崔成劍 徐強(qiáng) 祁健

國(guó)電南瑞科技股份有限公司,南京 210061

AB系統(tǒng)在重慶地鐵6號(hào)線(xiàn)BAS項(xiàng)目中的應(yīng)用

崔成劍 徐強(qiáng) 祁健

國(guó)電南瑞科技股份有限公司,南京 210061

本文主要介紹了重慶地鐵6號(hào)線(xiàn)BAS項(xiàng)目的系統(tǒng)架構(gòu)以及功能的實(shí)現(xiàn)等技術(shù)要點(diǎn)，并結(jié)合地鐵BAS系統(tǒng)的控制要求，總結(jié)了幾種BAS常用的控制方式。

BAS；AB PLC 模式；時(shí)間表；焓值

一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介

重慶地鐵6號(hào)線(xiàn)是重慶市建設(shè)的一條自西北向東南貫穿重慶主城區(qū)的主干線(xiàn)，一期工程線(xiàn)路總長(zhǎng)23.684km，全線(xiàn)共設(shè)16座車(chē)站（其中地下站12座，高架站4座）；另設(shè)1座主變和1座車(chē)輛段，控制中心與一、三號(hào)線(xiàn)合設(shè)于兩路口站。BAS作為深度集成的系統(tǒng)，集成到綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，BAS的PLC采用的是Rockwell公司的Controlgix系列的產(chǎn)品。

二、BAS工藝概述

環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)即BAS(Building Automatic System）系統(tǒng)在有的城市也被稱(chēng)為EMCS（Electrical and Mechanical Control System）。

BAS系統(tǒng)對(duì)重慶地鐵6號(hào)線(xiàn)一期16個(gè)車(chē)站及停車(chē)場(chǎng)、車(chē)輛段的暖通空調(diào)系統(tǒng)、給排水、低壓配電與動(dòng)力照明系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、電梯及自動(dòng)扶梯系統(tǒng)、車(chē)站事故照明電源等車(chē)站設(shè)備進(jìn)行全面、有效的自動(dòng)化監(jiān)控及管理，確保設(shè)備處于安全、可靠、高效、節(jié)能的最佳運(yùn)行狀態(tài)，并能在火災(zāi)或阻塞等災(zāi)害狀態(tài)下，更好地協(xié)調(diào)車(chē)站設(shè)備的運(yùn)行，充分發(fā)揮各種設(shè)備應(yīng)有的作用，保證乘客的安全和設(shè)備的正常運(yùn)行，達(dá)到營(yíng)造舒適環(huán)境、降低能源消耗、節(jié)省人力、提高管理水平的目的，全面滿(mǎn)足城市軌道交通運(yùn)營(yíng)管理的需求。

三、BAS系統(tǒng)構(gòu)成

1. 整個(gè)項(xiàng)目中的硬件配置

1）PLC的型號(hào)

在車(chē)站A、B兩端的環(huán)控電控室內(nèi)分別設(shè)置兩套ControlLogix系列1756-L61冗余PLC 作為控制器。ControlLogix系列PLC為先進(jìn)的工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，且是該品牌中的高端產(chǎn)品。主要設(shè)備如下表：

2）遠(yuǎn)程IO模塊

采用標(biāo)準(zhǔn)、成熟、可靠、穩(wěn)定的FLEX系列遠(yuǎn)程I/O模塊，與PLC控制器同為Rockwell自動(dòng)化產(chǎn)品，以保證整個(gè)PLC系統(tǒng)的完整性和穩(wěn)定性，一個(gè)ControlNet網(wǎng)絡(luò)模塊1794-ACNR15下最多帶8塊I/O模塊。

3）現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)

采用冗余ControNet現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，主要用來(lái)完成遠(yuǎn)程IO 以及第三方協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊與PLC 主站的通信。一個(gè)ControlNet網(wǎng)絡(luò)只有2節(jié)點(diǎn)時(shí)最遠(yuǎn)1000m, 48節(jié)點(diǎn)時(shí)最遠(yuǎn)250 m，每增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)，距離縮短16. 3m，最大節(jié)點(diǎn)數(shù)為64，采用光纖中繼時(shí)，兩節(jié)點(diǎn)之間距離不計(jì)。

