地铁BAS系统的新技术

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摘 要：随着社会经济的不断发展，新型城市交通―地铁得到了广泛的应用。应用不断进步的自动化控制技术，对地铁机电设备进行集中控制和管理，为地铁高安全运行提供了可能，保障了地铁环境的安全、舒适。该文基于此对地铁bas系统的应用和新技术进行了研究。

关键词：地铁BAS系统 新技术

中图分类号：U29-39文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（a）-0106-03

城市地铁具有快速、安全、运载能力强的优点，是解决城市交通拥堵最有效的手段之一。地铁车站内及运行沿线分布着大量的机电设备，他们担负着维护地铁运行安全和营造舒适乘车环境的责任。由于机电设备种类数量多，分布广，控制要求复杂，加上地下的恶劣条件，光靠人力无法完成，于是需要用到BAS监控系统。如今，地铁BAS系统采用现代计算机技术实现对地铁机电设备的监控功能，保证地铁安全运营。下面以北京地铁六号线对地铁BAS系统采用的新技术进行研究。

北京地铁六号线的BAS系统采用PLC对车站通风空调系统、水系统、照明系统、给排水系统、区间系统、电扶梯系统、智能水表和传感器进行监控和报警。

1 BAS系统的作用和功能

1.1 地铁BAS系统的作用

对全线的车站及区间的机电设备进行监控和控制，促使各个机电设备安全、高效、合理地运行，保证地铁车站及区间的环境的良好舒适，同时达到要求的节能效果，并在发生突发事件如火灾时控制机电设备进行要求的相应动作，保证地铁环境的安全。

1.2 北京地铁六号线BAS系统的主要功能

（1）监控全线各车站通风空调设备的运行。

（2）监控全线各车站照明设备的运行。

（3）监控全线各车站给排水设备的运行。

（4）监控全线各车站冷水设备的运行。

（5）监控全线各车站电扶梯设备的运行。

（6）监控全线区间隧道通风设备的运行。

（7）统计车站机电设备运行时间和运行次数。

（8）对机电设备故障进行报警。

（9）监测全线各车站环境的温湿度、CO2参数。

（10）接受FAS系统火灾报警信号，触发BAS系统灾害运行模式，控制环控设备按灾害运行模式运行。

（11）与综合监控服务器对时，保证BAS系统时钟同步。

（12）根据运营需要，可通过综合监控平台对机电设备进行控制和变更模式。

2 北京地铁六号线BAS系统的结构

车站BAS通过冗余通信接口与综合监控系统连接，将信息集中上传至综合监控系统，实现BAS在综合监控系统中的集成。BAS网络采用分层分布式现场总线结构，由主控制器（冗余PLC）、远程I/O设备、现场总线、各类传感器等设备组成。整个车站的BAS系统由东、西两端共两套PLC环控柜及现场机房旁若干个远程控制箱及控制柜（不同车站具体数量不相同）组成。整个网络采用MB+总线连接而成。

3 北京地铁六号线BAS系统采用的新技术

北京地铁六号线BAS系统采用MB+网络结构。MB+网络是Modbus Plus网络的简称。Modbus通信协议是基于RS-485总线网络开发的一种通信协议，是工业控制网络中对自动化控制设备进行访问控制的主从式通信协议。由Modicon公司开发，广泛应用于工业控制领域，是一种比较典型的通用串行协议。其特点：通信速率可达19.2kbps，物理接口符合EIA-485规范，组成一主多从的单主机控制网络，主节点可通过逐一访问的轮询方式访问从节点，并且要求从节点返回应答信息，也可以对所有从节点进行广播式通信，通过简单的通信报文完成对从节点的读写操作。

Modbus通信协议分为RTU和ASCII两种报文帧格式，采用RTU格式是以传递一段不短于3.5倍的字符发送时间的空闲时间开始，一般多取4T，同样以4T的标志表示结束。而采用ASCII格式的报文则是以冒号"："开始，以两个回车换行符结束，中间为协议内容。一般来说，RTU格式应用比较广泛，RTU报文格式：RTU报文以T1～T4作为报文开始和结束的标志，中间包括依次有：（1）地址域（8位），是被查询的从节点的地址，有效范围是0～247，0为广播地址。（2）功能域（8位），用于说明从节点要完成的功能，有效编码为1～255。（3）数据域（n个8位）是状态数据，I/O值或其他测控信息。（4）校验域（16位），帧校验多采用CRC循环冗余校验，从地址域开始对所有数据进行校验。从节点正常应答是发送相同的报文帧让主节点做确认，包括有：从节点地址，前导标志码，返回数据，功能确认，校验码和帧结束码。

