西安地铁二号线BAS系统施工与运营分析
摘要：本文主要针对BAS系统在西安地铁项目中的应用作为主要研究分析对象，从系统组成、施工建设、运行维护三个方面详述BAS系统的应用。 关键词：中央级、车站级、模式控制
西安地铁建设已经进入快车道。自2007年开工建设以来，第一条即将开通运行的2号线安装调试即将完成，各项工作都在有条不紊的进行着。作为地铁机电设备守护者的BAS系统，有着其非常重要的地位。下面我们将从系统组成和功能入手，着重分析BAS系统在建设及运营过程中比较重要的一些问题。 1．西安地铁二号线BAS系统组成和功能 1.1系统功能 1.1.1中央级功能
中央级功能主要在控制中心（OCC）实现，即全线功能。 （1）监视全线各类机电设备的运行状态。
（2）根据通风与空调系统提供的环控工艺要求，对全线隧道通风系统设备进行正常模式控制，灾害模式控制。
（3）根据地铁运行环境及车站其他系统的监控要求，将相关的运行模式控制命令下达给车站BAS系统，使车站设备按设定的模式运行。
（4）在线编辑各个车站运行模式时间表，对车站运行状况在模式一级进行集中的控制。 （5）报表打印、报警记录查询、时钟同步等功能。 1.1.2车站级功能
车站级功能主要在车站实现，通过BAS设置在车站的工作站、PLC、局域网、现场控制网完成。
（1）车站机电设备监控对象有：通风空调系统、照明导向系统、给排水系统、电扶梯系统。
（2）监视和记录车站典型区域测试点的温度、湿度、二氧化碳、照度等环境参数。 （3）对于所有的监控设备，可以实现单独控制和各种模式手动和自动控制。 （4）接受FAS的指令，控制车站通风空调及相关设备转入灾害模式运行。
（5）通过过程控制算法，控制车站通风空调系统，调节站内的环境参数，保证车站环境的舒适性，同时实现最大限度的节能。 1.1.3.就地级功能
就地级功能主要通过BAS设置在各处的PLC、RIO、仪器、仪表等现场设备实现。 （1）能对单台设备进行就地控制，满足设备的现场调试要求。 （2）能实现对现场信号的采集、信号的转换和控制信号的输出。
（3）具有智能通信接口的各个现场设备通过现场总线和控制器相连接，实现数据的通讯。 （4）丰富的通信接口，用以实现不同通信要求的转换，保证通信数据的实时采集和安全传输。 1.2设备组成 1.2.1中央级设备
BAS中央功能主要通过设置在中央级的交换机、服务器、工作站实现，交换机主要用于各设备接入全线公用网络，全线公用网络为全线各车站、各专业公用，由其他通信传输专业提供。
BAS在中央级的应用软件可以根据不同的用户需要选用不同的软件平台，在广州地铁的实际应用中，因为有综合监控专业，BAS专业在中央级的功能要求不高，西安地铁采用了AB公司的RSview32软件。在南京地铁的实际应用中，BAS在中央级的要求较高，采用的是Wonderware软件平台，在控制中心可以满足20万点的监控要求。 1.2.2．车站级设备
在车站级主要设置PLC、工作站、交换机、打印机等设备。
BAS在车站级设置工业级局域网来实现车站级功能，可以采用工业级以太网或现场总线。广州和南京的应用中均采用了光纤冗余环网的方案，通过分别设置在两个光纤环网的上的交换机，来实现车站各个数据点的通信，西安地铁二号线采用的是工业级局域网。
根据不同的用户需求，地铁车站一般可以划分为三个主要数据点，分别是车站设备区的两端（A、B两端）、车站控制室。这三个主要的数据点，通过车站局域网进行连接。A、B两端主要完成本端设备的监控，车站控制室设置紧急后备盘（IBP盘），在紧急情况下，通过设置在IBP盘上的按钮来启动相应的灾害模式或者重要的设备，同时也可在IBP盘上设置指示灯，来监视设备、模式的运行状态。BAS专业需要在车站控制室设置PLC或者IO来接受IBP盘控制按钮的指令，并给指示灯反馈状态。
