南京地铁BAS系统设计与应用

地铁BAS系统设计与应用

楼宇智能化系统所涉及的容众多。采用智能化系统分散管理。BAS系统利用计算机编程及网络通信技术，对这些设备的测量控制点进行集中管理和自动监测，对减少运行、操作、维护人力，保持设备的正常运转。地铁BAS（Building Automation System）本着“安全、可靠、节能”的原则进行设计，将现代科技的计算机及网络技术结合机电设备自动化控制原理，以专门的地铁环境通风空调及防灾处理等理论为基础的自动化控制系统，利用分布式微机监控系统对地铁车站及区间隧道的空调通风、给排水、照明、电梯、自动扶梯、导向标识等机电设备进行全面的运行管理与控制，在发生火灾或列车阻塞等事故情况时，能够及时迅速地进入防灾运行模式，根据火灾报警系统发送的着火点信息或列车自动控制系统发送的阻塞点信息自动调度送风和排风，进行通风排烟，引导人员疏散，极提高地铁运营的智能化和安全性。BAS可通过采用前反馈、后反馈众多调控形式进行实时在线运行与自动控制，并将在保证地铁热环境控制要求前提下，实现设备自动、稳定、安全、节能的运行。关键词PLC 楼宇自动化通风空调系统

目次

1 概述1

2 地铁1号线BAS系统监控对象及功能3

2.1 设计原则3

2.2 地铁1号线环境与设备监控对象4 2.3 BAS系统主要功能4

2.4 BAS系统的接口6

3 地铁1号线BAS系统的软件体系7 3.1 BAS系统软件的组成7

3.2 地铁BAS系统采用的第三方软件8 3.2.1 环境优化控制软件9

3.2.2 BAS与FAS通讯软件9

3.2.3 故障管理软件9

4 地铁BAS系统构成及网络结构9

4.1 BAS系统的构成9

4.1.1 车站级BAS系统的构成9

4.1.2 中央级BAS系统的构成9 4.2 BAS系统构成的主要部件10 4.2.1 PLC的应用领域10

4.2.2 FLEX I/O 15

4.2.3 变频器15

4.3 BAS系统的网络结构16

5 地铁环控工艺与BAS系统设计19 5.1 通风系统的构成21

5.1.1 大通风系统21

5.1.2 小通风系统21

5.1.3 隧道通风系统兼事故排风系统23 5.2 通风系统26

5.2.1 大系统的通风模式26

5.2.2 小系统系统的通风模式27

5.2.3 隧道的通风模式27

5.2.4 灾害模式下的通风模式28

5.3 冷水系统28

结论30

参考文献31

致32

1 概述

BAS英文名称Building Automation System，也就我们经常提到的楼宇智能化系统。

楼宇智能化系统所涉及的容众多。目前一座现代化建筑基本都涉及到:

楼宇智能化系统。随着现代化建筑物高度的提高、规模的增大，智能化设备的种类、数量不断增加，要监测控制点位类型可多达几百甚至几万点。设备的测量控制点非常分散，涉及到建筑物的每层和各个角落，所以我们采用智能化系统分散管理。BAS系统利用计算机编程及网络通信技术，对这些设备的测量控制点进行集中管理和自动监测，对减少运行、操作、维护人力，保持设备的正常运转，具有很大的意义。同时BAS系统通过计算机系统程序及时开启和和停止各类有关设备，不仅避免了机电设备不必要的运转，又可以降低系统运行所产生的能耗。综上所述，BAS系统发展的主要目的是：提高机电系统管理水平；减少维护管理人员工作量，减少人员成本；降低设备运行能耗.为了满足轨道交通的运营要求，在所有地铁车站设置了保障正常运营的照明、空调通风、给排水、自动扶梯等各类机电设备；

于此:同时，为满足火灾等灾害紧急状态的报警、乘客疏散、防排烟等要求，在地铁车站里还设置了火灾报警系统和水消防系统、气体灭火系统、防排烟系统、等各类机电设备和控制系统。为了让这些设备和系统之间能够有序联动形成控制和监视，在城市轨道交通车站设置了BAS——“环境与设备监控系统”的自动控制系统，与各类系统组成了一个完善的城市轨道交通车站运营保障系统。BAS 将现代科技的计算机及网络技术结合机电设备自动化控制原理，以专门的地铁环境通风空调及防灾处理等理论为基础的自动化控制系统，

