1、西安地鐵二號線BAS系統施工與運營分析摘要：本文主要針對BAS系統在西安地鐵項目中的應用作為主要研究分析對象，從系統組成、施工建設、運行維護三個方面詳述BAS系統的應用。關鍵詞：中央級、車站級、模式控制西安地鐵建設已經進入快車道。自2007年開工建設以來，第一條即將開通運行的2號線安裝調試即將完成，各項工作都在有條不紊的進行著。作為地鐵機電設備守護者的BAS系統，有著其非常重要的地位。下面我們將從系統組成和功能入手，著重分析BAS系統在建設及運營過程中比較重要的一些問題。1西安地鐵二號線BAS系統組成和功能1.1系統功能1.1.1中央級功能中央級功能主要在控制中心（OCC）實現，即全線功能。（

2、1）監視全線各類機電設備的運行狀態。（2）根據通風與空調系統提供的環控工藝要求，對全線隧道通風系統設備進行正常模式控制，災害模式控制。（3）根據地鐵運行環境及車站其他系統的監控要求，將相關的運行模式控制命令下達給車站BAS系統，使車站設備按設定的模式運行。（4）在線編輯各個車站運行模式時間表，對車站運行狀況在模式一級進行集中的控制。（5）報表打印、報警記錄查詢、時鐘同步等功能。車站級功能車站級功能主要在車站實現，通過BAS設置在車站的工作站、PLC、局域網、現場控制網完成。（1）車站機電設備監控對象有：通風空調系統、照明導向系統、給排水系統、電扶梯系統。（2）監視和記錄車站典型區域測試點的溫度

3、、濕度、二氧化碳、照度等環境參數。（3）對于所有的監控設備，可以實現單獨控制和各種模式手動和自動控制。（4）接受FAS的指令，控制車站通風空調及相關設備轉入災害模式運行。（5）通過過程控制算法，控制車站通風空調系統，調節站內的環境參數，保證車站環境的舒適性，同時實現最大限度的節能。1.1.3.就地級功能就地級功能主要通過BAS設置在各處的PLC、RIO、儀器、儀表等現場設備實現。（1）能對單臺設備進行就地控制，滿足設備的現場調試要求。 （2）能實現對現場信號的采集、信號的轉換和控制信號的輸出。（3）具有智能通信接口的各個現場設備通過現場總線和控制器相連接，實現數據的通訊。（4）豐富的通信接口，

4、用以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。 1.2設備組成1.2.1中央級設備BAS中央功能主要通過設置在中央級的交換機、服務器、工作站實現，交換機主要用于各設備接入全線公用網絡，全線公用網絡為全線各車站、各專業公用，由其他通信傳輸專業提供。BAS在中央級的應用軟件可以根據不同的用戶需要選用不同的軟件平臺，在廣州地鐵的實際應用中，因為有綜合監控專業，BAS專業在中央級的功能要求不高，西安地鐵采用了AB公司的RSview32軟件。在南京地鐵的實際應用中，BAS在中央級的要求較高，采用的是Wonderware軟件平臺，在控制中心可以滿足20萬點的監控要求。1.2.2車站級設備在

5、車站級主要設置PLC、工作站、交換機、打印機等設備。BAS在車站級設置工業級局域網來實現車站級功能，可以采用工業級以太網或現場總線。廣州和南京的應用中均采用了光纖冗余環網的方案，通過分別設置在兩個光纖環網的上的交換機，來實現車站各個數據點的通信，西安地鐵二號線采用的是工業級局域網。根據不同的用戶需求，地鐵車站一般可以劃分為三個主要數據點，分別是車站設備區的兩端（A、B兩端）、車站控制室。這三個主要的數據點，通過車站局域網進行連接。A、B兩端主要完成本端設備的監控，車站控制室設置緊急后備盤（IBP盤），在緊急情況下，通過設置在IBP盤上的按鈕來啟動相應的災害模式或者重要的設備，同時也可在IBP盤

6、上設置指示燈，來監視設備、模式的運行狀態。BAS專業需要在車站控制室設置PLC或者IO來接受IBP盤控制按鈕的指令，并給指示燈反饋狀態。設置在A、B兩端的PLC監控了車站的主要設備，要求有較高的可靠性，一般均要求采用熱備冗余的PLC系統。在廣州地鐵4號線EMCS中，使用的是AB公司的ControlLogix冗余PLC系統，在南京地鐵2號線BAS系統中，使用的Schneider的Unity Quantum 67160冗余系統，西安地鐵采用了AB公司的PLC系統。 1.2.3就地級設備就地級設備主要包括PLC、遠程IO、通信模件、傳感器等。BAS通過設置在各系統末端（風系統、水系統、公共區）的傳感