4）協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊

①1788-CN2DN模塊：將ControlNet協(xié)議轉(zhuǎn)為DeviceNet協(xié)議，與環(huán)控電控柜內(nèi)配置的馬達(dá)保護(hù)器E3或E3 Plus通訊，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的監(jiān)控。

②A(yíng)B7006模塊：HMS公司專(zhuān)為AB產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的將RS485協(xié)議轉(zhuǎn)為ControlNet協(xié)議的第三方模塊，通過(guò)它實(shí)現(xiàn)與帶智能接口的設(shè)備或系統(tǒng)通信，如智能照明、冷水群控機(jī)組、電扶梯、EPS等。

2. 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

BAS系統(tǒng)在車(chē)站內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)可分為三級(jí)，分別為：車(chē)站級(jí)、子系統(tǒng)級(jí)（即BAS級(jí)）、現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，以下按這三級(jí)分別進(jìn)行描述其網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成、網(wǎng)絡(luò)功能、網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)等。

（1）第一個(gè)是車(chē)站級(jí)工業(yè)以太網(wǎng)，車(chē)站A端的冗余PLC配置的第三塊以太網(wǎng)卡，接入車(chē)站級(jí)環(huán)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)配置由ISCS主體系統(tǒng)完成。備注：重慶6號(hào)線(xiàn)一期BAS系統(tǒng)A端PLC配置3塊以太網(wǎng)模塊，B端PLC配置2塊以太網(wǎng)模塊，IBP PLC配置2塊以太網(wǎng)模塊

（2）第二個(gè)是A、B兩端PLC與IBP盤(pán)PLC之間的以太網(wǎng)，由A/B端冗余PLC和IBP盤(pán)PLC的每個(gè)機(jī)架上的前兩塊以太網(wǎng)卡以及A/B端的兩個(gè)交換機(jī)組成。

（3）第三個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是現(xiàn)場(chǎng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)，由BAS系統(tǒng)負(fù)責(zé)配置，在A(yíng)/B端冗余PLC中各配置了一塊ControlNet網(wǎng)絡(luò)控制器1756-CNBR，遠(yuǎn)程RIO箱配置的ControlNet網(wǎng)絡(luò)適配器，各個(gè)AB7006、1788-CN2DN通過(guò)冗余ControlNet總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)各遠(yuǎn)程IO箱、各帶智能通訊接口設(shè)備與PLC的通訊。

特別要注意的是ControlNet網(wǎng)絡(luò)嚴(yán)格受連接數(shù)的限制：CNBR的數(shù)量×2＋AI模塊數(shù)量＋AO模塊數(shù)量＋ControlNet網(wǎng)絡(luò)模塊數(shù)量＋AB7006數(shù)量＋CN2DN數(shù)量< 64。

在環(huán)控電控室A端的冗余PLC機(jī)架內(nèi)向上通過(guò)1塊以太網(wǎng)模塊（第3塊）接入車(chē)站級(jí)交換機(jī)，向下通過(guò)冗余ControlNet總線(xiàn)連接遠(yuǎn)程RIO和通訊模塊，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的有效隔離。A端PLC、B端PLC以及IBP盤(pán)之間的通訊通過(guò)冗余光纖環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。

高架站結(jié)構(gòu)相當(dāng)于地下站的A端結(jié)構(gòu)，典型地下車(chē)站BAS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下：

圖1

四、BAS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

1. 冗余網(wǎng)絡(luò)功能

該BAS系統(tǒng)A、B端以及IBP盤(pán)處分別有2塊以太網(wǎng)模塊，與A/B端的4個(gè)光纖交換機(jī)分別相連（見(jiàn)典型地下車(chē)站BAS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖），構(gòu)成雙以太光纖環(huán)網(wǎng)，因此不會(huì)因?yàn)閱吸c(diǎn)或任意兩點(diǎn)間網(wǎng)絡(luò)故障，造成三者間的數(shù)據(jù)通信出現(xiàn)中斷。

A端冗余PLC機(jī)架上分別有一塊以太網(wǎng)模塊向上與ISCS系統(tǒng)相連接，由于A(yíng)B PLC冗余時(shí)這兩塊以太網(wǎng)模塊的IP地址可以分別人為設(shè)置成兩個(gè)不同的IP段，所以BAS與ISCS的通訊構(gòu)成了冗余的網(wǎng)絡(luò)。

2. 信息采集功能

BAS系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)傳感器數(shù)據(jù)以及機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警信息等進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、處理，以便及時(shí)準(zhǔn)確的處理各類(lèi)突發(fā)事故。

