地鐵BAS系統PLC冗余技術的應用淺析

陳淑君

摘要：在現代化發展背景之下，城市可利用空間不斷的減少。為了滿意社會大眾日益增長的交通出行需求，就需要積極展開對地下資源的利用工作。地鐵作為一種依附于城市地下空間的交通方式，在當前得到了相當廣泛的應用。文章即從這一角度入手，對地鐵BAS系統中有關PLC冗余技術的應用要點進行分析，希望能夠引起各方人員的關注與重視。

關鍵詞：地鐵；BAS系統；PLC；冗余技術

BAS系統即地鐵環境與設備監控系統，該系統的正常運行與地鐵運營的安全穩定以及乘客、工作人員的人身安全等關鍵問題密切相關。正是由于這一原因，在現行的地鐵設計規范與汗液標準當中，對BAS系統的安全性提出了嚴格的要求。為了能夠達到提高系統可靠性的目的，多建議通過硬件冗余的手段實現。但需要注意的是：若將其考慮為完全冗余結構，則不但不會達到提高系統可靠性的效果，反過來或造成工程投資的加大。因此，需要通過對硬件配置的合理優化以及對軟件技術的輔助應用，使系統的冗余功能得以實現。此問題值得各方人員引起重視。具體方案如下：

一、BAS軟件架構

對于地下車站，BAS系統有兩對控制器，設置在地下車站兩端的環控電控室PLC控制柜內，分別用于控制車站兩端的機電設備。以車站大端的控制器為主，小端的控制器為輔。

對于高架車站，BAS系統只有一對控制器，設置在高架車站大端的綜合監控設備室PLC控制柜內，整個車站內的所有機電設備監控、環境參數監視等均由這一對控制器實現。與地下車站相比，兼具大端和小端所有的功能。

（一）兩端PLC功能劃分

地下車站兩端PLC控制器，大端的控制器主要實現以下功能：

（1）監控大端機電設備、監視大端環境參數；

（2）與ISCS接口點通訊；

（3）接收ISCS轉發的GPS對時信息；

（4）系統控制方式切換、模式解析、模式狀態判斷；

（5）IBP功能解析、接收FAS火災模式指令；

（6）時間表控制；

（7）與小端PLC控制器通訊；

（8）與大端RIO節點通訊。

而小端的控制器功能相對而言較為簡單，主要實現以下功能：

（1）監控小端機電設備、監視小端環境參數；

（2）與大端PLC控制器通訊；

（3）與小端RIO節點通訊。

（二）大端PLC程序結構

大端BAS系統中有程序之處包括三部分：主PLC控制器、RIO適配器、IBP RIO適配器。

1.主PLC控制器部分

主PLC控制器部分集中BAS系統主要程序內容，用于網卡狀態判斷切換、接收ISCS轉發的GPS時鐘信息（包括年月日時分秒）、系統控制權限操作、模式解析執行及判斷、機電設備監控、時間表控制等。其中與ISCS接口通訊、與小端PLC通訊、與RIO節點通訊通過軟件組態配置實現。

主PLC程序結構組成：

2.RIO適配器部分

RIO部分主要用于在適配器中組態基本的硬件配置和程序，不做過多的解析指令等作用。程序內容包括：在本RIO節點處有通訊接口的設備的通訊程序、本RIO節點的模塊狀態診斷、模件通道數據（包括DI、DO、AI、AO）轉換處理程序。

RIO適配器中程序結構組成：

3.IBP RIO適配器部分

IBP RIO PLC部分主要用于緊急情況下IBP上功能。IBP RIO PLC中只在適配器中組態基本的硬件配置和程序，不做指令解析。連接IBP盤上環控模式的按鈕、指示燈等信息。程序內容包括：IBP RIO與FAS接口通訊程序、IBP RIO模塊狀態診斷信息、模件通道數據（僅包括DI、DO）轉換處理程序。

說明：IBP RIO硬件組態時與普通的RIO節點組態不完全相同，多了一個BMXNOE0100的以太網模塊，其I/O scan地址映射設置于BMXPRA0100一樣，這樣保證PRA下連接的交換機鏈路故障或交換機故障時，NOE下的鏈路依然正常，保證能接收IBP盤上按鈕、指示燈的信息。