利用分布式微机监控系统对地铁车站及区间隧道的空调通风、给排水、照明、电梯、自动扶梯、导向标识等机电设备进行全面的运行管理与控制，在发生火灾或列车阻塞等事故情况时，能够及时迅速地进入防灾运行模式，根据火灾报警系统发送的着火点信息或列车自动控制系统发送的阻塞点信息自动调度送风和排风，进行通风排烟，引导人员疏散，极提高地铁运营的智能化和安全性。系统以节能为特色，综合考虑列车、客流、车站设备、通风等影响空调通风系统负荷的各种因素，根据地铁热环境变化的规律，对空调通风系统的全年运行方式自动进行调整，不仅可以保障地铁车站机电系统设备的安全可靠运行，创造安全、舒适、高效的乘车环境，而且能降低空调通风系统的运行能耗，减少地铁运营成本。地铁一号线PLC（Programmable Logic Controller）监控软件采用AB的RSVIEW32，安装在车站综合控制室的监控工作台上，

OCC服务器的OCC调度员工作站，通过I/ O Driver将相关数据采集至RSVIEW32的实时数据库中，并将数据按要求显示在画面上。根据设定生产和记录报警，实现对车站级所有设备进行监控，并通过网络将车站数据上传至行车调度指挥中心控制室。另外，BAS系统还提供电动碟阀+执行器、电动二通调节阀+执行器、风阀驱动器、

室温湿度传感器、风管式温湿度传感器、压力传感器、电磁流量计及变频器等，其中变频器采用美国AB公司的PowerFlex700系列，用以实现空调机组与回排风机自动节能运行，降低能源消耗。2 地铁一号线BAS系统监控对象及功能

2.1 设计原则

按照“安全、可靠、节能”的目标进行作业。

凭借现代化电子技术、针对车站的所有系统实行监控和管理，从而提高整个系统的运作效率及劳动成本。2.2 地铁一号线环境与设备监控对象

图2.1 地铁一号线BAS系统控制区域

地铁一号线共有11个地下车站、5个地面车站和一座地铁控制中心OCC（Operated Control Center）大楼（图2.1）。

图2.2 地铁一号线站BAS系统控制对象

以地铁一号线站BAS系统为例（图2.2）所示，监控对象包括：

通风空调系统、给排水系统、电扶梯系统、照明系统以及导向照明系统。空调通风系统包括车站公共区的空调、通风及防排烟系统（车站大系统），车站设备及附属管理用房的空调、通风、防排烟系统（车站小系统），区间隧道通风系统、事故通风系统，冷冻、冷却水系统（空调水系统）。车站给排水系统主要是监视车站污水泵、废水泵、车站排水泵、区间排水泵的运行状态以及污/废水池的水位，在出现异常情况时发出报警。

2.3 BAS系统的主要功能

（1）满足车站机电设备智能运行管理需要；

车站、中央级控制网络采用工业10/100M以太网、采用光交换式组网结构，星形拓扑。（足够冗余）加强车站机电设备管理，提高其安全可靠性，降低事故风险；采用先进的控制技术实现节能运行，降低地铁运营成本；实现管理信息化，提高地铁整体管理水平。（2）BAS系统设中央和车站两级管理，构成中央、车站和就地三级控制。

并具有手动/自动(M/A)操作方式的切换能力。（3）BAS系统的某些设备在运行时是相互关联的，需要连锁控制或时序控制等，这些控制功能往往是为一组设备在不同运行模式和不同运行状态下设置的，称之为“群控功能”。

（4）BAS系统根据控制类型及信号源的不同，按照命令发出的先后，控制优先权、设备的当前运行状态、设备的状况，

自动地对运行模式和命令的冲突进行检测，并确认一种执行方式，以便禁止非法操作，保证系统的安全运行。（5）BAS系统自动检测系统的当前运行模式及各台设备的当前运行状态，并在车站控制工作站上显示出来。

（6）BAS系统车站级配备设备管理系统，

能显示设备的“在修”、“故障”状态，能建立车站各类系统设备及备件规格型号、性能参数、安装位置等数据的详细档案，供机电设备维护与管理人员使用。（7）车站BAS系统设置故障检测与诊断专家系统，及时发现机电设备，传感器及仪表和控制系统的隐患与故障，

及时报警并指导检修人员进行维修作业。（8）BAS系统设置实时数据库和Web浏览器功能，并定期生成各类图表。

（9）BAS系统的运行分为正常运行和事故运行：

BAS在正常运行情况下应有完善的节能方案，能根据历史数据建立并修正空调通风系统控制模型，

并以该控制模型为基础，通过优化分析，确定能效比最高的总体运行方案，并将总体运行方案下达给车站分控级，协调车站空调系统各类设备的运行。BAS系统正确监控所有在线设备的性能，通过监测运行参数，保证系统的监控功能得到正确地发挥，并能根据授权，及时评价和修改设备状态。操作员能及时掌握设备运行状态的变化，必要时，操作员能在授权围干预和改变控制，包括修改运行模式，修改设定值等。操作员可通过操作员工作站人机界面监视设备性能和运行时间。事故情况下，BAS 系统能根据来自FAS、信号系统的报警指令，自动地、安全地按预先设定的程序进入灾害运行模式。

