引言

北京地鐵14號線全長47.7公里，起于豐臺區永定河以西的張郭莊站，向東經過豐臺北路、南二環和南三環之間，至西大望路一線向北，迄于朝陽區來廣營以北的善各莊站，呈L狀。全線經過豐臺、東城、朝陽3區，共設車站37座，除張郭莊站及園博園站是高架站外，其余均為地下車站。

為了配合第九屆中國（北京）國際園林博覽會的舉辦，項目于2013年05月05日開通張郭莊站至西局站段（全長12.4千米，共有7座車站），有利地保障了園博會在北京的順利舉辦。

項目概況

北京地鐵十四號線的環境和設備監控系統（以下簡稱BAS系統）對全線所有地下車站、高架車站、車輛段、區間隧道內設置的各種正常運營保障設施(包括通風空調設備、給排水設備、動力照明設備、自動電/扶梯、電保溫設備、EPS等)和事故緊急防救災設施(防排煙系統、應急照明系統等)進行全面、有效地自動化監控及管理，確保設備處于安全、可靠、高效、節能的最佳運行狀態，從而提供一個舒適的乘車環境，特別是在地下車站發生火災事故的情況下，使有關救災設施按照設計工況及時有效地運行，充分發揮各種設備應有的作用，保證乘客的安全和設備的正常運行。

37座車站的BAS均采用的是和利時LK系列的大型PLC產品。通過冗余以太網通信接口與綜合監控系統連接，將信息集中上傳至綜合監控系統，實現BAS在綜合監控系統中的深度集成。

系統結構

BAS系統是基于分層分布式系統結構：

中央級：BAS的中央級主要是OCC的調度工作站，由綜合監控系統實現；

車站級：包括車站級綜合監控功能和車站BAS監控功能，正常情況下，車站級監控功能由綜合監控

系統完成。車站BAS監控功能以車站BAS應急操作終端、BAS維護工作站、32位LKPLC

控制器為平臺實現；

現場級：通過LK系列遠程I/O模塊實現車站各就地信號的采集與控制，具體包括各類傳感器、執行

器、或裝置等。

中央級系統

綜合監控系統軟件由和利時開發，通過冗余光纖環網與各個車站BAS系統通訊，進行數據采集與控制，整個監控點數大約在150000點左右。

車站級BAS系統

車站級包括地下車站和高架站兩類，每個車站監控點數大約在4000點左右，由PLC控制器、現場傳感器、維護終端等組成。

3.2.1地下車站BAS系統

由車站維護工作站、應急操作終端、PLC、RI/O、現場總線、IBP（綜合后備盤）PLC等組成。

車站控制室設IBP，IBP處設置PLC和應急操作終端，IBP盤處PLC選用和利時的LK210冗余CPU，應急操作終端選用工業級產品觸摸屏式一體化工控機，實現IBP盤面監視和控制。

車站兩端各設置一套冗余控制器PLC_A和PLC_B，選用和利時LK210CPU，LK210CPU數字量可擴展57344點,模擬量3584點，集成了4路冗余以太網接口，支持CPU之間數據共享，通過冗余光纖環網（TCP/IP協議）進行連接實現大數據信息上傳和PLC_A與PLC_B之間關鍵數據交互，對本車站所轄區間隧道及車站的通風空調大系統、小系統及其水系統、照明系統、自動扶梯、電梯、給排水系統相關設備進行監控及管理，同時對相關設備用房和公共區的環境溫濕度等參數進行監測。

FAS接口通信是自定義的特殊協議，采用LK239串口通訊模塊接收FAS主機傳送的火災報警模式號，實現車站BAS在火災工況下對設備的聯動控制。

區間設備房設備距離控制室非常遠，通過LK233光纖通信模塊進行遠程I/O擴展，最遠可以擴展20KM。

地下車站系統網絡圖如圖3?1所示：

圖3?1典型地下車站BAS系統圖

3.2.2高架車站BAS系統

高架車站與地下站A端設計一致，車站系統網絡圖如圖3?2所示：

圖3?2典型高架站BAS系統圖

網絡層次

BAS系統在車站內的網絡可分為三級，分別為：車站級、子系統級（即BAS級）、現場級。

車站級：車站A、B端的冗余LKPLC集成冗余以太網接口接入車站級環網，無須額外配以太網通信模塊。為保證系統安全，不同專業數據有效傳輸，PLC網絡均分配特定的IP段，在進入綜合監控系統時需要做地址映射，LKPLC自身集成的以太網接口支持跨VLAN功能，可靈活應用于復雜網絡配置中，通過三層交換機與綜合監控通信；

子系統：A端與B端通過冗余光纖環網通信，同時LKPLC支持多機互聯，方便實現A、B端數據共享，進行有效的聯鎖控制；

現場級：由BAS系統負責配置。距離小于1000m采用LK232PRIFIBUS-DP總線擴展模塊擴展遠程I/O；距離超過1km，使用LK233光纖通信模塊，最遠可以擴展4級，每級5km，總計20km。

