PLC技術在城市軌道交通BAS系統中的應用

摘 要：文章介紹了PLC技術在城市軌道交通BAS系統中的應用情況，給出了系統結構、主要功能及主要技術指標。各項性能符合系統要求，具有應用推廣價值。

關鍵詞：城市軌道交通；PLC技術；環境與設備監控系統

1 概述

目前，我國已經有79個城市開展了城市軌道交通規劃，2020年，規劃總里程將達到1.4萬公里。截至到2015年底，國內城市軌道交通實現運營線路的總里程已經超過3000公里，城市軌道交通本身具有大運量、快速、準時、安全、占地面積小、環境污染少、運營成本低、舒適度高的特點，越來越受到人們的青睞。建設城市軌道交通已經成為我國大中城市解決交通擁堵，促進城市發展的有效途徑。

軌道交通環境與設備監控系統（BAS）是城市軌道交通綜合監控系統（ISCS）的重要組成部分，主要負責地鐵建筑物內的環境與空氣條件、通風、給排水、照明、乘客導向、自動扶梯及電梯、屏蔽門、防淹門等建筑設備和系統進行集中監視、控制和管理的系統。在發生意外情況如火災、地震等能快速進入防災運行模式，自動控制相關機電設備進入到緊急應對狀態，提高列車運行的安全性。根據地鐵環境自動控制車站及區間空調通風系統運行方式，降低了設備運行能耗，節約了運營成本，提高了旅客舒適度，為地鐵的安全運營提供了重要保障。

BAS系統應具有智能化、可擴展、調試維護方便等特點，能實現集中控制、分散控制，應具有中央級監控系統、車站級監控系統及現場控制級設備。PLC技術在BAS系統中的應用使系統功能更加完善，實現了遠程控制；增加了模塊擴展功能，直接與ISCS系統連接，與其他系統實現信息共享；自動控制設備運行，降低了運營維護成本，提高了系統工作效率。

2 系統構成

由于城市軌道交通BAS系統的重要性，需要實現控制中心遠程控制與現地控制相結合，智能化、自動化程度較高，提高了軌道交通運營的安全性與舒適性，其系統結構如圖1所示。主要包括由控制中心OCC環控工作站，車輛段維修中心及車站（停車場）站級BAS系統，各個系統間通過光纖傳輸鏈路相連，組成總線形或環形信息傳輸網絡，站級BAS系統向OCC控制中心工作站實時傳送故障自檢、設備狀態信息及運行信息，并接收執行相應控制命令。信息傳送速率通常為2Mbps，通過RS485接口與主機相連，BAS系統通過代計算機技術、PLC自動控制技術、軟件技術實現對車站各類機電設備的智能化控制。

站級BAS系統結構如圖2所示，BAS冗余PLC主控制器通過RS485接口與其他設備相連，通信協議為多點接口標準通信協議，接收BAS系統控制指令的同時向BAS系統傳輸設備運行狀態信息。

在車站控制室內，由2臺S7-400型PLC主機構成BAS系統車站主控制器，通過現場數據總線接收來自于設備的運行狀態信息，接收控制中心OCC環控工作站的控制命令。

車站綜合監控設備由主機、顯示器、鍵盤、鼠標、打印機等硬件與控制軟件組成，能及時接收主控制器相關數據信息，供車站值班人員參考保存。

站內數據傳輸網絡采用主備冗余形式，增加了系統的可靠性及安全性。站內局域網采用光纖交換機構成的雙以太自愈網，通信速率為10Mbps。采用光纖通信使系統的抗電磁干擾性能增強，做到了設備之間的電隔離，提高了系統的性能。

3 系統設備

3.1 PLC

控制中心OCC環控工作站控制器及車站級BAS控制系統PLC采用西門子公司生產的S7-400處理器模塊。S7-400采用模塊化無風扇設計，適用于可靠性極高的大型復雜控制系統。S7-400提供了多級別的CPU模塊和通用功能模塊，可靈活組合，自由擴展，具有運行速度高、存儲能量大、I/O擴展能力強、通信能力高、診斷功能全、電磁兼容性能好、抗震動抗沖擊能力強等特點，并且具有HMI服務，用戶可以通過HMI服務定義源和目的地址，自動傳送信息。S7-400采用STEP軟件編程語言，能夠實現在線編輯，就地進行被監控設備調試。

冗余模塊的設計是為了系統工作的可靠性，當一套PLC設備故障時，另一套PLC設備維持工作的穩定性和連續性。

S7-400處理器模塊主機通過使用MPI通信協議的RS-485接口，在不需要附加任何硬件、軟件和編程的前提下建立一個MPI網絡。采用FEPROM存儲卡，具有掉電保護功能，不會將數據丟失。

STEP軟件編程語言功能強大、使用方便其功能塊圖和梯形圖編程語言符合IEC61131標準，共有350條指令，適應城市軌道交通BAS控制系統的要求。

3.2 輸入/輸出接口模塊

模擬量輸入/輸出模塊SM334和SM335主要用于連接車站空調通風系統、隧道通風系統、給排水系統、照明系統等終端監控器的連接，用于采集終端監控器數據信息，并且向終端設備傳輸控制指令。

數字量輸入/輸出模塊SM232，輸入輸出均為16點，輸入輸出均為16點，額定電壓為DC24V，輸入電流為7mA，通過光耦合器與背板相連，采用晶體管型輸出電路，有電子保護功能，主要作為控制中心OCC環控工作站控制器與車站級BAS控制系統的接口使用。

3.3 通信網

BAS主系統采用TCP/IP協議，網絡傳輸速度為2Mbps，車站局域網采用光纜，使用MPI通信協議。符合國際通信標準要求，保證了數據傳輸速率。

4 系統功能

（1）BAS系統與設備之間實現集成對接，實現網絡構架的標準化。（2）實現了對空調通風系統、給排水系統、照明系統、電梯及自動扶梯系統、乘客導向系統、屏蔽門系統、防淹門系統等設備的運行狀態監測，有效控制機電設備的運行，節省了運營成本，提高了運營安全型與舒適性。（3）提高了運營管理水平與服務水平。

5 主要技術指標

5.1 數據傳輸速率

車站級BAS局域網數據傳輸速率為10Mbps，控制中心OCC環控工作站控制器及車站級BAS控制系統之間通信傳輸速率為10Mbps。

5.2 系統響應時間

控制中心OCC環控工作站響應時間小于1秒，車站級BAS控制系統響應時間小于0.5秒。

5.3 可靠性

控制中心OCC環控工作站大于十萬小時，車站級BAS控制系統大于1萬小時。

6 結束語

采用功能強大的PLC作為城市軌道交通BAS系統進行組網是一種可取的解決方案，提高了對環境及機電設備監控的有效性和安全性，提高了工作效率，有模塊拓展功能，能夠與時俱進，今后一定會在城市軌道交通其他領域發揮更大的作用。

參考文獻

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[3]陸曙東，王靖，張君.PLC在城市軌道交通FAS聯動系統中的應用[J].電氣自動化，2008，10.

作者簡介：譚麗娜（1982-），女，吉林長春，長春職業技術學院，講師，研究方向：信號與通信技術。

白冰（1981-），男，吉林長春，長春職業技術學院，講師，研究方向：自動控制。