2.4 BAS系统的接口

BAS与FAS的接口:

BAS系统与FAS系统在各车站的车控室中的BAS系统车站计算机与FAS系统的车站通讯单元MK7002之间采用无冗余点对点串行接口（RS232）的连接方式实现连接。在控制中心OCC中有BAS系统与FAS系统之间的接口，同时，在每个车站BAS系统为FAS系统提供一个DO口。RS-232

无冗余点对点连接

当本车站有火灾发生时，FAS系统通过其通讯单元MK7002发给BAS系统防灾模式。

防灾模式表是FAS系统和共同提供给BAS系统的车站活在通风系统的运行模式。每个车站防灾模式的种类不多于20种。在每种防灾模式中详细的给出本防灾模式对应的防火区域以及对应此防灾模式时通风设备应该运行的状态。按地铁防灾设计原则：全线同一时间只考虑一次火灾。对于车站火灾，FAS 系统将防灾模式指令发给BAS系统，如果有两种以上的防灾模式发送给BAS系统时，BAS系统将以最先收到的防灾模式为准，动作相关的通风设备。所谓统一时间是指火灾报警发生起至FAS系统复位为止的这段时间，BAS系统除通讯时的应答信息发送给FAS系统外，没有其他的信息通过RS232发送给FAS系统。当BAS系统执行完相应的防灾模式后，输出一个DO信号给FAS系统（每个车站一个）。BAS与扶梯的接口：

BAS系统与每台扶梯是通过各车站的环控电控室中的BAS系统的PLC与扶梯的控制器之间采用无冗余点对点串行接口（RS-485）的连接方式实现连接，扶梯厂家负责在扶梯控制箱完成RS-232至RA-485的转换。RS-485 无冗余点对点连接

BAS系统按照扶梯通讯协议中规定的时间像扶梯发送数据索要信息帧，扶梯控制器在收到索要信息帧后，

按照协议中规定的格式向BAS系统发送扶梯的状态信息帧，BAS系统完成对状态信息帧的解析工作。BAS系统只对扶梯的状态进行监视，不对扶梯进行任何控制。BAS与冷水机组的接口：

冷水系统给BAS系统传送其相关信息；BAS系统给冷水机组传送冷冻水出水温度的的设定值和冷水机组的启停命令，冷水机组根据接收到的控制命令完成相应的设备工作，实现冷水机组与BAS系统的集成。BAS系统与冷水机组在BAS系统与PLC与冷水机组之间采用无冗余点对点的连接方式实现连接。

BAS系统在冷水机组控制器中读取冷冻站中的工艺参数，BAS系统完成上述参数在BAS系统部的传送和显示。

同时，BAS系统根据地铁的环控工艺，对相关数据进行处理后，向冷水机组控制器发送冷冻水出水温度的设定值和冷水机组的启停命令，冷水机组的控制器完成对相关设备控制。BAS与风机的接口：

BAS系统与风机在BAS系统的PLC与风机的电器柜之间采用无冗余电气干接点接口方式实现连接。BAS系统从风机电气柜中获得风机设备的状态，BAS系统完成上述设备状态在BAS系统部的传送和显示。

同时，在风机的设备控制方式为BAS系统控制模式时，BAS系统根据地铁的环控工艺，向风机电气柜发送风机的启停或高低速，正反转选择命令，完成对相关设备的控制；当风机的设备控制方式不是BAS系统控制模式时，BAS系统只检测和显示设备的状态，风机电气柜不执行BAS系统发送给风机的命令。风机部设备之间的互锁和设备的顺序控制由风机电气柜完成。BAS与空调机组的接口：

BAS系统与空调机组在BAS系统的PLC与空调机组的电器柜之间采用无冗余电气干接点接口方式实

现连接。BAS系统从空调机组电气柜中获得空调机组设备的状态，BAS系统完成上述设备状态在BAS 系统部的传送和显示。

同时，BAS系统根据地铁的环控工艺，在风机的设备控制方式为BAS系统控制模式时，向空调机组电气柜发送空调机组风机的启停或高低速，正反转选择命令，完成对相关设备的控制；当空调机组的设备控制方式不是BAS系统控制模式时，BAS系统只检测和显示设备的状态，空调机组电气柜不执行BAS系统发送给风机的命令。空调机组部设备之间的互锁和设备的顺序控制由空调机组电气柜完成。BAS与电梯的接口：