3. 控制功能

BAS系統(tǒng)的被控對(duì)象是車(chē)站的各種機(jī)電設(shè)備，BAS系統(tǒng)通過(guò)下述控制功能實(shí)現(xiàn)對(duì)這些設(shè)備的控制：

（1）單體設(shè)備控制

單體設(shè)備控制功能在所有權(quán)限里優(yōu)先級(jí)是最低的。車(chē)站BAS系統(tǒng)對(duì)單體設(shè)備的控制方式，由ISCS、BAS維修工作站以及現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏實(shí)現(xiàn)。BAS系統(tǒng)接收這些操作指令并根據(jù)連鎖條件控制單體設(shè)備的啟停。其觸發(fā)方式由操作人員人工完成，車(chē)站BAS系統(tǒng)具體執(zhí)行控制任務(wù)，并進(jìn)行設(shè)備連鎖邏輯判斷。

（2）模式控制

屬于一種特定的設(shè)備組控制。模式的定義是根據(jù)工藝設(shè)計(jì)要求而形成，其觸發(fā)有兩種方式：人工觸發(fā)（HMI，IBP）和自動(dòng)觸發(fā)（FAS系統(tǒng)、時(shí)間表）。正常模式的執(zhí)行流程如下：

圖2

BAS系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)本站所有模式及相關(guān)設(shè)備的監(jiān)控與操作功能。正常模式的狀態(tài)分為：未啟動(dòng)、執(zhí)行中、執(zhí)行成功和執(zhí)行失敗。模式執(zhí)行時(shí)間結(jié)束后，根據(jù)該模式中設(shè)備狀態(tài)是否符合模式要求，判斷模式的執(zhí)行結(jié)果為成功或失敗。

圖3

所監(jiān)視的模式分類(lèi)如下：

正常工況模式（含夜間停機(jī)模式）

火災(zāi)工況模式：火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)(即FAS系統(tǒng))具有控制優(yōu)先權(quán)，F(xiàn)AS系統(tǒng)向BAS系統(tǒng)傳送已經(jīng)人工確認(rèn)的火災(zāi)報(bào)警對(duì)應(yīng)的模式指令，此時(shí)車(chē)站綜合監(jiān)控系統(tǒng)（即ISCS系統(tǒng)）停止命令發(fā)送，BAS根據(jù)火災(zāi)模式指令啟動(dòng)相應(yīng)的火災(zāi)模式。

阻塞工況模式

模式控制HMI界面如下圖所示：

（3）焓值自動(dòng)控制

主要是面向車(chē)站空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備的一種控制方式。BAS將實(shí)時(shí)檢測(cè)車(chē)站的空氣參數(shù)并進(jìn)行焓值運(yùn)算，根據(jù)室內(nèi)外焓值和溫度，確定空調(diào)運(yùn)行工況，實(shí)時(shí)控制空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行，如控制空調(diào)新風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，控制各種風(fēng)閥的開(kāi)關(guān)，控制冷水機(jī)組的啟停等。

焓值控制分為暖通空調(diào)系統(tǒng)和冷水系統(tǒng)，暖通空調(diào)系統(tǒng)的焓值控制在南、北端的PLC 中完成。對(duì)每一個(gè)車(chē)站的同一個(gè)空調(diào)空間，作為一個(gè)監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行環(huán)境溫度控制，即對(duì)車(chē)站大系統(tǒng)按照同時(shí)控制車(chē)站兩端的空調(diào)系統(tǒng)處理，作為一個(gè)控制對(duì)象，如下圖所示：

控制回路根據(jù)回風(fēng)溫度對(duì)車(chē)站大廳和站臺(tái)的室溫進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，使室溫穩(wěn)定在設(shè)計(jì)水平上。調(diào)節(jié)系統(tǒng)方框圖如下：

將回風(fēng)溫度作為反饋量，與設(shè)定值比較經(jīng)PID輸出，作用于執(zhí)行器（風(fēng)機(jī)變頻器），調(diào)節(jié)風(fēng)量，從而及時(shí)控制站廳（臺(tái)）的室溫達(dá)到規(guī)定值。

由于冷水系統(tǒng)的被控制設(shè)備，自成系統(tǒng)，均接在冷水機(jī)房的空調(diào)群控專(zhuān)用PLC中，因此冷水系統(tǒng)的焓值控制在空調(diào)群控專(zhuān)用PLC中完成。

