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1、论文BAS系统在地铁环境控制中的应用及实现摘要： 随着祖国 现代 化的 发展 ，新型城市 交通 地下铁道的建设方兴未艾。 应用 不断发展的自动化技术，对地铁机电设备尤其是环控设备进行集中控制、管理，为地铁环控设备 科学 、高效的运行提供了可能，同时保障了地下环境的安全、舒适。本文对广州地铁一号线车站设备监控系统（BAS系统）环控设备的自动控制方案及具体实施办法进行了具体的阐述，并做了进一步的探讨。 关键词： BAS系统 地铁环控 1 概述 广州地铁一号线共有14个地下车站、2个地面车站和一座地铁控制中心（OCC）大楼，全长18.6公里，采用了集散控制系统（DCS）对地铁全线环控设备及其它车站机
2、电设备进行集中监控，由于引进了楼宇控制概念，地铁车站设备监控系统亦被称为BAS（Building Automation System）系统。广州地铁一号线采用美国CSI公司的I/NET2000系统对全线环控系统进行监控，并对全线车站的扶梯、给排水设备、应急电源进行监视报警。2 BAS系统在地铁环控中的作用及功能2.1. 地铁BAS系统在地铁环控中的主要作用：控制全线车站及区间的环控及其它机电设备安全、高效、协调的运行，保证地铁车站及区间环境的良好舒适，产生最佳的节能效果，并在突发事件（如火灾）时指挥环控设备转向特定模式，为地铁乘车环境提供安全保证。2.2. 广州地铁一号线BAS系统主要功能：(
3、1) 监控并协调全线各车站及OCC大楼通风空调设备、冷水系统设备的运行。(2) 监控并协调全线区间隧道通风系统设备的运行。(3) 对车站机电设备故障进行报警，统计设备累积运行时间。(4) 对全线环境参数（温、湿度）及水系统运行参数进行检测、 分析 及报警。(5) 接收地铁防灾系统（FAS系统）火灾接收报警信息并触发BAS系统的灾害运行模式，控制环控设备按灾害模式运行。(6) 通过与信号ATS接口接收区间堵车信息，控制相关环控设备执行相应命令。(7) 紧急状况下，可通过车站模拟屏控制环控设备执行相关命令。(8) 监视全线各站及隧道区间给排水、自动扶梯等机电设备的运行状态。(9) 管理资料并定期打
4、印报表。(10) 与主时钟接口，保证BAS系统时钟同步。3 BAS系统对环控设备的监控原理及 内容 ： 3.1. 环控系统组成：大系统车站公共区（站厅/站台）通风空调系统；小系统车站设备用房通风空调系统；水系统地下站冷水机组系统；隧道通风系统执行隧道区间正常及紧急情况下通风排烟工况的环控子系统。3.2. BAS系统监控点数的配置：以陈家祠站为例，纳入BAS监控的环控设备总数约100台（包括风机、风阀和水系统设备等），环控监控总点数约430点（包括温湿度等参数检测约60点），车站监控点数分布情况如下：(1) 隧道通风系统 ：BAS系统对4台隧道风机及联动风阀、两台推力风机和组合风阀进行监视控制，
5、监视风机过载故障报警信号，检测两端隧道入口温湿度，共计点数DO 20点、DI 28点，AI 8点 (2) 车站大通风空调系统：BAS系统对空调机、新风机、回排风机及联动风阀和调节风阀等设备进行监视控制，监视风机过载故障报警信号，检测新/排/混/送风及站厅/台温湿度，控制组合风柜出水二通阀开度来调节空调器送风温度，共计DO 44点、DI 72点，AI 30点、AO 4点 (3) 车站小通风空调系统：BAS系统对空调机、送/排风机及联动阀、调节阀监视控制，检测设备/管理用房温湿度，控制小空调器出水二通阀开度来调节相关设备房的温度，共计DO 41点、DI 41点，AI 17点、AO 3点(4) 车站
