PLC技术在城市轨道交通BAS系统中的应用
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摘 要：文章介绍了plc技术在城市轨道交通bas系统中的应用情况，给出了系统结构、主要功能及主要技术指标。各项性能符合系统要求，具有应用推广价值。
关键词：城市轨道交通；PLC技术；环境与设备监控系统
1 概述
目前，我国已经有79个城市开展了城市轨道交通规划，2020年，规划总里程将达到1.4万公里。截至到2015年底，国内城市轨道交通实现运营线路的总里程已经超过3000公里，城市轨道交通本身具有大运量、快速、准时、安全、占地面积小、环境污染少、运营成本低、舒适度高的特点，越来越受到人们的青睐。建设城市轨道交通已经成为我国大中城市解决交通拥堵，促进城市发展的有效途径。
轨道交通环境与设备监控系统（BAS）是城市轨道交通综合监控系统（ISCS）的重要组成部分，主要负责地铁建筑物内的环境与空气条件、通风、给排水、照明、乘客导向、自动扶梯及电梯、屏蔽门、防淹门等建筑设备和系统进行集中监视、控制和管理的系统。在发生意外情况如火灾、地震等能快速进入防灾运行模式，自动控制相关机电设备进入到紧急应对状态，提高列车运行的安全性。根据地铁环境自动控制车站及区间空调通风系统运行方式，降低了设备运行能耗，节约了运营成本，提高了旅客舒适度，为地铁的安全运营提供了重要保障。
BAS系统应具有智能化、可扩展、调试维护方便等特点，能实现集中控制、分散控制，应具有中央级监控系统、车站级监控系统及现场控制级设备。PLC技术在BAS系统中的应用使系统功能更加完善，实现了远程控制；增加了模块扩展功能，直接与ISCS系统连接，与其他系统实现信息共享；自动控制设备运行，降低了运营维护成本，提高了系统工作效率。
2 系统构成
由于城市轨道交通BAS系统的重要性，需要实现控制中心远程控制与现地控制相结合，智能化、自动化程度较高，提高了轨道交通运营的安全性与舒适性，其系统结构如图1所示。主要包括由控制中心OCC环控工作站，车辆段维修中心及车站（停车场）站级BAS系统，各个系统间通过光纤传输链路相连，组成总线形或环形信息传输网络，站级BAS系统向OCC控制中心工作站实时传送故障自检、设备状态信息及运行信息，并接收执行相应控制命令。信息传送速率通常为2Mbps，通过RS485接口与主机相连，BAS系统通过代计算机技术、PLC自动控制技术、软件技术实现对车站各类机电设备的智能化控制。
站级BAS系统结构如图2所示，BAS冗余PLC主控制器通过RS485接口与其他设备相连，通信协议为多点接口标准通信协议，接收BAS系统控制指令的同时向BAS系统传输设备运行状态信息。
在车站控制室内，由2台S7-400型PLC主机构成BAS系统车站主控制器，通过现场数据总线接收来自于设备的运行状态信息，接收控制中心OCC环控工作站的控制命令。
车站综合监控设备由主机、显示器、键盘、鼠标、打印机等硬件与控制软件组成，能及时接收主控制器相关数据信息，供车站值班人员参考保存。
站内数据传输网络采用主备冗余形式，增加了系统的可靠性及安全性。站内局域网采用光纤交换机构成的双以太自愈网，通信速率为10Mbps。采用光纤通信使系统的抗电磁干扰性能增强，做到了设备之间的电隔离，提高了系统的性能。
3 系统设备
3.1 PLC
控制中心OCC环控工作站控制器及车站级BAS控制系统PLC采用西门子公司生产的S7-400处理器模块。S7-400采用模块化无风扇设计，适用于可靠性极高的大型复杂控制系统。S7-400提供了多级别的CPU模块和通用功能模块，可灵活组合，自由扩展，具有运行速度高、存储能量大、I/O扩展能力强、通信能力高、诊断功能全、电磁兼容性能好、抗震动抗冲击能力强等特点，并且具有HMI服务，用户可以通过HMI服务定义源和目的地址，自动传送信息。S7-400采用STEP软件编程语言，能够实现在线编辑，就地进行被监控设备调试。
冗余模块的设计是为了系统工作的可靠性，当一套PLC设备故障时，另一套PLC设备维持工作的稳定性和连续性。
S7-400处理器模块主机通过使用MPI通信协议的RS-485接口，在不需要附加任何硬件、软件和编程的前提下建立一个MPI网络。采用FEPROM存储卡，具有掉电保护功能，不会将数据丢失。
STEP软件编程语言功能强大、使用方便其功能块图和梯形图编程语言符合IEC61131标准，共有350条指令，适应城市轨道交通BAS控制系统的要求。
3.2 输入/输出接口模块
模拟量输入/输出模块SM334和SM335主要用于连接车站空调通风系统、隧道通风系统、给排水系统、照明系统等终端监控器的连接，用于采集终端监控器数据信息，并且向终端设备传输控制指令。
数字量输入/输出模块SM232，输入输出均为16点，输入输出均为16点，额定电压为DC24V，输入电流为7mA，通过光耦合器与背板相连，采用晶体管型输出电路，有电子保护功能，主要作为控制中心OCC环控工作站控制器与车站级BAS控制系统的接口使用。
3.3 通信网
BAS主系统采用TCP/IP协议，网络传输速度为2Mbps，车站局域网采用光缆，使用MPI通信协议。符合国际通信标准要求，保证了数据传输速率。
4 系统功能
（1）BAS系统与设备之间实现集成对接，实现网络构架的标准化。（2）实现了对空调通风系统、给排水系统、照明系统、电梯及自动扶梯系统、乘客导向系统、屏蔽门系统、防淹门系统等设备的运行状态监测，有效控制机电设备的运行，节省了运营成本，提高了运营安全型与舒适性。（3）提高了运营管理水平与服务水平。
5 主要技术指标
5.1 数据传输速率
车站级BAS局域网数据传输速率为10Mbps，控制中心OCC环控工作站控制器及车站级BAS控制系统之间通信传输速率为10Mbps。
5.2 系统响应时间
控制中心OCC环控工作站响应时间小于1秒，车站级BAS控制系统响应时间小于0.5秒。
5.3 可靠性
控制中心OCC环控工作站大于十万小时，车站级BAS控制系统大于1万小时。
6 结束语
采用功能强大的PLC作为城市轨道交通BAS系统进行组网是一种可取的解决方案，提高了对环境及机电设备监控的有效性和安全性，提高了工作效率，有模块拓展功能，能够与时俱进，今后一定会在城市轨道交通其他领域发挥更大的作用。
参考文献
[1]GB50157-2003.地铁设计规范[S].北京：中国计划出版社，2003，8.
[2]王文荣，汪文功.基于施耐德PLC的轨道交通环境控制解决方案[J].智慧工厂，2009，3.
[3]陆曙东，王靖，张君.PLC在城市轨道交通FAS联动系统中的应用[J].电气自动化，2008，10.
作者简介：谭丽娜（1982-），女，吉林长春，长春职业技术学院，讲师，研究方向：信号与通信技术。
白冰（1981-），男，吉林长春，长春职业技术学院，讲师，研究方向：自动控制。