概述
隨著經濟實力的增長，國家正在大力發展城市軌道交通。由于地鐵的環境非常特殊，客流量十分大，地鐵的安全性，舒適性及穩定性是對地鐵運營狀況的最重要的考核指標，因此地鐵車站對通風、消防、空氣調節等監控系統的要求非常高，工業化邏輯控制器的產品指標、網絡性能等對整個系統的安全平穩運行至關重要、不允許有半點差錯。本文根據廣州地鐵二號線的EMCS系統實際工程經驗，介紹GE Fanuc 的系列90-30 PLC、VersaMax、HMI等產品在廣州地鐵EMCS監控系統中的應用方案
廣州地鐵二號線，線路總長23公里，全線共設20座地下車站，地下車站大系統的空調冷源采用集中供冷的方式、所有車站的站臺設置屏蔽門。車站設備監控系統（EMCS）組成中央、車站、就地三級控制系統，使車站設備監控系統對全線20個車站的通風空調系統設備、給排水設備、自動扶梯、車站公共區照明、廣告照明、車站事故照明電源、屏蔽門、防淹門等機電設備進行全面、有效的監控和管理，確保車站設備處于高效、節能、最佳運行狀態，創造一個安全舒適的地下環境，并能在火災或列車阻塞事故狀態下，指揮控制車站設備進入救災模式，保證乘客的安全和設備的正常運行。
系統結構廣州地鐵二號線的通訊網絡由三層環網組成：全線光纖大環網、控制中心（OCC）子環網、20個車站的站
地鐵全線光纖大環網
通訊專業提供OTN光纖大環網，OTN網絡支持冗余技術，在網絡某處斷開或節點失效的情況下，可以自動改變數據流向，保證數據的正確傳輸。在每個車站的通訊設備房及控制中心（OCC）通訊設備房為EMCS系統留有一個10M的以太網，與車站子網、OCC子網等實現通訊連接，通訊協議為TCP/IP。
OCC光纖子環網
控制中心（OCC）各處設備由光纖環網組成，構成計算機局域網絡，具體配置如下：
• 兩臺冗余服務器，各安裝GE Fanuc 公司的Cimplicity HMI Server冗余服務器軟件，負責數據采集和處理、歷史數據記錄及網絡維護的功能，當主機出現故障的時候，可以自動過渡到從機上。
• 兩個監控工作站，安裝 Cimplicity HMI View 人機界面軟件，供環調人員操作。
• 一臺大背投計算機，負責大背投屏幕的畫面顯示和切換。
• 一臺維修工作站，安裝開發版人機界面HMI軟件，同時安裝PLC監控軟件VersaPro 通過以太網，可以遠程對任何一臺PLC進行編程、監控和維護。
• 一套與軌道電路信號、同步時鐘信號接口進行通訊的PLC90-30 完成行車位置信號、時鐘信號的采集及全線網絡PLC和計算機對時同步。
車站內光纖子環網
網絡連接的設備包括：
• 車站內車控室監控計算機，由車站人員對設備進行操作和顯示。
• 車站A端冗余PLC及I/O機架，負責A端ECS設備的邏輯控制。
• 車站B端冗余PLC及I/O機架，負責B端ECS設備的邏輯控制。
• 消防信號（FAS）用PLC，負責火災信息接口。
• B端導向控制PLC、負責導向疏散指示燈的邏輯控制。
• BS控制器PLC，負責BS系統邏輯控制。
地鐵環境下對設備的穩定性，抗干擾性要求非常高，在任何一個防火分區發生火災時，要求模式啟動和設備動作要足夠快。車站內部設計成環型工業光纖以太網，支持冗余網絡方案。車控室、A端環控室、B端環控室等各處以光纖連接，可以避免車站內電力機車的強電磁干擾對系統通訊的影響。車站兩端配置獨立的控制器，其中央處理模塊為CPU364，CPU模塊、電源模塊、通訊模塊、機架等均為冗余配置，保證對每個車站2000個設備監控點的高效安全控制。PLC主機配置10M以太網口，各PLC之間、PLC與計算機之間通過TCP/IP協議相互傳遞信息，并通過通訊專業的接口，與控制中心（OCC）進行數據和指令的傳輸
工業現場總線
PLC與現場分布式I/O機架通過GE 公司的GENIUS 工業現場總線連接。GENIUS 具有優良的傳輸特性，三取二的糾錯功能，較高的傳輸速率，其優越的抗干擾性在本工程中得到突出的發揮：在傳輸速率為153.6K，通訊長度普遍超過1200米，甚至達到1500米，有電力機車近距離干擾的惡劣條件下，所有車站的GENIUS現場總線均正常穩定的工作，不受任何干擾。
遠程I/O為VersaMax 系列模塊，在地下極為潮濕，模塊表面結露水的情況下，依然能正常工作，業主十分贊嘆GE 的產品質量。
通訊接口
9030PLC與其他專業有各種通訊接口，GE 的PCM模塊提供了多種可編程接口協議，協議的開發也非常方便。接口包括
• 時鐘接口
• 軌道信號接口：軟件協議是3964R
• 冷水機組接口：Modibus軟件協議進行通訊。
• 屏蔽門接口：雙方接口采用RS485方式，自行開發軟件協議進行通訊。
• 防淹門接口：雙方接口采用RS485方式，自行開發軟件協議進行通訊。
系統功能
控制中心計算機和車站計算機對所有區間隧道和各車站的設備進行監控，根據不同的操作權限和口令，實現中央級、車站級的分級控制，自動和手動操作完成通風、空調、消防、突發事故、以及照明、疏散等運行模式。在維修工作站和OCC工程師站，維護工程師能夠通過網絡對所有PLC和計算機進行遠程監控和調試，大大減少了維修工作量。
通風模式控制：正常運營情況下，根據站內和站外的環境溫度、濕度、焓值進行全新風、小新風、空調等運行模式的運行和切換
消防模式控制：在車站火災、區間隧道火災時，按照消防規范，自動或人工啟動通風、排煙模式、啟動疏散指示
時間表自動控制：事先設定全年的運行時間表，系統根據工作日、假日、特殊日的設定時間表，自動啟動相關設備和模式，實現無人職守的功能
PID調節：根據車站內溫度濕度場的分布、進行數學計算，求解最佳的控制模型，保證車站內部穩定舒適的環境
水系統控制：控制集中冷站、空調機的水系統，為空調系統提供足夠和均衡的冷源
報警記錄和統計報表：記錄全線50000點的設備狀態信息、系統信息，記錄和語音提示各種報警狀態，記錄所有設備的操作情況，對數百個傳感器進行實時和歷史曲線的記錄和分析，生成運營和設備運行的幾十種統計報表
口令與權限：可以對控制中心和各車站操作人員、維護人員進行口令和操作權限管理
實施結果廣州地鐵二號線項目是廣州市市政重大工程，在此之前，廣州地鐵一號線的EMCS系統選用了另一家公司的產品，結果響應速度遠遠達不到設計要求，火災模式無法及時進行，因此廣州地鐵二號線EMCS系統項目成為廣州地鐵公司上上下下十分關注的重點項目。通華公司使用GE的GE FANUC產品，按工期、高質量的成功完成了EMCS系統工程。作為5萬點的大型監控項目，從OCC發指令到車站設備實際動作的時間不到2秒，實現了市消防局消防驗收一次通過的佳績。廣州地鐵二號線已經于2003年6月28日正式投入商業運營，目前EMCS系統運行正常穩定，廣州地鐵公司對此十分滿意
(上海通華自動化工程有限公司)