Modbus Plus是Modbus的改进版，网络规范有很多不同于Modbus的地方，性能也有很大的改进。Modbus Plus也有ASCII和RTU两种帧格式，其中ASCII的报文格式依次为：开头码（1字节），地址（2字节），功能（2字节），数据（n字节，n=

Modbus Plus具有较高的传输速率，最高可达1Mbps，传输介质为屏蔽双绞线时，不采用中继器最多可以连接32个设备，支持网段之间采用网桥连接形成更大规模的网络。Modbus Plus除了有主从方式之外，还有令牌环方式。网络上的节点作为逻辑环的一个点，通过获取令牌来取得总线的控制权，传递顺序有节点地址决定，从最低地址开始传递，至最高的结束，循环一周之后重新开始，令牌只能在本网段传递。

Modbus Plus网络的典型应用主要包括网络控制、数据采集、信号监测、程序上载/下传、编程、远程测试等。

Modbus Plus网络可有3种配置方式，本地I/O，也叫主站，远程I/O（RIO）称为分站，分布式I/O（DIO）；CPU配置在主站，主站最多可以配置14个I/O模块或其他模块；每个CPU可配置的RIO最多31个远程I/O（RIO）对等节点，不带中继器的通信距离为457m，每个RIO可配置成单或双电缆方式。当采用DIO时，每个CPU可配置最多3个分布式网络，每个网上（采用一个中继器）最多可有64个分站，使网络最大扩展到1828m通信距离；每个DIO可配置成单或双电缆方式。

北京六号线BAS系统采用RTU格式，配置双电缆方式进行通讯。北京六号线BAS采用施耐德的PLC，主CPU配置MB+总线模块140NOM21200，从站配置MB+接口模块TCSEGDB23F24FA，主站与各从站通过MB+TAP接头用MB+双电缆连接而成。在实际工程中，MB+网络结构与以太网相比，调试与维护都比较麻烦，下面对MB+网络的调试方法和维护手段进行介绍。

MB+接口模块TCSEGDB23F24FA，以下简称SEG网关，如图1所示。

数字4所示的三个灯与网络状况有关，ERR-A和ERR-B为网络指示灯，颜色为红色，分别显示A网和B网的网络状态。若网络指示灯常灭，则表示网络通讯正常或中断，此并不能作为判断网络状态的依据，需与后文提到的网络状态灯结合参考；若网络指示灯常亮，则表示网关没有MB+通讯；若网络指示灯闪烁，则表示网络故障。这里需要注意网络指示灯闪烁并不代表此节点上网络故障，仅代表整个MB+网络有故障。中间的灯MB+ ACT叫网络状态灯，颜色为绿色，是判断网络状态的主要依据。若网络状态灯常亮，则表示MB+地址无效，此时应检查网关拨码地址；若网络状态灯快速闪烁，约6次每秒，则表示MB+活跃，网络正常；若网络状态灯闪烁1次每秒，则表示本节点在离线监视状态。在此状态下，此节点可以监听到其他活跃节点，但无法传输数据；若网络状态灯闪烁2次，停2秒，则表示此节点可以发现网络上的其他节点的令牌传输，但不接受数据；若网络状态灯闪烁3次，停1.7秒，此节点无法发现网络上的令牌传输；若网络状态灯闪烁4次，停1.4秒，则网关发现一个重复地址。那么在实际工程中，通过网关指示灯状态，我们可以分析网络状态，确定网络故障情况。从整个网络来看，为什么要从整个网络来看呢，根据实际经验来看，单一节点的网络状态并不能充分反映该节点的网络状况，不能作为判断依据，下面将进行具体分析。从整个网络来看，若所有节点的网络状态灯快速闪烁，A、B网络指示灯常灭，则表示网络通讯正常。此时，若出现A、B网络指示灯其中任一个常亮的情况，这里假设A常亮，则表示整个A网中有一个和多个断点，通常来讲应该是所有节点的A灯均常亮，至于找出断点的方法后面再做分析。前面是网络正常的唯一情况，若出现任一A、B灯常亮，则表示网络有故障，下面对网络问题的查找方法进行详细分析。

