。

（1）MCC：BAS系統提供適應MCC表格的標準化程序，全線程序結構一致，同種設備控制類型一致，通訊接口方式實現一致。在控制方式上，設備單控采用脈沖命令值，即上位產生的單設備控制脈沖在BAS系統將最長存在2 s的時間，當監測到MCC接收命令響應時立即中止，實測BAS的PLC程序與MCC通訊完成時間為小于等于300 ms。模式控制上，采用持續發送模式命令，直到進入指定的模式為終止，在執行過程中可以采用撤銷模式命令進行模式撤銷操作。

（2）冷水系統：冷水系統（含冰蓄冷）提供了Modbus標準化接口，且具有相同的監控內容，在程序上也以標準化邏輯和點表實現，對冷水提供動一鍵啟停操作和時間段控制設定，同時設有火災和聯動接口。

（3）給排水系統：對水位只監不控，設備在自動狀態時，可強啟水泵，在程序實現上采用標準化邏輯，以設備標識位，區分給排水廠家所提供的B、C、D、E、F類水泵。

（4）其余系統如EPS、智能照明、廣告照明、二四類導向、電扶梯、區間電動蝶閥、疏散指示、自動扶梯導向、閘機導向在實現功能上與上述系統相似，采用Modbus標準化接口，都設有火災和聯動接口。

BAS控制系統針對各系統設備控制都做了余量預留，若要新增設備，如MCC，PLC程序可不做任何改動，在上位增加相應的設備即可實現控制。其他如果為硬點連接，則在程序里對新增加設備進行硬點連接，邏輯控制程序可不做修改，上位系統增加新設備即可完成。

5 BAS智能控制策略

（1）車站空調大小系統

圖2 車站空調大系統原理圖

圖3 車站空調大系統原理圖

成都地鐵2號線車站（以書房站為例）按建筑結構主要分為A、B兩端，每端均設置組合式空調、回排風機，獨立負責各自一側的環境溫度調節。在新風管、混風室、空調表冷器、送風管、回風管以及站廳站臺等位置設置溫濕度傳感器，獲取相應溫度及濕度值；在站廳和站臺有獨立的送排風支管道。車站公共區通風空調系統簡稱為車站大系統，其正常工況分為空調季節最小新風工況、空調季節全新風工況、非空調季節通風工況、夜間運行工況、早夜換氣工況及突發客流工況等[3]。空調大系統原理如圖2所示。

車站非公共區設備用房通風空調系統簡稱為車站小系統，其正常工況分為空調季節最小新風工況、空調季節全新風工況、非空調季節通風工況。空調小系統原理如圖3所示。

（2）大系統變風量調節

車站大系統的組合空調KT-I1和KT-II1、回排風機HPF-I1和HPF-II1均采用變頻控制，其調節的房間是站廳和站臺。使用變頻器后，風機可軟起軟停、減少設備機械沖擊、延長設備使用壽命和降低設備的維修費用。對風機采用變頻變風量運行控制，以車站溫度作為變風量控制目標。由現場控制器根據實際溫度與設定溫度的差異，決定風量調節的方向及幅度，由變頻器執行，風機變頻調速，實現變風量運行[3]。

由于采用變風量控制，為了減小運行能耗，應盡量避免過多地對變風量調節風閥的調節。各風閥只在空調模式變化時進行經驗值的開度百分比控制，而不進行頻繁的開度調節。

（3）大小系統PID調節

由于成都地鐵2號線BAS中冷水系統不需要BAS進行智能調節，所以其控制對象只要是空調變頻及冷水電動二通調節閥。大小系統空調通風采用PID智能調節，在正常模式、時間表控制和焓值控制狀態下PID調節可同時啟用。電動二通閥只有在新風狀態下的起調節作用，其PID采用定時調節，設定誤差大于空調風機頻率的設定誤差[4]。

針對電動二通水閥的機械調節特性，大系統、小系統的主要調節方式如下。

（1）大系統的PID調節采用先空調風機變頻，再調節電動二通閥開度的控制順序，待調節穩定后，再由變頻控制維持溫度，以避免對二通閥執行機構頻繁調節縮短使用壽命。大系統的電動二通閥屬于模擬量控制類型，具備調節特性。

（2）小系統的PID調節主要針對電動二通閥的開度進行調節，從而實現對空調給冷量的調節。待調節穩定后，設定一段等待時間后再進行下一次調節，以避免對二通閥執行機構頻繁調節縮短使用壽命。小系統的電動二通閥屬于開關量控制類型，不具備調節特性，但通過現場測試發現此電動二通閥具備以下特性：

1）開控制命令下發則閥門執行開動作至全開到位（開命令需保持）；

2）關控制命令下發則閥門執行關動作至全關到位（關命令需保持）；

3）開控制命令和關控制命令都不下發時，閥門維持在當前位置；

圖4 小系統電動二通閥PID控制邏輯圖

4）小系統電動二通閥的全行程（全關到全開/全開到全關）時間大約為120 s。

從以上特性分析，可以通過控制閥門開或關的行程時間，實現閥門開度的間接控制。故小系統水閥的調節原理實際如下。

BAS系統PLC根據小系統環境加權溫度進行PID運算，計算出當前小系統水閥的開度需求值（OV），BAS系統PLC根據開度需求值（OV）控制閥門開命令或關命令的時間值Ta，從而使水閥達到相應的開啟角度。由于水閥本身允許存在2%～5%的誤差，故時間值與開度量可近似看成線性比例關系。而每個小系統水閥的全行程時間根據口徑大小而不相同，在程序編制時將各口徑水閥的行程時間（Ts）固定預置后，再參與計算。小系統電動二通閥PID控制程序邏輯結構如圖4所示。

6 總結

成都地鐵2號線的BAS設計充分考慮了環境和氣候因素，BAS與其他子系統的接口遵循標準的MODBUS技術規范。在BAS的實施過程中，設計者以安全、舒適及節能為目的，取得了很好的工程效果。

［1］曲立東.地鐵車站BAS的結構設計［J］.都市快軌交通，2007（01）：83-85.

［2］蔣曉明，譚春林.地鐵中央空調節能控制［J］.機電工程技術，2013（7）：30-33，150.

［3］楊飛.地鐵環境與設備監控系統的設計［D］.合肥：合肥工業大學，2012.

［4］鄧元媛，蘇華.地鐵站變風量空調冬季工況節能研究［J］.四川建筑科學研究，2011（02）：265-268.

［5］徐軍.基于模糊PID的地鐵環控系統的設計［D］.合肥：安徽理工大學，2013.