地鐵環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)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(huán)境還是候車環(huán)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(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)（ＢＡＳ）的研究也變得越來越重要。基于此，文章首先闡述了地鐵ＢＡＳ系統(tǒng)的內(nèi)涵，然后提出了地鐵ＢＡＳ系統(tǒng)設計原則，接著分析了地鐵ＢＡＳ系統(tǒng)的功能，最后探討了地鐵ＢＡＳ系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)；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(jiān)控、管理，采集、處理相關數(shù)據(jù)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(tǒng)、防排煙系統(tǒng)、水消防系統(tǒng)等設備系統(tǒng)。為實現(xiàn)對這些系統(tǒng)、設備之間的有效聯(lián)動監(jiān)控，地鐵環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)應運而生。地鐵環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)（ＢＡＳ）作為一個獨立的系統(tǒng)，依托通信、計算機網(wǎng)絡、系統(tǒng)集成、自動控制等一系列技術(shù)，對地鐵車站內(nèi)的照明系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)、自動電扶梯系統(tǒng)、消防系統(tǒng)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(tài)，進一步為乘客創(chuàng)造一個安全、舒適的乘車候車環(huán)境。與此同時，ＢＡＳ系統(tǒng)在非正常運行狀態(tài)下，諸如出現(xiàn)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(tài)，采取相應的防災、阻塞模式，與各機電設備系統(tǒng)協(xié)同運行，進一步保障車站環(huán)境及乘客的生命財產(chǎn)安全。因此，本文將對地鐵環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)設計進行研究分析。

１地鐵環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)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(qū)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(nèi)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(tǒng)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(xiàn)對各類機電設備的全面監(jiān)管，相關研究人員提出了環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)（ＢＡＳ）。近些年，我國不斷加大了城市軌道交通的發(fā)展力度，各大地鐵公司憑借過往豐富的建設經(jīng)驗，并借鑒國內(nèi)外先進地鐵建設運營方案，積極引入工業(yè)級ＰＬＣ以打造地鐵ＢＡＳ系統(tǒng)，收獲了顯著的成果。如今，國內(nèi)外地鐵ＢＡＳ系統(tǒng)已然從各站分離階段，邁入全線組網(wǎng)的新階段，在設備監(jiān)控方面，廣泛實行分散控制、集中管理的系統(tǒng)模式。作為近年來得到迅速發(fā)展的一種自動控制系統(tǒng)，地鐵ＢＡＳ系統(tǒng)綜合應用了多項科學技術(shù)，包括計算機網(wǎng)絡新技術(shù)、通信技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)、自動控制技術(shù)等，同時依托分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)對地下車站、車輛段、地下區(qū)間隧道等系統(tǒng)開展實時監(jiān)控，并且在不同站級的ＢＡＳ經(jīng)由冗余通信接口與站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)相連，將采集信息統(tǒng)一傳輸至綜合監(jiān)控系統(tǒng)，達成在綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的集成，并與綜合監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)管，進而保障各類系統(tǒng)的安全有序運行。另外，地鐵ＢＡＳ系統(tǒng)還與火情報警系統(tǒng)密切相連，一旦發(fā)生事故，報警系統(tǒng)可第一時間向ＢＡＳ系統(tǒng)傳輸救災模式指令，讓ＢＡＳ系統(tǒng)轉(zhuǎn)至救災模式，調(diào)控對應設備做出有效應對，盡可能保障乘客的人身財產(chǎn)安全［１］。