7、器采集車站主要的環境參數。BAS通過設置在就地的遠程IO控制箱中的DI、DO、AI、AO模塊監控通風空調系統、照明配電系統、給排水系統的設備。對于某些專業的設備，需要采用數據接口進行通信，則BAS設置相應的數據接口設備，例如，UPS、EPS、電扶梯、安全門、變頻器、時鐘、信號、FAS等專業或設備在實際應用中采用數據接口（Modbus RS485、Modbus TCP或其他）與BAS專業進行通信。設置在不同區域的遠程控制箱通過現場總線接入設置在車站A、B兩端環控電控室的主PLC中。IBP的按鈕、指示燈通過硬線接入設置在車控室的IBP控制器IO上。 1.2.4各級設備在BAS系統中接口方式（1）硬

8、線接口通過硬接線的方式接入BAS系統（RIO），包括開關量、模擬量，例如照明、導向、溫濕度傳感器。（2）通信接口通過數據總線的方式接入BAS系統，例如變頻風機、UPS、應急電源等系統。接口協議一般采用通用、開放、標準協議，如Modbus、Modbus TCP/IP，各PLC廠家總線協議等。接入綜合監控系統的接口采用Modbus TCP/IP。西安地鐵典型系統結構圖（見下圖）1.3系統使用過程中的控制邏輯設置1.3.1權限設計從設備到OCC的控制權限可以分為以下五個：（1）非BAS/BAS；（2）IBP盤允許/禁止；（3）FAS指令（僅是在火災報警時有效）；（4）車站綜合監控工作站允許/禁止；（

9、5）OCC綜合監控工作站允許；1.3.2車站控制級邏輯1.3.3模式運行（1）正常模式的執行正常模式的指令來源有：車站綜合監控工作站點動、OCC綜合監控工作站點動、時間表形式發出的模式指令。（2）火災模式的執行火災模式的指令來源分為：FAS報警指令、IBP盤按鈕指令、車站綜合監控工作站點操指令、OCC綜合監控工作站點操指令。（3）阻塞模式的執行阻塞模式的指令來源為：OCC綜合監控工作站指令（含與信號系統的聯動模式提示框的點動），在任何狀態下阻塞模式的啟動和解除都需有OCC運營人員參與。阻塞模式解除后區間隧道模式進入正常工況模式。2.主要施工程序及施工注意事項2.1.主要施工程序環境與設備監控系

10、統的施工跟配電系統的施工均屬于電氣施工的范疇，所以有類似部分。主要工序基本相同，都包括電氣配管、電纜橋架架設、電纜穿管、配電柜控制柜安裝。不同的是終端設備不同，電纜的種類和功能差別也很明顯。2.2施工注意事項（1）由于弱電系統電纜中主要以信號電壓或信號電流為主，因此對于電纜抗干擾要求極高。而地鐵系統中各種機電設備如機車、變電站、風機、變頻器、信號器、電信設備等構成了一個及其復雜的電磁空間。可是說抗干擾是我們弱電工程中決定工程成敗的關鍵因素。所以必須時刻保持敏銳的注意力，嚴格執行規范要求，堅決做好電磁防護工作。弱電系統接地方法及注意事項（2）弱電系統的接地，按用途分有保護性接地和功能性接地。保護

11、性接地分為：防電擊接地、防雷接地、防靜電接地和防電蝕接地；功能性接地分為：工作接地、邏輯接地、屏蔽接地和信號接地。不同的接地有不同的要求，應按設計決定的接地施工。2.3設備安裝及調試注意事項調試必須具備的條件BAS系統的全部設備包括現場的各種閥門、執行器、傳感器等全部安裝完畢、線路敷設和接線全部符合設計圖紙的要求。BAS系統的受控設備及其自身的系統不僅安裝完畢，而且單體或自身系統的調試結束；同時其設備或系統的數據必須滿足自身系統的工藝要求，例如空調系統中的冷水機組其單機運行必須正常，而且其冷量和冷凍水的進出口、進出口水溫等必須滿足空調系統的工藝要求。BAS與各系統的聯動、信息傳輸的線路敷設等必

12、須滿足設計要求。調試步驟單體調試包括：BAS的IBP控制盤、環控電控柜、就地控制箱與現場設備（溫（濕）度變送器、流量計、壓力/壓差變送器等的單體調試。系統調試包括：系統單體設備調試、BAS站級、中央級設備聯調、聯動相關系統聯調等幾個階段。PLC功能調試第一步、關閉中央監控主機、數據網關（包括主機至PLC之間的通訊設備），確認系統及受控設備運行正常后，重新開機后抽檢部分PLC設備中受控設備的運行記錄和狀態，同時確認系統框圖及其它圖形均能自動恢復。第二步、關閉PLC電源后，確認PLC及受控設備運行正常，重新受電后確認PLC能自動檢測受控設備的運行，記錄狀態并矛以恢復。第三步、PLC抗干擾測試：將一

13、臺干擾源設備（例如沖擊電鉆）接于系統同一電源，干擾設備開機后，觀察PLC設備及其它設備運行參數和狀態運行是否正常。系統功能驗證調試基本完成時需要逐項驗證站級監控系統主要功能：（1）對本車站及區間隧道的通風空調系統、防排煙系統、給排水系統、自動扶梯、照明系統、車站事故照明電源等設備進行監視和控制，并對故障進行報警。（2）監視和記錄車站典型區域測試點的溫度、濕度等環境參數。（3）對于所有的監控設備，可以實現單獨控制、聯鎖控制和各種模式手動和自動控制。（4）彩色動態和多級顯示等功能是否明確、生動。（5）將車站被控設備運行狀態、報警信號及測試點數據及時送至主控系統，并接受主控系統的各種監控指令和運行模