设置在A、B两端的PLC监控了车站的主要设备，要求有较高的可靠性，一般均要求采用热备冗余的PLC系统。在广州地铁4号线EMCS中，使用的是AB公司的ControlLogix冗余PLC系统，在南京地铁2号线BAS系统中，使用的Schneider的Unity Quantum 67160冗余系统，西安地铁采用了AB公司的PLC系统。 1.2.3就地级设备
就地级设备主要包括PLC、远程IO、通信模件、传感器等。
BAS通过设置在各系统末端（风系统、水系统、公共区）的传感器采集车站主要的环境参数。
BAS通过设置在就地的远程IO控制箱中的DI、DO、AI、AO模块监控通风空调系统、照明配电系统、给排水系统的设备。
对于某些专业的设备，需要采用数据接口进行通信，则BAS设置相应的数据接口设备，例如，UPS、EPS、电扶梯、安全门、变频器、时钟、信号、FAS等专业或设备在实际应用中采用数据接口（Modbus RS48
5、Modbus TCP或其他）与BAS专业进行通信。
设置在不同区域的远程控制箱通过现场总线接入设置在车站A、B两端环控电控室的主PLC中。
IBP的按钮、指示灯通过硬线接入设置在车控室的IBP控制器IO上。 1.2.4．各级设备在BAS系统中接口方式 （1）硬线接口
通过硬接线的方式接入BAS系统（RIO），包括开关量、模拟量，例如照明、导向、温湿度传感器。 （2）通信接口
通过数据总线的方式接入BAS系统，例如变频风机、UPS、应急电源等系统。接口协议一般采用通用、开放、标准协议，如Modbus、Modbus TCP/IP，各PLC厂家总线协议等。接入综合监控系统的接口采用Modbus TCP/IP。
西安地铁典型系统结构图（见下图）
1.3系统使用过程中的控制逻辑设置 1.3.1权限设计
从设备到OCC的控制权限可以分为以下五个： （1）非BAS/BAS； （2）IBP盘允许/禁止；
（3）FAS指令（仅是在火灾报警时有效）； （4）车站综合监控工作站允许/禁止； （5）OCC综合监控工作站允许； 1.3.2车站控制级逻辑
IBP设设设OCC设设设BAS设IBP设设设OCC 设设设设ISCS设设1BAS设设BAS设设设设设设设设设设设设设设设设设FAS设设设设设设设设设设设设nBAS设
1.3.3模式运行 （1）正常模式的执行
正常模式的指令来源有：车站综合监控工作站点动、OCC综合监控工作站点动、时间表形式发出的模式指令。 （2）火灾模式的执行
火灾模式的指令来源分为：FAS报警指令、IBP盘按钮指令、车站综合监控工作站点操指令、OCC综合监控工作站点操指令。 （3）阻塞模式的执行
阻塞模式的指令来源为：OCC综合监控工作站指令（含与信号系统的联动模式提示框的点动），在任何状态下阻塞模式的启动和解除都需有OCC运营人员参与。阻塞模式解除后区间隧道模式进入正常工况模式。 2.主要施工程序及施工注意事项 2.1.主要施工程序
环境与设备监控系统的施工跟配电系统的施工均属于电气施工的范畴，所以有类似部分。主要工序基本相同，都包括电气配管、电缆桥架架设、电缆穿管、配电柜控制柜安装。不同的是终端设备不同，电缆的种类和功能差别也很明显。 2.2施工注意事项
（1）由于弱电系统电缆中主要以信号电压或信号电流为主，因此对于电缆抗干扰要求极高。而地铁系统中各种机电设备如机车、变电站、风机、变频器、信号器、电信设备等构成了一个及其复杂的电磁空间。可是说抗干扰是我们弱电工程中决定工程成败的关键因素。所以必须时刻保持敏锐的注意力，严格执行规范要求，坚决做好电磁防护工作。弱电系统接地方法及注意事项