２地鐵環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)設計原則

地鐵ＢＡＳ系統(tǒng)主要是對地鐵內(nèi)的照明系統(tǒng)、導向系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、通風空調(diào)系統(tǒng)、自動電扶梯等車站設備開展全面實時的自動化監(jiān)控、管理，重要作用于保障地鐵的安全、可靠、高效、節(jié)能運行，為乘客提供安全舒適的候車、乘車環(huán)境。因而，對于地鐵ＢＡＳ系統(tǒng)的設計應秉承相應的原則：一是安全性原則。為保障ＢＡＳ系統(tǒng)運行及信息傳輸?shù)陌踩裕瑧ㄔO網(wǎng)絡防火墻、建立木馬、病毒攔截，同時調(diào)節(jié)系統(tǒng)訪問權(quán)限及檢索范圍，防止不法分子進入系統(tǒng)開展非法操作；二是先進性原則。應基于ＢＡＳ系統(tǒng)特殊性，建立滿足技術(shù)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(shù)相匹配，讓ＢＡＳ系統(tǒng)設計得更為先進、科學；三是實用性原則。ＢＡＳ系統(tǒng)設計應對其實用性、前瞻性進行綜合分析，以此保證系統(tǒng)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(shù)的飛速發(fā)展，相關的系統(tǒng)功能也得以不斷拓展完善，因而在ＢＡＳ系統(tǒng)設計中，應關注系統(tǒng)未來相關技術(shù)的可拓展性，并在相應區(qū)域設置接口；五是開放性原則。ＢＡＳ系統(tǒng)設計完畢應當是一個開放性的信息平臺，并裝置配套的網(wǎng)絡接口、軟件接口、數(shù)據(jù)接口等；六是互連性原則。ＢＡＳ系統(tǒng)為實現(xiàn)控制功能，應當與其他電子設備、網(wǎng)絡設備相連接，不同網(wǎng)關相互間經(jīng)由通信協(xié)議實現(xiàn)連接；七是便捷性原則。ＢＡＳ系統(tǒng)既是一個信息系統(tǒng)，也是一個可操作的信息平臺，伴隨系統(tǒng)規(guī)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(tǒng)設計應具備一定的容錯性，保證系統(tǒng)可有序運行，依托系統(tǒng)故障診斷、調(diào)節(jié)，保證其具備較高的可靠性。

３地鐵環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)的功能分析

３．１監(jiān)視功能

首先，設備動態(tài)圖形顯示功能。在地鐵ＢＡＳ系統(tǒng)人機界面，操作人員可觀測ＢＡＳ系統(tǒng)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(shù)。其次，故障報警功能。倘若出現(xiàn)有相關異常情況，地鐵ＢＡＳ系統(tǒng)會第一時間通過人機界面對異常情況予以呈現(xiàn)，提示操作人員對系統(tǒng)故障開展及時處理，保證系統(tǒng)有序運行。地鐵ＢＡＳ系統(tǒng)可實現(xiàn)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(tài)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(tǒng)人機界面中會呈現(xiàn)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(shù)開展調(diào)節(jié)，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(tǒng)自動化實現(xiàn)，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(tǒng)人機界面，可實現(xiàn)對各項設備運行參數(shù)、運行動態(tài)、警示信號等信息的實時呈現(xiàn)，操作人員還可基于對應畫面發(fā)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(tài)分區(qū)域顯示，在地鐵ＢＡＳ系統(tǒng)人機界面，可實現(xiàn)對各區(qū)域系統(tǒng)狀況的分區(qū)域顯示，操作人員通過相關的畫面，進而有效掌握相關區(qū)域的設備運行狀況。二是控制方式顯示，系統(tǒng)或者設備的控制方式、控制權(quán)限，均會通過地鐵ＢＡＳ系統(tǒng)人機界面進行呈現(xiàn)。三是設備統(tǒng)計顯示，地鐵ＢＡＳ系統(tǒng)相應設備的運行狀態(tài)、運行參數(shù)等信息，通過ＰＬＣ進行統(tǒng)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(tǒng)人機界面中可顯示模式的實際運行狀態(tài)及預計模式運行狀態(tài)，并通過各種顏色進行呈現(xiàn)，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(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及方案設計

