摘要：北京地鐵2號(hào)線車(chē)輛設(shè)備消隱改造工程計(jì)劃于2011年完成,其中環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是該消隱改造工程的重要組成部分。該系統(tǒng)為已成熟運(yùn)營(yíng)多年的城市中心地鐵線路增加監(jiān)控功能, 至2009年四月車(chē)站級(jí)已實(shí)現(xiàn)全線所有車(chē)站主要設(shè)備控制運(yùn)行,在OCC中心級(jí)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)全線設(shè)備的監(jiān)視和控制指令及模式下發(fā)，并實(shí)現(xiàn)向TCC級(jí)傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)。
北京地鐵2號(hào)線車(chē)輛設(shè)備消隱改造工程計(jì)劃于2011年完成,其中環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是該消隱改造工程的重要組成部分。該系統(tǒng)為已成熟運(yùn)營(yíng)多年的城市中心地鐵線路增加監(jiān)控功能, 至2009年四月車(chē)站級(jí)已實(shí)現(xiàn)全線所有車(chē)站主要設(shè)備控制運(yùn)行,在OCC中心級(jí)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)全線設(shè)備的監(jiān)視和控制指令及模式下發(fā)，并實(shí)現(xiàn)向TCC級(jí)傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)的實(shí)施對(duì)全線車(chē)站的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、自動(dòng)扶梯系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等車(chē)站設(shè)備進(jìn)行了自動(dòng)化監(jiān)控及管理。
地鐵2號(hào)線共有18個(gè)車(chē)站。其中包括：復(fù)興門(mén)上層站阜成門(mén)站、車(chē)公莊站、西直門(mén)站、積水潭站、鼓樓大街站、安定門(mén)站、雍和宮站、東直門(mén)站、東四十條站、朝陽(yáng)門(mén)站、建國(guó)門(mén)上層站、北京站站、崇文門(mén)站、前門(mén)站、和平門(mén)站、宣武門(mén)站、長(zhǎng)椿街站及相應(yīng)區(qū)間。BAS對(duì)本車(chē)站及所轄區(qū)間通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、低壓配電與動(dòng)力照明系統(tǒng)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，并進(jìn)行程序自動(dòng)、實(shí)時(shí)、定時(shí)監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，控制設(shè)備的開(kāi)啟和關(guān)閉，檢測(cè)環(huán)境參數(shù)，調(diào)控環(huán)境舒適度及節(jié)能管理。 采集、處理有關(guān)信息，進(jìn)行歷史資料檔案和設(shè)備維修管理，確保系統(tǒng)處于安全、可靠、高效、節(jié)能的最佳運(yùn)行狀態(tài)，從而提供一個(gè)舒適的乘車(chē)環(huán)境，并能在列車(chē)阻塞事故狀態(tài)下，更好地協(xié)調(diào)設(shè)備運(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。
系統(tǒng)解決方案與實(shí)施
1. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)設(shè)中央級(jí)、車(chē)站級(jí)和本地級(jí)三級(jí)監(jiān)控方式, BAS自身不組建獨(dú)立的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)，車(chē)站級(jí)的BAS信息通過(guò)地鐵通信系統(tǒng)的全線雙冗余的骨干網(wǎng)傳輸至OCC中央控制室，實(shí)現(xiàn)中央級(jí)功能。全線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由18個(gè)車(chē)站及相應(yīng)區(qū)間、控制中心等組成。具體由設(shè)置在OCC中央控制室BAS設(shè)備、各車(chē)站綜控室的BAS設(shè)備、配電室、變電所等地的BAS設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)BAS設(shè)備組成。
2. 中央級(jí)全線管理
采用冗余的Proficy Cimplicity實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器作為數(shù)據(jù)采集的接口軟件，通過(guò)其內(nèi)置的橋連接驅(qū)動(dòng)程序建立與各車(chē)站控制系統(tǒng)運(yùn)行的Cimplicity 之間的連接，通過(guò)其豐富的驅(qū)動(dòng)程序建立與中心各控制系統(tǒng)及PLC之間的連接, 采集第一手的運(yùn)行數(shù)據(jù)，其實(shí)時(shí)過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)將提供給實(shí)時(shí)監(jiān)控畫(huà)面提供數(shù)據(jù)，同時(shí)將作為中心級(jí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)源。采用Cimplicity SQL作為歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)方便的集中管理。
