地鐵環境與設備監控系統設計淺析

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摘要：近年來我國城市軌道交通建設如火如荼，地鐵不論是其乘車環境還是候車環境都得到顯著改善，由此日常出行選擇乘坐地鐵的城市居民日益增多。在此背景下，對于重要影響著乘客候車、乘車舒適度的地鐵環境與設備監控系統（ＢＡＳ）的研究也變得越來越重要?；诖耍恼率紫汝U述了地鐵ＢＡＳ系統的內涵，然后提出了地鐵ＢＡＳ系統設計原則，接著分析了地鐵ＢＡＳ系統的功能，最后探討了地鐵ＢＡＳ系統的結構及方案設計，希望能夠為相關人員研究提供一些借鑒。

關鍵詞：地鐵；環境與設備監控系統；設計

為保障地鐵的安全有序運營，對各類車站設備開展全面有效地自動化監控、管理，采集、處理相關數據信息，開展歷史信息檔案及設備維修管理；以及為滿足在緊急狀況下的報警、乘客疏散等要求，在軌道交通車站還配備有火災報警系統、防排煙系統、水消防系統等設備系統。為實現對這些系統、設備之間的有效聯動監控，地鐵環境與設備監控系統應運而生。地鐵環境與設備監控系統（ＢＡＳ）作為一個獨立的系統，依托通信、計算機網絡、系統集成、自動控制等一系列技術，對地鐵車站內的照明系統、環控系統、自動電扶梯系統、消防系統等機電設備采取三級控制管理模式，以保障機電設備始終處在安全、可靠、高效的運行狀態，進一步為乘客創造一個安全、舒適的乘車候車環境。與此同時，ＢＡＳ系統在非正常運行狀態下，諸如出現火情、列車故障等狀況，可通過采集并判定各機電設備的運行狀態，采取相應的防災、阻塞模式，與各機電設備系統協同運行，進一步保障車站環境及乘客的生命財產安全。因此，本文將對地鐵環境與設備監控系統設計進行研究分析。

１地鐵環境與設備監控系統概述

地鐵大多是處在地下，盡管其整體空間十分龐大，然而在于外部空間進行空氣流通交換的區域則相對有限，所以，地鐵站屬于是一個較為封閉的空間，再加上車站內部往往聚集著大量人群，這在一定程度上加大了地鐵運營時的安全隱患。為保障地鐵運營安全性、高效性，以及保障乘客的安全性、舒適性，地鐵系統采用了諸多的機電設備，而因為這些設備種類繁多，功能各不相同，且零散分布，為實現對各類機電設備的全面監管，相關研究人員提出了環境與設備監控系統（ＢＡＳ）。近些年，我國不斷加大了城市軌道交通的發展力度，各大地鐵公司憑借過往豐富的建設經驗，并借鑒國內外先進地鐵建設運營方案，積極引入工業級ＰＬＣ以打造地鐵ＢＡＳ系統，收獲了顯著的成果。如今，國內外地鐵ＢＡＳ系統已然從各站分離階段，邁入全線組網的新階段，在設備監控方面，廣泛實行分散控制、集中管理的系統模式。作為近年來得到迅速發展的一種自動控制系統，地鐵ＢＡＳ系統綜合應用了多項科學技術，包括計算機網絡新技術、通信技術、系統集成技術、自動控制技術等，同時依托分層分布式監控系統對地下車站、車輛段、地下區間隧道等系統開展實時監控，并且在不同站級的ＢＡＳ經由冗余通信接口與站級綜合監控系統相連，將采集信息統一傳輸至綜合監控系統，達成在綜合監控系統中的集成，并與綜合監控系統一并對各類設置的一系列正常運營保障設施及事故緊急防救災設施開展實時監管，進而保障各類系統的安全有序運行。另外，地鐵ＢＡＳ系統還與火情報警系統密切相連，一旦發生事故，報警系統可第一時間向ＢＡＳ系統傳輸救災模式指令，讓ＢＡＳ系統轉至救災模式，調控對應設備做出有效應對，盡可能保障乘客的人身財產安全［１］。

