無線通信技術在地鐵BAS系統中的應用分析

羅建勛

（中鐵二十二局集團電氣化工程有限公司，北京 023001）

0 引 言

地鐵BAS系統是一個十分復雜的系統，不僅設備的分布比較廣泛，而且所需要的接口眾多。而無線通信技術的引入可以降低線纜和管槽的使用，省去很多繁瑣的工作，為地鐵BAS系統的后期調試和使用提供了便捷。此外，將Enocean無線通信技術應用到地鐵BAS系統中，可以在發揮Enocean優勢的同時，實現地鐵BAS系統的可持續化發展。

1 地鐵BAS系統概述

1.1 地鐵BAS系統的概念

BAS是英文“Building Automation System”的縮寫，中文譯為：環境與設備控制系統。地鐵BAS系統的概念是指集中監視、控制的管理地鐵建筑內的環境、空氣、防淹門等建筑設施的系統。在地鐵中建立BAS系統的主要目的有三方面。第一方面：能夠實現自動化監控和管理地鐵建筑的機電設備；第二方面：為乘客和工作人員提供干凈、整潔、舒適的環境；第三方面：可以降低和節約地鐵的運行費用與資源。

1.2 地鐵BAS系統的功能

地鐵BAS系統的功能主要有監控功能、執行防災和阻塞模式功能、環境監控和節能運行管理功能、管理環境和設備功能等。具體功能情況如下：第一，監控功能。該系統可以對機電設備、中央以及車站進行監控。BAS系統控制命令可以自動判定執行，還能夠實現越級控制以及其他控制手段。但是在操作上還是遵循人工操作高于自動操作原則。第二，執行防災和阻塞模式功能。該功能可以實現接收信息并執行阻塞模式操作。第三，環境監控和節能運行管理功能。該系統通過檢測、統計、計算相應的環境參數來對資源消耗進行分析，并將分析結果作為依據對設備進行優化，來實現提高地鐵環境質量和降低資源消耗。第四，管理環境和設備功能。該系統可以統計和分析運行狀況，然后將分析的結果作為優化和管理設備的依據，以此來提高設備的管理效果。

2 無線通信技術概述

2.1 無線通信技術的發展歷程

科學技術的發展加快了無線傳輸技術成熟的進程。從20世紀20年代開始，就誕生了無線通信技術，但在當時該項技術主要應用于艦船、軍事等方面。這一時期無線通信是通過短波屏和電子管來實現的。但到了40年代，高頻技術的問世使得無線通信技術得到了升級。而五六十年代產生的特高頻技術有效地解決了公用電網與移動電話進行連接所存在的問題。而隨著無線通信技術的快速發展，已經實現了從模擬蜂窩通信技術向當代4G、5G無線通信技術的跨越。現如今，我國無線通信技術不僅得到了迅速的發展，還被廣泛的應用到各行各業中。

2.2 無線通信技術介紹

無線技術快速發展時代出現了多種無線通信技術，主要以如下5種最為常見，分別是無線局域網（WLAN）、藍牙（Bluetooth）、紫蜂（Zigbee）、Z-Wave和易能森（Enocean）。

第一，無線局域網（WLAN）。無線局域網是一種非常便利的數據傳輸系統。它通過利用射頻技術和電磁波技術徹底取代了舊式雙絞銅錢構成的局域網，實現了空中通信連接，使用戶通過簡單的存儲架構就能夠實現傳播信息的目的。

第二，藍牙（Bluetooth）。這種無線通信技術適用于短距離信息傳輸，并具有低功耗的特點。藍牙能夠實現在手機、無線耳機、筆記本電腦、平板電腦等多個設備之間進行無線信息傳輸。

第三，紫蜂（Zigbee）。Zigbee是低能耗的個人局域網，它與藍牙非常相似，都是近距離、低功耗的無線通信技術。

第四，Z-Wave。Z-Wave是丹麥公司研制的無線組網。Z-Wave作為一種新興的無線通信技術，比較適用于窄帶寬場合。該無線通信技術具有低成本、低功耗、高可靠、短距離等特點，因此在一定程度上推動了低速率無線個人區域網的發展。

第五，易能森（Enocean）。Enocean與其他無線通信技術存在很大的不同，原因是它是一種基于能量收集的無線通信技術，具有高質量、低能耗、近距離的傳輸特點。在2012年該無線通信技術被國際電工技術委員會正式采納為無線通信國際標準，同時也是世界上唯一一種利用能量采集技術的無線國際標準。

從頻段、無線標準、電池維護、傳輸速率、傳輸距離、互相干擾、睡眠模式電流、兼容性以及應用領域等方面對這5種無線通信技術進行對比，結果如圖1所示。不難發現，易能森（Enocean）是這5種無線通信技術中抗干擾能力高、但能源消耗低的無線通信技術。