（2）弱电系统的接地，按用途分有保护性接地和功能性接地。保护性接地分为：防电击接地、防雷接地、防静电接地和防电蚀接地；功能性接地分为：工作接地、逻辑接地、屏蔽接地和信号接地。不同的接地有不同的要求，应按设计决定的接地施工。 2.3设备安装及调试注意事项 2.3.1调试必须具备的条件
BAS系统的全部设备包括现场的各种阀门、执行器、传感器等全部安装完毕、线路敷设和接线全部符合设计图纸的要求。
BAS系统的受控设备及其自身的系统不仅安装完毕，而且单体或自身系统的调试结束；同时其设备或系统的数据必须满足自身系统的工艺要求，例如空调系统中的冷水机组其单机运行必须正常，而且其冷量和冷冻水的进出口、进出口水温等必须满足空调系统的工艺要求。 BAS与各系统的联动、信息传输的线路敷设等必须满足设计要求。 2.3.2调试步骤
单体调试包括：BAS的IBP控制盘、环控电控柜、就地控制箱与现场设备（温（湿）度变送器、流量计、压力/压差变送器等的单体调试。
系统调试包括：系统单体设备调试、BAS站级、中央级设备联调、联动相关系统联调等几个阶段。 PLC功能调试
第一步、关闭中央监控主机、数据网关（包括主机至PLC之间的通讯设备），确认系统及受控设备运行正常后，重新开机后抽检部分PLC设备中受控设备的运行记录和状态，同时确认系统框图及其它图形均能自动恢复。
第二步、关闭PLC电源后，确认PLC及受控设备运行正常，重新受电后确认PLC能自动检测受控设备的运行，记录状态并矛以恢复。
第三步、PLC抗干扰测试：将一台干扰源设备（例如冲击电钻）接于系统同一电源，干扰设备开机后，观察PLC设备及其它设备运行参数和状态运行是否正常。 2.3.3．系统功能验证
调试基本完成时需要逐项验证站级监控系统主要功能：
（1）对本车站及区间隧道的通风空调系统、防排烟系统、给排水系统、自动扶梯、照明系统、车站事故照明电源等设备进行监视和控制，并对故障进行报警。 （2）监视和记录车站典型区域测试点的温度、湿度等环境参数。
（3）对于所有的监控设备，可以实现单独控制、联锁控制和各种模式手动和自动控制。 （4）彩色动态和多级显示等功能是否明确、生动。
（5）将车站被控设备运行状态、报警信号及测试点数据及时送至主控系统，并接受主控系统的各种监控指令和运行模式。
（6）接受车站级FAS的指令，控制车站通风空调及相关设备自动或手动转入灾害模式下运行。
（7）当监控站出现故障时，可以通过紧急控制盘IBP，控制通风排烟设备按灾害模式运行。
（8）车站控制系统具有PID控制、智能控制等先进控制功能。 （9）利用不同的操作密码，实现不同级别的操作权限。
（10）在车站控制室的监控工作站上，所有的报警信息具有声光报警，并有故障确认功能：系统有数据、时间、确认和处理等记录。
（11）在火灾发生时，按照消防的要求在照明配电室切断与消防无关的电源的。 （12）监视车站大系统水系统的参数及相应冷站设备的支行参数和状态，实现对车站大系统的控制。
（13）控制器可对车站级大系统空调设备进行运行模型的焓值控制和优化控制。 （14）当供电电源中断后，控制器将根据规定的情况停止相关设备操作，当电源的恢复供应后，控制器即时自动根据适当程序重新启动。 （15）当设备“冷”开启后，控制器可收集到相关监控设备的状态。
（16）系统自诊断程序可以监视每一个模块、UPS和网络的运行情况，当出现故障时发出报警。同时将故障的信息传达至车站设备监控系统监控工作站。
（17）就地级PLC控制器能对单台设备进行就地控制。就地级控制箱RI/O实现状态监视信息的采集、信号的转换和控制信号的输出。 3.系统运营控制 3.1控制软件介绍