２地鐵環境與設備監控系統設計原則

地鐵ＢＡＳ系統主要是對地鐵內的照明系統、導向系統、給排水系統、通風空調系統、自動電扶梯等車站設備開展全面實時的自動化監控、管理，重要作用于保障地鐵的安全、可靠、高效、節能運行，為乘客提供安全舒適的候車、乘車環境。因而，對于地鐵ＢＡＳ系統的設計應秉承相應的原則：一是安全性原則。為保障ＢＡＳ系統運行及信息傳輸的安全性，應建設網絡防火墻、建立木馬、病毒攔截，同時調節系統訪問權限及檢索范圍，防止不法分子進入系統開展非法操作；二是先進性原則。應基于ＢＡＳ系統特殊性，建立滿足技術要求的設計方案，接著打造一個完善的通信平臺，保證設計流程與操作技術相匹配，讓ＢＡＳ系統設計得更為先進、科學；三是實用性原則。ＢＡＳ系統設計應對其實用性、前瞻性進行綜合分析，以此保證系統良好的性價比，防止前期投入過多的成本；四是可拓展性原則。隨３５著科學技術的飛速發展，相關的系統功能也得以不斷拓展完善，因而在ＢＡＳ系統設計中，應關注系統未來相關技術的可拓展性，并在相應區域設置接口；五是開放性原則。ＢＡＳ系統設計完畢應當是一個開放性的信息平臺，并裝置配套的網絡接口、軟件接口、數據接口等；六是互連性原則。ＢＡＳ系統為實現控制功能，應當與其他電子設備、網絡設備相連接，不同網關相互間經由通信協議實現連接；七是便捷性原則。ＢＡＳ系統既是一個信息系統，也是一個可操作的信息平臺，伴隨系統規模的逐步拓展，應保證其管理的便捷性；八是可靠性原則。ＢＡＳ系統設計應具備一定的容錯性，保證系統可有序運行，依托系統故障診斷、調節，保證其具備較高的可靠性。

３地鐵環境與設備監控系統的功能分析

３．１監視功能

首先，設備動態圖形顯示功能。在地鐵ＢＡＳ系統人機界面，操作人員可觀測ＢＡＳ系統設備的運行狀況；還可通過設備屬性板塊，了解各項設備相關運行參數。其次，故障報警功能。倘若出現有相關異常情況，地鐵ＢＡＳ系統會第一時間通過人機界面對異常情況予以呈現，提示操作人員對系統故障開展及時處理，保證系統有序運行。地鐵ＢＡＳ系統可實現報警類型主要分為三種：一是開關量設備的動作報警；二是模擬量設備的越限報警；三是設備狀態報警。

３．２控制功能

首先，設備控制功能。就地鐵車站設備控制而言，操作人員可通過車站工作站開展相關的設備控制工作，諸如開展單體設備控制、開展時間表控制、開展焓值自動控制等。其次，模式控制功能。該項功能主要是指對一組機電設備開展控制，在地鐵ＢＡＳ系統人機界面中會呈現模式控制畫面，操作人員既可通過畫面中選定相關組別設備開展模式控制，也可對模式參數開展調節，并由工作站傳輸至ＰＬＣ中，讓相關設備以其他模式進行運行［２］。通常而言，地鐵工藝要求不同，則模式也不盡相同，模式控制不僅可依托系統自動化實現，也可人為開展控制，模式控制方式主要分為異常模式控制、正常工況模式控制、早晚換氣模式控制、阻塞模式控制等。

３．３顯示功能

在地鐵ＢＡＳ系統人機界面，可實現對各項設備運行參數、運行動態、警示信號等信息的實時呈現，操作人員還可基于對應畫面發出控制命令。畫面顯示類型主要包括以下幾種：一是設備狀態分區域顯示，在地鐵ＢＡＳ系統人機界面，可實現對各區域系統狀況的分區域顯示，操作人員通過相關的畫面，進而有效掌握相關區域的設備運行狀況。二是控制方式顯示，系統或者設備的控制方式、控制權限，均會通過地鐵ＢＡＳ系統人機界面進行呈現。三是設備統計顯示，地鐵ＢＡＳ系統相應設備的運行狀態、運行參數等信息，通過ＰＬＣ進行統計，并可通過相關畫面進行顯示。四是模式運行顯示，在地鐵ＢＡＳ系統人機界面中可顯示模式的實際運行狀態及預計模式運行狀態，并通過各種顏色進行呈現，以此為操作人員查找模式運行過程中設備故障等情況提供有效便利。

