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1引言

    隨著社會進步、城市規模不斷擴大、人口密度迅速增加，交通擁堵日趨嚴重已成為制約城市經濟發展的一大障礙。由于城市軌道交通具有運量大、安全正點、快捷舒適及污染小等特點，建立以城市軌道交通為主的城市交通系統是解決城市交通擁堵問題的重要途徑。近幾年國內的城市軌道交通建設正在快速發展，為了提高運輸效率、保證行車安全及旅客舒適度等，必須建設一個滿足調度運營的自動化監控系統。

    由于軌道交通中機電設備種類繁多，且分布在沿線車站和區間中，許多地方在車輛運行時人員根本無法達到。而這些設備的正常運行又是軌道交通正常運行的基本保障。

    BAS系統可以對各自獨立的設備系統進行全面、有效的監控和管理，創造一個安全、舒適的地下旅行環境，尤其是在火災等災害情況下或阻塞事故狀況下，及時根據不同運行工況更好地協調車站設備的運行，實施搶險救災，充分發揮各種設備合理有效的作用，以確保乘客生命安全和設備的正常運行，正越來越引起人們重視。bas環控(環境控制)系統的產生，正是滿足了人們對上述設備監控的功能需求。

2BSA系統主要特點

    軌道交通是一類特殊的建筑，是由多個車站通過隧道連接成的一個整體。軌道交通系統大部分位于地下，是一個相對封閉的場所。內部空間較大，但與外界連通的開口相對較少，在車站和隧道內有大量的人流和車流。而且流量在不斷地變化。從環控的角度具有以下特點：

    (1)受陽光，雨雪等外界氣象條件的影響較小。

    (2)有顯著的內熱源。包括各設備系統散熱、列車牽引、剎車系統散熱，列車空調散熱，人員散熱等，是影響隧道及站臺的熱環境的主要因素。因此，南京軌道交通環境的主要問題是過熱，而不是過冷，局部范圍內設備散熱量相當大，導致空調制冷效果受較大影響。

    (3)由于客流量的變化，內熱源的強度也隨之變化。其中既有以天，星期，年為周期的周期性變化，也有不規則的變動。

    (4)由于被厚土層覆蓋，圍護結構的蓄熱量很大，熱惰性明顯。因此，熱環境要經歷一個長期的變化過程才能達到穩定。

    (5)列車在隧道內的高速運動會引起“活塞風”。活塞風的風量很大。在無屏蔽門系統，活塞風是車站通風換氣的主要動力之一。但活塞風帶來的負面影響也是明顯的，由于活塞風將大量隧道空氣及室外空氣帶人車站，車站空調負荷將比較大。

    (6)軌道交通內部的空間和發熱量大，為了維持其熱環境，環控系統的風機、制冷機、空調機容量大，由此引起設備初投資大和運行后能耗費用高等諸多問題。在軌道交通運營初期，環控系統能耗甚至超過軌道交通建筑物總能耗的30％，嚴重影響軌道交通的運營經濟陛。因此，節能是軌道交通環控系統必須重點考慮的問題。

    (7)軌道交通的各種發熱量及活塞風量與客流量、車流量直接相關，始終處于變化之中。環控系統的運行也會對出入口的風量造成影響，因此，軌道交通的實際熱負荷很難準確預測。

    (8)由于軌道交通內部空間相對封閉，隧道內就更為狹窄。對于謀些單線隧道，列車與隧道間隙很小，人員難以通過。而目軌道交通客流量大，高峰時車內都相當擁擠，因此軌道交通一旦發生阻塞或火災，人員難以疏散，必須在設計時對隧道通風事故予以充分的考慮。既要保證風向在不同地域的火災時有利于人員疏散，又要保證排煙效果。

    軌道交通環境的這些特點，使得軌道交通的環境控制不同于常規的建筑。其中既有有利的因素，也有不利條件。因此，在軌道交通環控系統的設計和運行中，要針對軌道交通的特點，在滿足設備及人員對環境要求的基礎上，采用合理的系統設計并進行科學的運行控制，實現最小的初期投資和最低的運行費用。

3BAS系統的網絡架構

    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1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。