（4）時(shí)間表控制

重慶6號(hào)線(xiàn)在正常運(yùn)營(yíng)時(shí)，每日所有BAS設(shè)備的啟停等控制均由綜合監(jiān)控系統(tǒng)（即ISCS）的BAS時(shí)間表功能實(shí)現(xiàn)。

時(shí)間表管理的主畫(huà)面如下圖所示：

編輯好的時(shí)間表可以被操作員保存，以及下發(fā)。

需要指出的是，ISCS與BAS主PLC間在下發(fā)/讀回過(guò)程僅使用一張完整的時(shí)間表；每個(gè)車(chē)站的BAS主PLC控制器將保持住ISCS下發(fā)的最新一張時(shí)間表，并執(zhí)行最新的時(shí)間表。

BAS時(shí)間表的內(nèi)容設(shè)計(jì)為各個(gè)子系統(tǒng)的模式號(hào)及其啟動(dòng)時(shí)間。如下圖：

根據(jù)BAS子系統(tǒng)（Subsystem）的劃分，每一張時(shí)間表被分成若干個(gè)部分（根據(jù)設(shè)計(jì)院的詳細(xì)資料確定，一般為通風(fēng)大系統(tǒng)、通風(fēng)小系統(tǒng)、空調(diào)水系統(tǒng)和照明等）。

時(shí)間表作為BAS控制設(shè)備在正常情況下運(yùn)行的控制輸出，它以設(shè)備、設(shè)備組或系統(tǒng)為單位，確定設(shè)備在某段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)。BAS系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前的時(shí)間表執(zhí)行相應(yīng)的模式。車(chē)站操作員可以選擇設(shè)備的控制方式。時(shí)間表的控制優(yōu)先級(jí)低于模式控制和手動(dòng)控制。

BAS系統(tǒng)支持多種時(shí)間表（包括工作日、周末、節(jié)假日、夜間等）的運(yùn)行，同時(shí)在BAS維修工作站上可以監(jiān)控任何一個(gè)時(shí)間表。BAS系統(tǒng)同ISCS的通訊為CIP協(xié)議，ISCS將時(shí)間表下載到BAS PLC中，BAS根據(jù)當(dāng)前的系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)時(shí)，自動(dòng)判斷并執(zhí)行時(shí)間表內(nèi)的相應(yīng)模式號(hào)輸出，控制模式的執(zhí)行。

（5）與FAS的聯(lián)動(dòng)控制

BAS系統(tǒng)與FAS系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)在所有的控制權(quán)限里優(yōu)先級(jí)別是最高的。BAS系統(tǒng)同F(xiàn)AS系統(tǒng)的通信是通過(guò)第三方協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊（AB7006）進(jìn)行的，當(dāng)收到FAS報(bào)警數(shù)據(jù)后，根據(jù)收到的數(shù)據(jù)（二者事先定義對(duì)應(yīng)的模式），BAS系統(tǒng)開(kāi)始執(zhí)行相應(yīng)的火災(zāi)模式。此后，BAS系統(tǒng)不再接收任何操作指令，直到FAS報(bào)警信號(hào)復(fù)位。

（6）多控制點(diǎn)功能的實(shí)現(xiàn)

BAS系統(tǒng)控制權(quán)分為五級(jí)控制，就地控制箱、IBP盤(pán)、ISCS、BAS維護(hù)工作站、現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏。每個(gè)控制點(diǎn)的控制級(jí)別由高到低排列。每個(gè)可控制設(shè)備都有這五個(gè)控制級(jí)，在編寫(xiě)程序時(shí)需要對(duì)設(shè)備控制點(diǎn)進(jìn)行判斷。

五、應(yīng)用體會(huì)

目前該項(xiàng)目正順利進(jìn)行當(dāng)中，筆者覺(jué)得AB產(chǎn)品有不少使用起來(lái)比其他系統(tǒng)方便的地方,比如AB強(qiáng)大的通訊功能，方便的標(biāo)簽名編程等；但也遇到了一些不便的地方：比如ControlNet網(wǎng)絡(luò)受節(jié)點(diǎn)數(shù)、連接數(shù)的限制等。

鄧?yán)?ControlLogix 系統(tǒng)實(shí)用手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社.2008

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.15.033