6、水系统：通常情况，每个地下车站配有两台离心机组和一台活塞机组（匀由美国开利公司提供），对离心机组BAS系统仅发出起停命令，其相应水泵、冷却塔、蝶阀的联动控制由机组SM模块完成，BAS系统仅负责监视状态及故障。活塞机组由于不具备该模块，其总控及水泵、冷却塔、蝶阀的联动控制由BAS完成。检测必要的水系统参数，如冷冻/冷却水水温，冷冻水回水流量，供/回水压差等参数作为水系统控制 计算 依据。共计DO 14点、DI 49点，AI 8点、AO 1点，同时BAS系统设有开利冷水机组DATAPORT的高级数据接口，接收三台冷水机组的运行数据。(5) 其它：扶梯、给排水、紧急照明共计DI 54点、DO 2点，
7、AI 1点。3.3. 对环控设备监控内容配置的几点注意事项在监控点的编制上，合理、全面的监控点数的编制可以使系统监控功能更加完善，软件编程更加简单、合理、可靠。根据广州地铁一号线的经验，应注意以下几点：(1) 在广州地铁一号线，每台环控设备带有BAS系统中“就地/远方”，“环控/车控”两个转换开关，分别位于设备现场和环控电控室。由于设计上的点数限制（每站10个手/自动信号），BAS系统仅对隧道风机，大系统空调机、送排风机等重要设备的“就地/远方” 转换开关进行监视，并将部分设备的“就地/远方” 转换开关信号进行合并，如空调机手/自动信号为车站一端两台空调机的“就地/远方”并联信号。因为BAS系
8、统无法获知设备的具体控制权限，控制带有一定的盲目性，因此很有必要在BAS系统中对所有环控设备“就地/远方”和 “环控/车控”转换开关的位置进行监视，确保控制的合理性和可靠性；(2) 在对电动风阀（包括蝶阀）的控制中，一号线为节省监控点数，采用了一个输出点的中间继电器常开、常闭接点来控制风阀（水阀）的正转和反转；并仅用一个DI点检测风阀全开信号。这种单DO，单DI 的监控方式使BAS不能依据设备的动作情况撤消输出命令。输出信号的长期存在，给设备的正常运行造成了故障隐患，增加了软件编程的难度：如当系统模式工况转换过程中时，风阀进行开关转换，相应风机由于无法获知风阀是否处于转换过程中而被迫关停无须动
9、作的风机。因此，对于该类设备的监控仍应采用2个DO点分别控制开和关以及使用2个DI点检测风阀开到位和关到位信号，以表示全开、全关、中间状态。(3) 冷水机组若本身带有自动控制功能，如离心机组，可考虑BAS仅负责总的起停命令，相关水泵等设备BAS系统仅负责监视。并设置数据接口接收对冷水机组运行数据，对机组运行集中科学管理。同时尽量减少检测参数的重复设置（如地铁一号线，BAS同活塞机组同时设置水流开关）以简化控制，节省投资。(4) BAS系统在车站级设有同FAS系统的数据接口，FAS系统将经确认后的火灾分区信号通过数据接口送BAS系统接收，BAS系统在接收到FAS系统火灾报警信号后启动相应的火灾模
10、式。对于地铁而言，由于车站级火警信息量不是很大（广州地铁一号线每站约30个火警信息），除通过数据接口外还可考虑通过硬线（I/O）连接的方式完成，使用硬线I/O方式连接替代通信接口的使用，可增加系统的可靠性，降低接口开发的费用。但硬线I/O连接同时增加了输入输出模块，因此具体的连接方式可根据实际情况进行选择。(5) 关于防火阀的监控，因属消防设备，广州地铁一号线将其纳入FAS系统进行监控，但作为环控系统的组成部分，出于控制系统完整性的考虑，亦应纳入BAS系统监控范围，根据实际情况，可考虑以下几种方式。完全纳入BAS系统，由BAS系统进行防火阀监控。通过BAS/FAS数据接口或硬线接口，通过FAS
11、系统进行防火阀的监控 BAS、FAS均对防火阀进行监控需设置控制转换开关。（香港地铁便采用该种 方法 ）4 地铁车站设备监控系统（BAS）的系统构成及 网络 配置 4.1. I/NET2000系统的主要特点：(1) 采用分层局域网（LAN）技术，可实现几点到十万以上点的控制网络，车站间采用以太网（TCP/IP协议）通信，车站级主网（CONTROLLER LAN）采用令牌总线网络通信，子网（SUB LAN）采用轮询（MASTER/SLAVER）方式通信。(2) 灵活的输入/输出配置，PCU、UC输入点可在软件中配置为AI、DI、PI等，对于模拟量输入可通过跳线的设置，接收020mA、05v、01