2.3 無線傳輸技術在地鐵BAS系統的應用意義

地鐵BAS系統通過現場總線或以太網環網技術將遠程的IO節點掛在總線或以太網上，然后利用硬線線纜將變送器和遠程控制照明的DI/DO連接到PLC的遠程模塊中，并生成相應的IO表，這樣現場的主線或以太網就可以將信息傳輸到控制室中的控制器上。

圖1 五種無線通信技術的對比圖

在傳統的地鐵BAS系統結構中接入變送器、照明、扶梯等設備時，需要通過鋪設大量的線纜來增加系統的線纜連接。而在地鐵的施工標準中，對線纜的使用和保護有著明確的要求和規定，若在接入變送器、照明、扶梯等時鋪設線纜就需要對線纜進行管槽保護。大量的安裝管槽不僅影響了地鐵施工的美觀度，還在一定程度上增加了人力和材料的投資。若在后期使用過程中某一處的設備需要變換位置，就需要將施工時所鋪設的線纜管槽全部拆除重新安裝，這樣就為后期設備的維修和使用帶來了不便。而在地鐵BAS系統中應用無線通信技術可以有效地解決上述問題，因此將無線傳輸技術應用到地鐵BAS系統中是其發展的必然趨勢。

3 無線通信技術在地鐵BAS系統中的應用分析

在5種常見的無線通信技術中，Enocean相對其他4種無線通信技術來講，具有較強的抗干擾能力，并且功耗低。同時，Enocean無線通信技術的核心技術是能量的采集和轉換，因此無論是從使用上還是維護上Enocean無線通信技術都是最符合地鐵BAS系統無線傳輸需求的。利用Enocean無線通信技術，在加上無線集控器、無線變送器、無線控制模塊就可以組成適用于地鐵的無線BAS系統。

3.1 無線集控器

無線集控器作為無線系統的樞紐，能夠將所有無線設備都接入到系統中。從功能的角度出發，無線集控器和傳統的有線工業控制系統中的總線控制器是一樣的。無線集控器主要包含地址表、無線變送器和無線控制模塊，是系統的一個子節點，同時也是編碼存放的唯一地址。用戶通過設置無線集控器，就能夠將該區域內的無線設備都編入到集控器中。然后無線集控器會采用modbus Rtu、modbus TCP/IP等方式通過以太網等總線進行數據傳輸。

3.2 無線無源變送器

傳統的BAS系統中應用的有線變送器是二線制、24 VDC供電的，但是在施工期間需要從遠程控制箱中輻射出一條4～20 mA信號線和24 V的供電線纜。低功耗芯片和特殊能量采集器是無線無源變送器的核心。利用變速器的探頭對現場的溫濕度、壓力等數據進行采集，然后對數據進行轉換編碼，再利用無線芯片將其發送到遠端的無線集控器中，對于數據傳輸的時間間隔的控制可以根據實際情況進行設定。而能量采集器則是無線變送器提供電能的設備，在作業期間通過對光能、溫差能、風能等能量進行采集和轉換，來維持設備正常運行所需要的電能。

由于Enocean能夠實現能量的采集和轉換，再加上無線芯片具有低功耗運行的優勢，將其作為傳輸協議的變速器能夠擺脫電池供電的束縛，做到真正的綠色環保。引入無線變送器可以免去大量的線纜和管槽敷設，最為明顯的是遠程控制箱輸入輸出模塊與變送箱之間的連接得到簡化，不僅提高了施工的完美度，還降低了人力和材料投入，使施工效率得到提高。此外，無線傳輸還為后期設備的維修和更換位置提供了便利的條件，無論是在施工中還是在維修上都降低了人員的工作量。

3.3 無線控制模塊

在地鐵BAS系統建設中需要采用硬線干接點方式對電梯、照明、給排水等進行數據接口。在以往有線BAS系統中，是將遠程控制箱輸入輸出模塊與接口控制箱連接實現數據接口的。但在對其進行調試時，需要逐個進行信號對接，因此比較耗費時間和人力[1-3]。

在區域無線系統中，無線控制模塊是其中的一個節點，是數字量輸入輸出模塊的集成。在施工過程中，將無線控制模塊安裝在就地控制箱中，就可以對該設備進行數據采集，這樣就能夠使硬線干接點信號進入無線控制模塊中，進而與地鐵BAS系統進行對接。而在進行測試時，只需要提供一份無線結點的地址表就能夠實現對接口的測試，不需要再進行校線工作，因此可以有效地提高工作效率。

4 結 論

在傳統的地鐵BAS系統中，需要使設備廣泛地分布在地鐵站的各個位置，然后利用大量的線纜將其連接，這樣的設計方案會在無形中增加投入的人力和物力。因此在無線通信技術興起和快速發展的時代中，將其應用到地鐵BAS系統中，以去除大量的線纜，并提高相關工作的工作效率。此外，無線通信技術的應用還為地鐵BAS系統的維修提供了便利的條件。