BAS系统与电梯在BAS系统的PLC与电梯的控制柜之间采用无冗余电气干接点接口方式实现连接。BAS与GPS的接口：

BAS系统与GPS（时钟）是通过OCC控制大厅的BAS系统工作站与通信系统的时钟信号端子之间无冗余点对点串行接口（RS-485）的连接方式实现连接。BAS系统负责在BAS端完成由至RS-485—RS232的转换。RS-485 无冗余点对点连接

控制中心（OCC）的BAS工作站获得时钟信号的相关信息，BAS系统完成时钟信号BAS系统部的传送和显示。

BAS与ATC的接口:

BAS系统与ATC系统在OCC进行集成。采用串行，异步，点对点的连接方式实现连接，串行方式采

用四线制的RS-422，工作方式为半双工，串行接口数量为一个。串行无冗余点对点连接

BAS与大屏的接口：

BAS系统与大屏在OCC进行集成。同时采用多种连接方式实现连接（RGB，RJ45），实现BAS系统中央监控工作站的画面在OCC大屏幕上的正确，可靠显示。BAS与通信的接口：

BAS系统与通信（OTN）在各车站和OCC均有接口。接口形式：

RJ45，超五类屏蔽/非屏蔽双绞线；直通接法（两端RJ45头接法相同）；TCP/IP协议，通信专业的接口位置，无论是车站还是OCC均在通信设备室的接线架上。BAS专业，车站接口的位置为车控室5#PLC的ENBT模块，OCC接口位置为BAS系统OCC局域网交换机。BAS与低压的接口：

BAS系统监控的设备中，有部分设备没有独立的控制箱，对于这些设备，BAS系统通过与低压配电系统的接口，来实现监控功能。通过低压接口监控的设备包括：冷却水泵，冷冻水泵，小系统送风机，排风机。注：

BAS与低压的接口采用无冗余干接点方式实现连接。3 地铁一号线BAS系统的软件体系

3.1 BAS系统的软件组成

地铁一号线BAS系统的软件体系有三个部分组成，分别是负责PLC编程的下位程序、显示提供人机

界面的上位程序以及优化控制的第三方软件。

下位程序：

采用的是美国AB公司的Logix5000软件，该软件支持梯形图、结构文本、功能块的编程方式，对车站设备进行科学智能的编程，保证BAS监控的设备可以正常可靠的运行。第三方软件：

此软件为自主开发的软件，其作用是用来优化相关控制，例如环境控制软件，它通过计算当前温度与设定值之间的关系，从而得出应当运行的模式号，并将其送入上位及下位软件，使其按照其得出的结论运行。3.2地铁BAS系统采用的第三方软件

3.2.1环境优化控制软件

软件功能：

1、该软件负责和上位软件进行通讯，从上位软件中采集现场传感器反馈回来的温湿度值，

并自动计算出焓值，然后根据给出的相关公式计算出相关数据。根据计算出的结果，给出相关的通风模式代码给上位软件；同时在空调季节（每年的5月-10月）也对是否需要开启冷水机组给出判断，同样给出需求模式号。出于智能化角度的考虑，该系统可以根据记录的历史数据，给出经过计算的温度设定推荐值。2、可以手动设定时间表，把一天分成若干个时间段，相关设备可以按照规定的时间段投入运行，

车站用时间表控制的设备一般有小系统送排风机以及照明系统。小系统风机运行2小时停运2小时，如此间隔反复；对于照明，在地铁运营时间段开启，非运营时间段关闭。当然运营时间也是可以根据实际情况手动设定。3.2.2 FAS与BAS通讯软件

该软件负责BAS与FAS之间传递数据的解析工作，如果该软件出现问题，那么在出现灾害的情况下，将不能执行相关的火灾模式运行，所以其重要性可见一斑。

FAS和BAS的传输接口前面已经介绍过了，通过的是RS232传递到BAS主机的串口上，该软件实时检测串口上接收到的数据，如果是握手信号，则表示数据传输正常，同时没有火灾情况发生；当传递过来火灾信号的时候，该软件就按照给出的模式对应关系在程序部进行“查表”操作，得出BAS 需要执行的模式代码，同时将该代码传递给上位软件；当如果没有找到对应的火灾模式的时候，给出报错信息。3.2.3 故障管理软件