圖1網絡結構

4系統設備

    在車站兩端環控電控室內分別設冗余plc控制器及帶控制器的i/o，集中監控車站被控機電系統各設備(包括區間射流風機、區間隧道風機、排熱風機、回/排風機、空調新風機、組合式空調機組及相關風閥等)的運行狀態和故障信號，接收車站的操作命令，并上傳數據。兩端的冗余處理器分別放置在車站兩端的環控電控室內的plc機柜中。處理器帶i/o模塊，與環控電控室內被監控設備的硬線接口，在每端的plc柜中設置modbus通訊端口，完成與環控電控室內的被監控設備的通訊接口。每端的主控制器上設置兩塊塊以太網卡，向上接入車站級100m以太網，實現數據的可靠上傳與下發。主控冗余plc之間通過光纖進行通信，以實現主控冗余plc之間的冗余切換功能。

    在車站控制室各設置一個ibp緊急后備盤，對于應急、備份和直接的操作要求，設置在ibp盤上，由相關人員根據具體情況及相應的操作規程進行處置。當車站各專業系統的設備發生故障時或緊急情況下，可通過ibp實現車站的關鍵控制功能。ibp在每個車站控制室為以下控制操作提供緊急操作功能。ibp為操作值班員提供常用設備的備用操作手段，保障設備的正常運轉。

    就地級設備控制由就地級控制箱、ri/o模塊等設備組成，通過現場總線與車站的plc連接，實現對現場信號的采集、信號的轉換和控制信號的輸出。通過plc專用通訊模件，與具有智能通信接口的各個現場設備通過現場總線，實現數據的通訊。通訊協議為modbus或profibus現場總線。通過plc專用通訊模件，實現不同通信要求的轉換，保證通信數據的實時采集和安全傳輸。

    實現單臺機電設備的就地控制，滿足設備的現場調試和現場控制的要求。可對現場設備的狀態進行數據采集、并將信號轉換輸送到上位控制系統，同時，執行控制器的控制命令，完成現場設備與控制系統的連接。

5編程軟件及邏輯

    施耐德PLC采用UnityPro為編程軟件，集成軟件包支持的PLC編程語言非常豐富。PLC的數據類型：

    直接尋址數據實例在PLC存儲器或應用專用模塊中具有預定義的位置，該位置對用戶是已知的。

    1）內部變量地址：

    （1）%M0~%Mxxx----中間變量（bit）

    （2）%MW0~%MWxxx------中間變量（word)

    2）輸入/輸出模塊地址：

    （1）%I\網絡號\機架號.槽位號.通道號--------開關量輸入模塊

    （2）%Q\網絡號\機架號.槽位號.通道號-------開關量輸出模塊

    （3）%IW\網絡號\機架號.槽位號.通道號------模擬量輸入模塊

    （4）%QW\網絡號\機架號.槽位號.通道號-----模擬量輸出模塊

    內部變量包括：設備狀態、點控命令、模控命令、輸出命令、設備啟動保護時間。

    內部變量可以采用數據結構的形式打包。

    設備狀態內部變量tempDIState，數據類型：16維的bool數組，用來緩存設備的bool型狀態。模擬量類型的中間變量采用獨立的變量名稱，或者采用word型數組。

    點控命令內部變量：tempJogCmd，數據類型：16維的bool數組，用來將點控命令解析為單個bool量，方便注釋和程序閱讀，也可以直接引用輸入參數，只是用輸入參數時注釋不太方便。模控命令內部變量：tempModeCmd，數據類型：16維bool數組，用來對模控命令進行綜合處理。設備控制命令保持變量：tempCtrlCmd，數據類型：16維bool數組，用來對點控命令進行保持。報警信息內部變量：tempAlarm，數據類型：16維bool數組，用來存儲設備的報警信息，包括點控動作超時、模控動作超時。

    控制命令輸出：tempDOOut，數據類型16維bool數組，用來緩存設備的控制邏輯輸出，然后將其賦值給對應的變量，再通過網絡傳給分布式IO和串口設備。

    模式控制規則：

    模式號由兩部分組成：系統編號+模式類型（流水號），其中系統編號定義如下：

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。