由于网关指示灯只能在全线网络正常时作为依据，在网络有故障时并不能通过指示灯判断故障点，所以大多数时候网关指示灯只能作为初步参考，并不能得出结论。但是，还有一个工具能够精确地反映网络状态，而且具有较高的准确性，下面进行介绍。我们可以用IE浏览器登录到SEG网关上，登录方法这里就不做介绍了。登录之后，我们可以对网关进行配置，这里我们需要用到的是网关的网络诊断功能。在这里面可以看到整个网络的所有节点和A、B网的ERROR计数。通常来讲，网络正常的话，A、B网的ERROR计数必定是0或者是个位数，如果是个位数，通常是因为MB+未有效接地，有干扰信号造成的。而如果ERROR计数很大但并不增加，此时网络也是正常的，只需重置一下就可发现ERROR计数保持0。这是因为以前有网络不通的情况，ERROR计数还保持在里面。通过ERROR计数可以对网络状态进行判断，网络正常还是网络故障，A网故障或者B网故障或者双网故障。这里要注意，如果是单网故障，一定要保证A、B网没有串接，这是前提。下面对几种情况进行分析。第一种，整个MB+网络有通讯，单网有故障，此种情况最好处理，必定有故障的网络上有断点。此时在网络上的第一个节点登录网关SEG，将没有故障的网络的出线断开，观察网络节点情况。此时，网络节点必然比实际的少。假设一共有6个节点，5和6看不见，则必然4和5之间是断点，此时检查4与5之间的接线和模块，便能迅速地找到问题，进而消除故障。这是最简单的一种情况，一般出现在维护期间，由于人为碰触所造成的。而在工程前期，通常会出现这第二种情况，整个MB+网络有通讯但不稳定，A、B网均有故障，此时表现为部分节点的ERR-A或ERR-B灯常亮或闪烁，这是最常见也是最棘手的故障情况，前面也提到，这里不能认为ERR-A或ERR-B灯常亮或闪烁的节点有问题，而只能从整个网络来查问题。此时在网络任一节点登录网关SEG，可以看到全部或部分节点，必然有部分节点闪烁，时有时无。此时，极有可能是MB+电缆有接错或接触不良。这里补充一下，MB+电缆为3芯线，一蓝一白一地，蓝线和白线为信号线，不能接反。在实际工程中，若蓝白线接反，或者有蓝白线任一断裂的情况，便会产生上面一种故障情况。此时没有什么快速的方法，只能对MB+电缆进行一一查验，确定故障位置。这里有一个窍门，由于信号传输必然是一条线，则信号线从第一个节点到最后一个节点理论上应该是通的，分别对A、B网的蓝白线进行检查，找出断点即可。第三种情况，部分节点的ERR-A或ERR-B灯闪烁，此时在网络靠前节点登录网关SEG，看不到靠后的节点，

在网络靠后节点登录网关SEG，看不到靠前的节点，此时分两种情况。第一种，网络通讯距离过长，这里要注意，MB+的总线传输距离是450 m，超过这个距离网络数据可能发生不稳定的情况，而在实际工程中，由于接地不良或是网络线屏蔽性不佳，往往在420 m以上就会发生信号不稳定的现象，此时的解决方法是添加网络中继器，便能将整个网络通讯长度增长到900米。第二种情况，MB+网络需在TAP接头上设置首末端，首端短接电阻，末端短接电容，如果出现首末端未短接好的情况，则可视为没有首末端，即网络通讯距离成了无限大，结果故然与上一种情况类似。所以实际情况下，发现第三种故障情况时，先考虑通讯距离是否过长，如果少于450 m，则检查首末端，问题迎刃而解。

主CPU没有配置MB+接口模块TCSEGDB23F24FA，而是配置的MB+总线模块140NOM21200，这个也能显示网络状态，而且更加准确。Modplus+灯为绿色，快速闪烁表示网络通讯存在，慢闪，间隙时间长则表示没有通讯。同样，140NOM21200也有两个ERROR指示灯ERROR-A、ERROR-B，为红色。这两个ERROR指示灯未亮起，网络正常；如果ERROR指示灯常亮，则网络必有断点；如果ERROR指示灯闪烁，则网络故障比较复杂，只能查线。

140NOM21200的ERROR指示灯能清晰的反映网络状态，可以作为判断依据，并不像从站的网关SEG，需要从整个网络来判断。通过140NOM21200的ERROR指示灯能准确地确认网络是否有断点或者接线错误，如果ERROR指示灯常灭，但从站有部分网关SEG显示网络故障，则可断定此时一定是网络距离过长或者MB+首末端未做好。所以，一般来说，查网络故障都是先看主CPU。而且，通过编好的程序，也能从主CPU上看到哪些节点的数据没有传输上来，这个实际上类似于通过登录网关SEG查看网络节点。其实，两者本来就殊途同归，因为主CPU本来就是通过网关SEG向从站收发数据的。

由于地铁环境的复杂性和特殊性，对车站设备的控制要求往往比较高，不及时不合适的控制可能会造成设备损坏甚至酿成事故。因此，今后需要在根据地铁的实际情况，合理配置系统，完善系统功能，不断应用新技术，提高BAS系统的有效性和稳定性。

参考文献

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