该软件实现的功能是设备的智能管理，该软件可以访问故障数据库，经过数据加工，给出相关的统计信息；

可以实现按车站查询、设备查询、故障查询、日期查询等相关操作，同时根据设备故障情况，按照修程给出相关的设备的维护提示信息。4 地铁BAS系统的网络架

4.1 BAS系统的构成

车站环境与设备监控系统（BAS）主要由中央级控制系统、通信系统网络、车站级监控系统、车站通信系统网络、现场控制及各类监控设备模块组成。

地铁BAS系统由（中央控制级和车站级）两级设备管理体系，实现（控制中心、车站、就地）三级设备控制功能。BAS控制中心设备主要包括历史监控服务器、图形显示器、BAS设备中央级监控工作站、

网络打印机、声光报警装置、网络交换机、不间断电源等；车站级监控系统由车站BAS监控工作站、车站监控系统网络构成；

就地级设备由现场控制柜及监控、检测、调节等各设备组成。4.1.1 车站级BAS系统的构成

车站级BAS系统由以下设备构成：

操作员工作站、打印机、声光报警器、PLC控制器、远程FLEX I/O、变频器、UPS、IBP操作盘构成。

4.1.2 中央级BAS系统的构成

中央级BAS系统由以下设备构成：

操作员工作站2台、打印机、历史数据服务器、交换机、UPS构成。下面就中央级主要设备作简要介绍：1 OCC局域网

中央级监控系统由OCC局域网络构成，网络包括主备监控站、数据库服务器、工程师工作机、操作员监控工程站等设备。

2 监控工作站

OCC设置2套监控工作站，用于实现BAS调度系统的日常操作与管理。

两个工作站的操作方式、人机界面格式、数据库形式及硬件配置是一样的。可根据操作人员的需求进行不同的显示与操作。3 监控服务器

OCC系统采用双机热备工作方式，监控服务器2套，每套都与2个通信接口连接，实现通信冗余。

2台监控服务器应实现真正意义上的双机热备工作方式。监控服务器应具有大存储空间，存储现场实时数据、历史数据及计算数据，应配置企业用中文界面，与国际标准（当时先进）操作系统完全兼容的数据库。监控服务器放置在计算机机房。4 不间断电源（UPS）

在OCC计算机机房设置2台不间断电源UPS，电源之间不作级连，当1台UPS故障时，可以保证调度系统的正常操作。

BAS与FAS系统共用UPS电源。4.2 BAS系统构成主要部件

4.2.1 PLC日常维护

(1)设备简介：

自动化专业PLC控制柜为专业核心控制部件PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）放置容器，通过它能够实现设备的通讯，控制及逻辑计算功能。

其具体犹如下子设备构成：1 控制器（电源模块，CPU模块，Control Net适配器模块，Ether Net 模块，冗余模块）

2 Ab7006通讯适配器模块

3 多协议网关

4 开关电源

5 空气开关

(2)PLC控制柜整体检查：

1 确认柜各部件安装是否牢靠。

2 确认空气开关是否处于合闸状态。

（备用空气开关除外）3 确认设备温度有无异常，正常温度为50度以下。

4 确认控制柜外观良好，柜无异味。

5 确认柜体无渗漏水现象。

6 检查柜体封堵是密封。

(3)PLC机架上的模块：

1 确认PLC的各个模块均在同一平面上，没有模块突出。

2用手触摸个模块表面，感受是否有异常发热，正常情况下设备应低于50摄氏度。

3确认模块中没有异味发出。

(4)电源模块：

1确认电源模块右上方指示灯绿色常亮，二号线显示屏显示绿色英文Pwrok。

2 检测各界线是否牢固。

3 用无纺布擦拭模块表面灰尘。

(5)一号线CPU模块：

1 确认钥匙处于RUN或者REM状态，当处于PROG状态时应拨回RUN或者REM。

2 确认RUN指示灯绿色常亮，当出现其他颜色时请检查CPU钥匙状态。

3 确认I/O指示灯绿色常亮，从控制器的I/O灯不亮，当出现绿色闪烁时请检查有无脱网设备。

4 确认FROCE及RS232指示灯不亮。

5 确认BAT指示灯不亮，当出现红灯时请及时更换电池。

6 确认OK指示灯绿色常亮，当出现其他颜色灯时需返厂修理。

7 用无纺布擦拭模块表面灰尘。

(6)二号线CPU模块：

1 确认OK指示灯绿色常亮。

2 确认AT指示灯绿色常亮，当出现红灯时，请检查网络。

3 确认模块下方同轴电缆连接牢固。

4 用无纺布擦拭模块表面灰尘。