網絡層次如圖4?1所示：

圖4?1BAS網絡層次圖

BAS系統實現的功能

1.工藝參數及畫面顯示

BAS系統對現場各類傳感器數據以及機電設備的運行狀態、故障報警信息等進行實時采集、處理，以便及時準確的處理各類突發事故，信息采集量單個車站可達數千點。

2.冗余功能

LK冗余系統可實現CPU冗余、以太網冗余、總線冗余、電源冗余。每個CPU帶有冗余以太網口，冗余PLC控制器通過以太網與車站綜合監控進行連接，實現綜合監控系統對車站機電設備的監視與控制。

3.模式控制

即設備組控制，是根據工藝設計要求而形成，其觸發有人工觸發（HMI，IBP）和自動觸發（FAS系統、時間表）兩種。BAS系統可以實現對本站所有模式及相關設備的監控與操作功能。正常模式的狀態分為：未啟動、執行中、執行成功和執行失敗。模式執行時間結束后，根據該模式中設備狀態是否符合模式要求，判斷模式的執行結果為成功或失敗。所監視的模式分為早晚換氣模式控制、異常模式控制、火災模式控制、阻塞模式控制等。

4.調節功能

車站LKPLC能夠根據所檢測的車站環境參數自動判斷車站所處空調季工況，根據檢測參數采用科學的算法和實用的控制策略，對空調冷水系統的二通調節閥、公共區風機轉速根據時間的信息進行調節。對車站大系統空調設備根據熱焓計算，進行運行模式的最優化控制，從而達到節能目的。

5.參數存儲

所有系統設置參數、所有模式控制、預制時間表控制等相關參數由操作站進行設置，經確認后下載到LKPLC中，因此車站PLC能夠脫離綜合監控系統獨立運行。

6.與FAS的聯動控制

BAS系統與FAS系統的聯動在所有的控制權限里優先級別是最高的。BAS系統同FAS系統的通信是通過LK239串口通信模塊進行的，當收到FAS報警數據后，根據收到的數據（二者事先定義對應的模式），BAS系統開始執行相應的火災模式。此后，BAS系統不再接收任何操作指令，直到FAS報警信號復位。

7.多控制點功能

BAS系統控制權分為五級控制，就地控制箱、IBP、ISCS、BAS維護工作站、現場觸摸屏。每個控制點的控制級別由高到低排列，每個可控制設備都有這五個控制級。

系統特點

基于LK系列PLC應用于BAS系統具有的特點：

1.高性能

LKCPU配置工業級（533MHz）處理器，擁有納秒級（13ns）的處理速度；

數字量I/O可達57344點，模擬量I/O可達3584點；

遠程I/O最遠可擴展20KM；

程序容量可達16MB，數據容量可達64MB，掉電保持區可達1MB。

2.高可靠性

LKPLC是經濟型單機架硬件冗余設計，支持電源冗余、CPU冗余、以太網冗余、PROFIBUS-DP總線冗余。兩個CPU之間通過高速背板總線進行數據同步，無需專門的同步模塊。每個運算周期，主機檢測自己發生變化都要向從機進行數據同步，保障主從數據一致。冗余切換過程是無擾切換，切換時間<50ms，切換過程無報警或中斷的丟失；

LKPLC具有通信故障時輸出預置功能，當輸出模塊與CPU通信出故障時，輸出模塊會按上一個預算周期的有效值或者預先設置的安全值輸出，保障系統安全運行；

提供三防（防潮、防鹽霧、防霉）模塊，適用于地鐵惡劣的環境。

3.強大的網絡通信能力

LKPLC本體集成冗余以太網接口，具有可配置不同IP段地址、網關、子網掩碼、靜態路由功能；

支持跨VLAN功能，LKPLC同網段支持IP地址數量為89個，如果PLC使用數量超過這個數量時，系統可以通過劃分不同VLAN，把不同IP地址映射到同一IP段，有效解決IP節點的限制，系統容量無限擴展。

4.多機互聯，實現數據共享

通過自身集成的以太網接口，實現最多32個站數據共享；

可配置共享數據大小，每次最多可共享700個字；

適合分布式控制系統間聯鎖控制。

5.易用、易維護性

模塊小型化、智能化設計，具有超限報警、超量程報警、斷線檢測、掉電檢測等自診斷功能；

支持帶電插拔，可在不停機的狀態下更換故障模塊；

背板上設計有防混銷，避免插錯模塊。

結束語

目前北京地鐵14號線西局至園博園站已順利開通，系統運行穩定，有效地保障了北京國際園博會的交通。

參考文獻

曲立東，《城市軌道交通環境與設備監控系統設計與應用》，電子工業出版社

聶占文，宋小莉，曲立東．經濟實用的PLC及網絡冗余技術在地鐵BAS中的應用[J]．自動化博覽，2009，（7）

王錦標，《和利時PLC技術—綜合篇》，機械工業出版社

和利時公司，LK大型可編程控制器硬件手冊，2008

和利時公司，LK大型可編程控制器編程手冊，2008