４．１地鐵地下車站ＢＡＳ系統(tǒng)設計

本地鐵ＢＡＳ系統(tǒng)與地鐵照明系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、通風系統(tǒng)等系統(tǒng)密切相關，系統(tǒng)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(jù)分層分布式結(jié)構(gòu)組成ＢＡＳ系統(tǒng)。基于地鐵地下車站設計要求，本ＢＡＳ系統(tǒng)設計成雙端冗余控制器配置的全總線網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。地下車站ＢＡＳ系統(tǒng)由Ａ、Ｂ端組成，其中，Ａ端對應的是與車站控制室一側(cè)相靠近的環(huán)控系統(tǒng)電控室，Ｂ端對應的是與車站控制室一側(cè)相偏離的環(huán)控系統(tǒng)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(tǒng)的穩(wěn)定性，兩端的控制器均為兩組相一致配置的控制器構(gòu)成的冗余控制器，在車站控制室中裝置通信網(wǎng)關，以此實現(xiàn)ＢＡＳ系統(tǒng)與火災報警系統(tǒng)的有效交互，同時，通信網(wǎng)關與Ａ端控制器保持連接狀態(tài)。車站控制室綜合后備盤裝備ＲＩ／Ｏ，ＢＡＳ系統(tǒng)選取冗余的ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ現(xiàn)場總線，通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)Ａ端與Ｂ端控制器的有效連接，綜合后備盤則經(jīng)由內(nèi)部ＲＩ／Ｏ接入現(xiàn)場總線，ＢＡＳ系統(tǒng)與ＲＩ／Ｏ及其他系統(tǒng)通信網(wǎng)關的連接，同樣是通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)的［３］。另外，ＢＡＳ系統(tǒng)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的連接則是通過Ａ端控制器實現(xiàn)的，Ａ端控制器裝備有雙以太網(wǎng)卡，可促使將ＢＡＳ系統(tǒng)信息傳輸至綜合監(jiān)控系統(tǒng)。地下車站ＢＡＳ系統(tǒng)的ＲＩ／Ｏ裝備于系統(tǒng)遠程控制箱中，ＲＩ／Ｏ與現(xiàn)場設備相連，遠程控制箱裝置于車站或者區(qū)間配電室、環(huán)控機房等室內(nèi)。ＢＡＳ系統(tǒng)控制器依托現(xiàn)場總線將信息傳輸至ＲＩ／Ｏ，以此完成對現(xiàn)場設備的監(jiān)控。ＢＡＳ系統(tǒng)為采集車站環(huán)境信息，在站臺、站廳、水管等區(qū)域裝備有一系列傳感器，依托調(diào)控二通閥控制冷水系統(tǒng)的供冷量，調(diào)節(jié)車站環(huán)境參數(shù)［４］。通風系統(tǒng)風機風閥經(jīng)由智能低壓模塊，依托現(xiàn)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(tǒng)都設置有相應的通信接口，通過現(xiàn)場總線與控制器相連，進而達成ＢＡＳ系統(tǒng)對該部分設備的監(jiān)控。

４．２地鐵車輛段ＢＡＳ系統(tǒng)設計

地鐵車輛段ＢＡＳ系統(tǒng)對應監(jiān)控的設備偏少，所以本ＢＡＳ系統(tǒng)設計成ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ全總線網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)選取一套冗余控制器全總線系統(tǒng)架構(gòu)，且本控制器與前文控制器屬于是相同型號，控制器經(jīng)由現(xiàn)場總線與ＲＩ／Ｏ相連，以此達成對車輛段ＢＡＳ系統(tǒng)設備的有效監(jiān)控。車輛段ＢＡＳ系統(tǒng)依托智能低壓模塊與通風空調(diào)系統(tǒng)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(tǒng)相連，進而達成對該部分系統(tǒng)設備的監(jiān)控［５］。另外，車輛段ＢＡＳ系統(tǒng)設計有維修工作站，作為整個系統(tǒng)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(tǒng)出現(xiàn)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(xiàn)軟件更新升級、系統(tǒng)監(jiān)測診斷等功能。車輛段ＢＡＳ系統(tǒng)依托ＰＬＣ控制器上的以太網(wǎng)網(wǎng)卡與綜合監(jiān)控系統(tǒng)相連，進而車輛段ＢＡＳ系統(tǒng)的信息及維修工作站的信息即可傳輸至綜合監(jiān)控系統(tǒng)，完成系統(tǒng)的集成。地鐵車輛段ＢＡＳ系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖１所示。

４．３地鐵停車場ＢＡＳ系統(tǒng)設計

就地鐵停車場ＢＡＳ系統(tǒng)設計而言，因為該系統(tǒng)所需監(jiān)控的機電設備相對偏少，所以本系統(tǒng)依托智能低壓模塊與通風空調(diào)系統(tǒng)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(tǒng)相連，依托ＰＬＣ控制器上的以太網(wǎng)網(wǎng)卡與綜合監(jiān)控系統(tǒng)相連，進一步停車場ＢＡＳ系統(tǒng)的信息可傳輸至綜合監(jiān)控系統(tǒng)，完成系統(tǒng)的集成［６］。地鐵停車場ＢＡＳ系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖２所示。

5結(jié)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(huán)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(diào)等設備，而該部分系統(tǒng)有賴于通過環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)開展管控，因此，在發(fā)展實踐中，應加強對計算機網(wǎng)絡、通信、自動控制等技術(shù)的綜合應用，結(jié)合地鐵實際情況，開展好地鐵ＢＡＳ系統(tǒng)設計工作，提升ＢＡＳ系統(tǒng)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