４地鐵環境與設備監控系統的結構及方案設計

４．１地鐵地下車站ＢＡＳ系統設計

本地鐵ＢＡＳ系統與地鐵照明系統、給排水系統、通風系統等系統密切相關，系統主要由ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘＰＬＣ控制器、壓力傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、ＲＩ／Ｏ模塊等設備組成，該部分設備主要依據分層分布式結構組成ＢＡＳ系統。基于地鐵地下車站設計要求，本ＢＡＳ系統設計成雙端冗余控制器配置的全總線網絡結構。地下車站ＢＡＳ系統由Ａ、Ｂ端組成，其中，Ａ端對應的是與車站控制室一側相靠近的環控系統電控室，Ｂ端對應的是與車站控制室一側相偏離的環控系統電控室，并以Ａ端為主導，以Ｂ端為輔助，兩端電控室均裝配有控制器，為保證系統的穩定性，兩端的控制器均為兩組相一致配置的控制器構成的冗余控制器，在車站控制室中裝置通信網關，以此實現ＢＡＳ系統與火災報警系統的有效交互，同時，通信網關與Ａ端控制器保持連接狀態。車站控制室綜合后備盤裝備ＲＩ／Ｏ，ＢＡＳ系統選取冗余的ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ現場總線，通過現場總線實現Ａ端與Ｂ端控制器的有效連接，綜合后備盤則經由內部ＲＩ／Ｏ接入現場總線，ＢＡＳ系統與ＲＩ／Ｏ及其他系統通信網關的連接，同樣是通過現場總線實現的［３］。另外，ＢＡＳ系統與綜合監控系統的連接則是通過Ａ端控制器實現的，Ａ端控制器裝備有雙以太網卡，可促使將ＢＡＳ系統信息傳輸至綜合監控系統。地下車站ＢＡＳ系統的ＲＩ／Ｏ裝備于系統遠程控制箱中，ＲＩ／Ｏ與現場設備相連，遠程控制箱裝置于車站或者區間配電室、環控機房等室內。ＢＡＳ系統控制器依托現場總線將信息傳輸至ＲＩ／Ｏ，以此完成對現場設備的監控。ＢＡＳ系統為采集車站環境信息，在站臺、站廳、水管等區域裝備有一系列傳感器，依托調控二通閥控制冷水系統的供冷量，調節車站環境參數［４］。通風系統風機風閥經由智能低壓模塊，依托現場總線與控制器相連，冷水機房中智能照明、冷水機組控制器等系統都設置有相應的通信接口，通過現場總線與控制器相連，進而達成ＢＡＳ系統對該部分設備的監控。

４．２地鐵車輛段ＢＡＳ系統設計

地鐵車輛段ＢＡＳ系統對應監控的設備偏少，所以本ＢＡＳ系統設計成ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ全總線網絡結構，系統選取一套冗余控制器全總線系統架構，且本控制器與前文控制器屬于是相同型號，控制器經由現場總線與ＲＩ／Ｏ相連，以此達成對車輛段ＢＡＳ系統設備的有效監控。車輛段ＢＡＳ系統依托智能低壓模塊與通風空調系統相連，依托ＲＩ／Ｏ模塊與各傳感器、二通閥等設備相連，依托通信接口模塊與動力照明、給排水等系統相連，進而達成對該部分系統設備的監控［５］。另外，車輛段ＢＡＳ系統設計有維修工作站，作為整個系統的重要組成部分，其配備有特定的診斷維護工具軟件，一旦系統出現有異常情況，則可通過該功能模塊進行維修維護，并且維修工作站還可實現軟件更新升級、系統監測診斷等功能。車輛段ＢＡＳ系統依托ＰＬＣ控制器上的以太網網卡與綜合監控系統相連，進而車輛段ＢＡＳ系統的信息及維修工作站的信息即可傳輸至綜合監控系統，完成系統的集成。地鐵車輛段ＢＡＳ系統結構，如圖１所示。

４．３地鐵停車場ＢＡＳ系統設計

就地鐵停車場ＢＡＳ系統設計而言，因為該系統所需監控的機電設備相對偏少，所以本系統依托智能低壓模塊與通風空調系統相連，依托ＲＩ／Ｏ模塊與各傳感器、二通閥等設備相連，依托通信接口模塊與動力照明、給排水等系統相連，依托ＰＬＣ控制器上的以太網網卡與綜合監控系統相連，進一步停車場ＢＡＳ系統的信息可傳輸至綜合監控系統，完成系統的集成［６］。地鐵停車場ＢＡＳ系統結構，如圖２所示。

5結語

總而言之，地鐵作為一種地下交通工具，其盡管無需實行路面的交通管理模式，但其所面臨的環境較為復雜、惡劣，地下的控制相對封閉，要求裝置照明、給排水、空調等設備，而該部分系統有賴于通過環境與設備監控系統開展管控，因此，在發展實踐中，應加強對計算機網絡、通信、自動控制等技術的綜合應用，結合地鐵實際情況，開展好地鐵ＢＡＳ系統設計工作，提升ＢＡＳ系統對各式各樣機電設備的智能化控制水平，保障地鐵的安全有序運行。

作者:樓燦燦 單位:同方股份有限公司