12、0v 、RTD温感等多种信号。(3) 编程组态采用点的概念，直接在控制点上完成逻辑、数学及其它控制算法，组态方式简单灵活。(4) 作为典型的楼控产品，提供多种节能控制程序模块，如自适应最佳起停控制，自整定PID算法、死区控制算法等。4.2. BAS系统网络结构广州地铁车站设备监控系统分中央级、车站级、就地级三级对环控设备及其它机电设备进行监控，系统网络图如下：PCU：过程控制单元，8输入8输出，可扩展至32输入或16入16出UCI：单元控制器接口，可下带最多32个单元控制器UC，采用主从通讯方式进行通信，监控点数可多达512点MPI：模拟屏驱动接口HLI：高级数据接口图1 BAS系统网络结构图
13、通常在车控室放置3块UCI，其中两块UCI分别负责监控车站两端的环控设备并实现环控电控房模拟屏控制功能，另外一块UCI负责站厅/台和部分设备用房温湿度检测并接收FAS火警信号以及对车控室模拟屏以及其他系统（扶梯，给排水等）设备的监控。冷水机房设置一块PCU负责对冷水机组进行监控；每端空调机房设置一块PCU检测风室及设备/管理用房的温湿度，并负责控制空调机出水二通阀的开度。每端环控电控室设置24块PCU辅助UCI对本端环控系统进行监控。 BAS系统在车站设置有与FAS及冷水机组的数据接口HLI，用来接收第三方设备的数据。 4.3. 中央级局域网的配置中央级设置工作站及备份站各一套，工作站同备份站
14、实现以太网级别的热备。OCC局域网有与信号ATS及通信主时钟的数据接口及模拟屏一块，网络配置如下：图2 BAS系统中央级网络配置图由图2可见，OCC中央级除负责接收通信系统时间同步信号外，在OCC局域网中还连接有与ATS数据接口HLI以及模拟屏设备，并通过中央工作站（PC机）将数据传输到BAS以太网上，同其它车站级BAS系统进行数据交换。需要指出的是：正常情况下，所有隧道通风模式由连接在中央级局域网上的BAS控制器根据ATS列车阻塞信号或人工指令，进行计算确定，并通过以太网下发环控模式指令号到相关车站，再由相关车站BAS控制器指挥相关设备正确动作。当该工作站死机或故障时，则模式无法正确下达，只
15、能由相关车站通过就地模拟屏超弛控制， 影响 了事故情况下的反映速度。由于隧道通风涉及乘客人身安全，对隧道通风模式正确及时执行有很高的要求，因此BAS系统中央级局域网应通过专门网关（交换机）或服务器连接以太网。4.4. 车站模拟屏的设置：作为紧急情况下、或BAS工作站故障情况下的紧急后备操作手段，广州地铁一号线分别在每站的车控室和两端环控电控室设置了地图式模拟屏。模拟屏的操作主要以执行区间事故及车站火灾模式为主，模拟屏的设置应遵循以下原则：(1) 模拟屏应突出隧道区间及车站事故运行模式下的执行，模式执行完毕或执行失败应有相应的反馈指示。(2) 带有钥匙转换开关。可以对工作站、车控室模拟屏、环控电
16、控室模拟屏操作权限进行转换，保证控制命令由唯一的地点发出。(3) 模拟屏是以按键来触发相应模式的执行。作为紧急操作手段，模拟屏应具有超弛其他控制指令的能力，例如，当操作站软件设定设备控制方式为单控（点对点控制）而非程序（模式）控制时用模拟屏执行的模式指令应能超弛该单控命令，为此模拟屏控制模式软件算法应独立于操作站模式软件算法。在系统软件中要考虑该部分软件资源的配置。(4) 最好配置独立于主控制器的的模拟屏控制器，同主控制器共享I/O，增强紧急控制的可靠性。5 环控工艺模式的实现 根据季节、负荷、突发事故（火灾、列车阻塞）等情况，环控专业制定了大量的环控模式，控制环控设备在不同的条件下运行不同的工况模式。包括大系统、小系统、水系统和隧道通风等环控工艺模式，以陈家祠为例约有环控工艺模式近百个。5.1. 硬件配置系统主要采用两种控制器完成环控系统的控制工艺流程，即PCU和UCI，以下是其主要性能：(1) 过程控制单元PCU：多达640个点地址可自由组态，包括软件内部点（Internal points）和间接点（Indirect point