3. 車(chē)站級(jí)設(shè)備監(jiān)控
采用 Rx3i 簡(jiǎn)單冗余控制器通過(guò)Genius現(xiàn)場(chǎng)總線配置versamax遠(yuǎn)程IO, 單獨(dú)設(shè)置通信控制器PLC和IBP控制PLC。
對(duì)于直接接線的數(shù)字或模擬量, 通過(guò)遠(yuǎn)程IO模塊和現(xiàn)場(chǎng)總線交由PLC控制, 這一類(lèi)數(shù)據(jù)的信息量相對(duì)極少, 每個(gè)節(jié)點(diǎn)通常為幾十字節(jié), 按10個(gè)節(jié)點(diǎn)每個(gè)節(jié)點(diǎn)100字節(jié)計(jì)算, 76.8Kbps 的總線速率可以實(shí)現(xiàn)輸入輸出 30ms左右的刷新率。采用使用調(diào)頻信號(hào)方式抗干擾能力極強(qiáng)的Genius總線, Genius 總線為對(duì)等網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu), 具無(wú)擾切換的冗余功能，該系統(tǒng)采用單總線方式。使用LD語(yǔ)言應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用需求, 掃描時(shí)間約在30ms左右。
對(duì)于以RS485通信方式實(shí)現(xiàn)的VRV空調(diào), 變頻器, 冷水機(jī)組等的控制, 每個(gè)節(jié)點(diǎn)有幾十至幾百個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)量, 目前這些設(shè)備的接口通常不支持PLC廠家用于控制遠(yuǎn)程IO的現(xiàn)場(chǎng)總線方式例如GENIUS, CONTROL NET, DP, ETHERNET,MB PLUS等等, 但支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式, 例如標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS RTU或設(shè)備廠家定義的軟件協(xié)議, PLC側(cè)提供標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS RTU接口, 也提供可自由編程的通信口實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和控制. PLC側(cè)發(fā)送通信請(qǐng)求和控制到RTU從站或不提供標(biāo)準(zhǔn)RTU從站模式的設(shè)備,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制。該工程統(tǒng)一定義通訊物理接口為RS485, 協(xié)議采用標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS RTU協(xié)議。為保證數(shù)據(jù)刷新的實(shí)時(shí), BAS提供單獨(dú)的設(shè)備通道, 數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞讲徊捎靡蕴W(wǎng)轉(zhuǎn)串口網(wǎng)關(guān)的方式, 避免串口本身波特率的限制造成上位機(jī)或PLC在以太網(wǎng)物理接口內(nèi)運(yùn)行多個(gè)串口通信造成阻塞, 這種以太網(wǎng)轉(zhuǎn)串口網(wǎng)關(guān)的方式很難保證通信控制的實(shí)時(shí)性。我們選擇通信控制器PLC先控制所有串口接口設(shè)備, 映射至CPU的內(nèi)存后再使用100M以太網(wǎng), 發(fā)送至主控PLC或直接交由上位機(jī)處理. 通信控制器PLC和A端B端PLC以及IBP PLC之間的以太網(wǎng)平臺(tái), 軟件協(xié)議上使用基于廣播模式的 UDP方式的EGD(以太網(wǎng)全局?jǐn)?shù)據(jù)),在EGD的通訊過(guò)程中，網(wǎng)上的主站 (叫做生產(chǎn)者)周期性的同其它的一個(gè)或更多的從站（叫做消費(fèi)者）共享其內(nèi)存。各站間每次數(shù)據(jù)共享的過(guò)程就是一個(gè)數(shù)據(jù)交換的過(guò)程。這種分組的廣播方式充分使用了以太網(wǎng)的帶寬, 避免了TCP握手方式造成的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的缺失, 另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以使得任意PLC , IBP控制器, 通訊控制器均可作為車(chē)站或中心級(jí)平臺(tái)訪問(wèn)的節(jié)點(diǎn), 因?yàn)槿我夤?jié)點(diǎn)都已經(jīng)通過(guò)EGD(以太網(wǎng)全局?jǐn)?shù)據(jù)共享)技術(shù)獲得了所有節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。
實(shí)施結(jié)果
國(guó)安電氣公司使用GE FANUC產(chǎn)品，按工期、高質(zhì)量的成功實(shí)施著環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)工程。作為5萬(wàn)點(diǎn)的大型監(jiān)控項(xiàng)目，車(chē)站監(jiān)控站或OCC中心發(fā)指令到設(shè)備實(shí)際響應(yīng)的時(shí)間均不到1秒。目前環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行正常穩(wěn)定。