14、式。（6）接受車站級FAS的指令，控制車站通風空調及相關設備自動或手動轉入災害模式下運行。（7）當監控站出現故障時，可以通過緊急控制盤IBP，控制通風排煙設備按災害模式運行。（8）車站控制系統具有PID控制、智能控制等先進控制功能。（9）利用不同的操作密碼，實現不同級別的操作權限。（10）在車站控制室的監控工作站上，所有的報警信息具有聲光報警，并有故障確認功能：系統有數據、時間、確認和處理等記錄。（11）在火災發生時，按照消防的要求在照明配電室切斷與消防無關的電源的。（12）監視車站大系統水系統的參數及相應冷站設備的支行參數和狀態，實現對車站大系統的控制。（13）控制器可對車站級大系統空調設備

15、進行運行模型的焓值控制和優化控制。（14）當供電電源中斷后，控制器將根據規定的情況停止相關設備操作，當電源的恢復供應后，控制器即時自動根據適當程序重新啟動。（15）當設備“冷”開啟后，控制器可收集到相關監控設備的狀態。（16）系統自診斷程序可以監視每一個模塊、UPS和網絡的運行情況，當出現故障時發出報警。同時將故障的信息傳達至車站設備監控系統監控工作站。（17）就地級PLC控制器能對單臺設備進行就地控制。就地級控制箱RI/O實現狀態監視信息的采集、信號的轉換和控制信號的輸出。3.系統運營控制3.1控制軟件介紹西安地鐵2號線監控系統軟件由南瑞公司開發，該軟件具有模塊化、易擴充性、分布式體系結構等

16、特點，某一任務的故障不影響其他任務的正常執行，其主要包括以下功能：（1）基于事件的處理；（2）支持10M/100M以太網連接；（3）自動采集、儲存、顯示歷史數據，顯示過程趨勢；（4）具有趨勢顯示工具，支持實時及歷史趨勢圖在同一畫面顯示；（5）具有報警及信息管理，提供報警區域選擇、報警過濾等功能；（6）具有時實故障滾動畫面；（7）時間事件及間隔的數據抽取；（8）靈活的報表功能，支持實時報表、打印功能；（9）數學及邏輯運算和擴展編程功能；3.2現場控制管理BAS現場控制級由主、從PLC控制器（均冗余配置）、RI/O、各類通信轉換接口模塊、現場總線、各類變送器和調節閥、不間斷電源（UPS）等組成。（

17、1）可現場設置控制器通過低壓智能模塊可以對隧道風機、軌道排熱風機、相關風閥、電動蝶閥、新風機、送風機、回/排風機、排煙風機、組合式空調機等設備進行監控、啟停等管理。（2）設置熱焓值，對車站通風空調設備進行運行模式的優化控制，從而達到節能的目的。（3）通過與綜合監控系統的通信接口，將車站被監控設備運行狀態、報警信號及測試點數據及時送至綜合監控系統，并接受中央級和車站級綜合監控系統下達的各種監控指令。（4）火災情況下，通過與FAS的通信接口接受FAS的指令控制車站通風空調及相關設備轉入災害模式下運行，從火災模式到正常模式的轉換，需現場確認并手工操作。（5）可設置現場變頻器來實現組合式空調機、回排風

18、機、軌道排熱風機進行監控及管理。（6）電梯通過硬線方式，經RI/O及現場總線連接到BAS控制器，實現對電梯運行狀態的監視以及對電梯緊急情況下的運行控制。（7）照明、導向設備、二通調節閥及各類變送器，通過硬線方式，經RI/O及現場總線連接到BAS控制器，從而實現對環境參數的采集和對照明、導向設備及二通調節閥的監視、控制及管理。（8）給排水水泵通過硬線或通信方式，經RI/O連接到BAS控制器，從而實現對水泵的運行狀態的監視、設備故障和水位的報警以及緊急情況下通過設置在IBP盤上的按鈕對區間排水泵的遠程手動緊急啟動控制。（9）BAS在相關設備、管道、公共區、設備用房設置各類變送器，并通過RI/O實現對相關環境參數信息的采集。A.室內溫、濕度變送器分別設置在站廳和站臺墻壁或天花板、設備管理用房墻壁上，用于測量各位置的環境溫度、濕度。B.風管式溫度、濕度變送器分別安裝于各類風道和風室，用于測量空氣的溫度、濕度。C.CO2濃度變送器設置在站廳和站臺天花板上，用于測量站廳、站臺空氣環境的CO2濃度。3.3控制優化（1）照明控制優化。在車站正式運行后，通過運營管理人員長時間的統計和分析。可以制定一個更為合理的車站照明管理模式。比如對公共區不同區域對光照的需求，可以適當的增加或減少照明燈具的投入數量，或者廣告照明的開閉時間。（2）通風、空調系