西安地铁2号线监控系统软件由南瑞公司开发，该软件具有模块化、易扩充性、分布式体系结构等特点，某一任务的故障不影响其他任务的正常执行，其主要包括以下功能： （1）基于事件的处理；
（2）支持10M/100M以太网连接；
（3）自动采集、储存、显示历史数据，显示过程趋势；
（4）具有趋势显示工具，支持实时及历史趋势图在同一画面显示； （5）具有报警及信息管理，提供报警区域选择、报警过滤等功能； （6）具有时实故障滚动画面； （7）时间事件及间隔的数据抽取；
（8）灵活的报表功能，支持实时报表、打印功能； （9）数学及逻辑运算和扩展编程功能； 3.2现场控制管理
BAS现场控制级由主、从PLC控制器（均冗余配置）、RI/O、各类通信转换接口模块、现场总线、各类变送器和调节阀、不间断电源（UPS）等组成。
（1）可现场设置控制器通过低压智能模块可以对隧道风机、轨道排热风机、相关风阀、电动蝶阀、新风机、送风机、回/排风机、排烟风机、组合式空调机等设备进行监控、启停等管理。
（2）设置热焓值，对车站通风空调设备进行运行模式的优化控制，从而达到节能的目的。 （3）通过与综合监控系统的通信接口，将车站被监控设备运行状态、报警信号及测试点数据及时送至综合监控系统，并接受中央级和车站级综合监控系统下达的各种监控指令。 （4）火灾情况下，通过与FAS的通信接口接受FAS的指令控制车站通风空调及相关设备转入灾害模式下运行，从火灾模式到正常模式的转换，需现场确认并手工操作。
（5）可设置现场变频器来实现组合式空调机、回排风机、轨道排热风机进行监控及管理。 （6）电梯通过硬线方式，经RI/O及现场总线连接到BAS控制器，实现对电梯运行状态的监视以及对电梯紧急情况下的运行控制。
（7）照明、导向设备、二通调节阀及各类变送器，通过硬线方式，经RI/O及现场总线连接到BAS控制器，从而实现对环境参数的采集和对照明、导向设备及二通调节阀的监视、控制及管理。
（8）给排水水泵通过硬线或通信方式，经RI/O连接到BAS控制器，从而实现对水泵的运行状态的监视、设备故障和水位的报警以及紧急情况下通过设置在IBP盘上的按钮对区间排水泵的远程手动紧急启动控制。
（9）BAS在相关设备、管道、公共区、设备用房设置各类变送器，并通过RI/O实现对相关环境参数信息的采集。
A.室内温、湿度变送器分别设置在站厅和站台墙壁或天花板、设备管理用房墙壁上，用于测量各位置的环境温度、湿度。
B.风管式温度、湿度变送器分别安装于各类风道和风室，用于测量空气的温度、湿度。 C.CO2浓度变送器设置在站厅和站台天花板上，用于测量站厅、站台空气环境的CO2浓度。 3.3控制优化 （1）照明控制优化。
在车站正式运行后，通过运营管理人员长时间的统计和分析。可以制定一个更为合理的车站照明管理模式。比如对公共区不同区域对光照的需求，可以适当的增加或减少照明灯具的投入数量，或者广告照明的开闭时间。 （2）通风、空调系统控制优化。
通风、空调系统的自动化程度相对比较高。基本可以实现全程自动化运行。不过通过我们对车展中不同空间的温度需求要求，设置更为精确的设备启停阙值也可以达到最有的控制目标和节能目标。 （3）设备维护优化。
合理分析系统故障信息，找出系统中故障发生的成因。BAS系统能够相对比较全面的掌握车展中大部分设备的运营状态，当一个系统出现故障时，有可能引起关联系统的故障报警。这对我们分析系统中的设备故障原因提供了非常有效地手段。 参考文献：1：GB 50157－2003 地铁设计规范
2：GB 50303－2002 建筑电气工程施工质量验收规范 3：GJBT-635 03X801-1建筑智能化系统集成设计图集