IBP RIO適配器中程序結構組成：

（三）小端PLC程序結構

小端BAS系統中有程序之處包括兩部分：從PLC控制器、RIO PLC適配器。

1.從PLC控制器部分

從PLC控制器部分集中BAS系統小端的程序內容，用于網卡狀態判斷切換、小端機電設備監控等。其中與大端PLC通訊、與RIO節點通訊通過軟件組態配置實現。

從PLC程序結構組成：

2.RIO適配器部分

RIO部分主要用于在適配器中組態基本的硬件配置和程序，不做過多的解析指令等作用。程序內容包括：在本RIO節點處有通訊接口的設備的通訊程序、本RIO節點的模塊狀態診斷、模件通道數據（包括DI、DO、AI、AO）轉換處理程序。

RIO適配器中程序結構組成：

二、BAS系統PLC冗余技術系統配置

首先，從網絡結構配置的角度上來說，整個BAS車站級采取兩極化網絡模式，劃分為控制層以及監控層，并對應對立網絡結構。其中，監控層以以太網網絡為基礎，支持TCP/IP協議，帶寬標準為10/100M，冗余配置為雙星型拓撲結構。將其設置于車站主PLC控制器與通信處理器的中間位置，確保信息傳輸得到全面的監控。同時，在PLC1～2內分別設置有獨立的以太網通訊模塊?？刂凭W的冗余以及切換由設備獨立完成，工程應用中不做特殊處理、

其次，從監控層配置的角度上來說，將1臺獨立運行的監控工作站配置于車站控制室內，將其與冗余配置下的車站監控局域網進行連接（通過以太網卡的方式實現）。同時，在車站一端環空電控室內設置獨立通訊控制器（其主要功能是對通訊接口進行集中處理），其與整個車站監控局域網網絡的連接同樣通過以太網接入的方式實現。

最后，從控制層配置的角度上來說，在整個地鐵車站內部，BAS系統在車站內對應有一套具有熱備關系特點的PLC控制器裝置，其主要工作任務式：負責完成BAS系統下車站控制層所有任務的調度，并為其提供數據服務以及功能支持。主控制器、備控制器同時與車站監控網絡系統連接。PLC1～2同步運行，一主一備，但僅有主控制器能夠在以太網網絡支持下獲取監控層所傳遞的數據信息，另一備用控制器則獨立運行。在故障條件下，PLC控制器能夠對內部故障進行自動檢查并進行切換，以確保安全性以及整個BAS系統的持續運行。

三、BAS系統PLC冗余需求

對系統進行冗余的主要目的是提高系統運行的可靠性，避免發生故障停運，設備損壞的問題，從而達到降低經濟損失，減少并避免人員傷亡的目的。由于PLC技術自身就有一定的可靠性，因此僅僅從硬件配置上入手，對系統可靠性進行改善是遠遠不夠的。為達到滿意的效果，還需要從軟件入手，引入系統性的冗余技術。

從BAS系統對PLC冗余功能需求的角度上進行分析：要求在主PLC控制器與監控工作站之間形成一個完整且獨立的通信路徑，能夠支持對數據的上行或下行傳遞。同時，通過應用冗余技術的方式，能夠在雙以太網通訊鏈路或冗余PLC控制器出現單點故障的情況下，BAS系統的正常運行不會受其影響，在自身無硬件故障的條件下，冗余PLC控制能夠確保主備PLC控制器的安全、穩定運行。

四、PLC冗余技術應用要點

研究認為：PC電源，網絡通訊以及結構框架等同樣是影響整個BAS系統運行可靠性的重要因素。因此，兩個PLC控制器還需要在以上多個方面中實現雙重化的冗余目標。一旦主PLC控制器出現故障，則備控制器能夠立即繼續執行控制指令，避免現場工藝設備處于控制失效的運行狀態下。同時，對于主PLC控制儀器而言，過程計算機需要在以太網的支持下將控制指令傳遞至設備PLC裝置，同時對設備PLC所傳遞的現場實時信息進行接受，以了解現場設備的運行狀態。同構構建PLC獨立互聯網的方式，以Genius總線為載體，實現PC端的連接，在GBC支持下實現每臺PLC裝置的交互式連接。還需要特別注意的一點是：在構建基于PLC的互聯網網絡過程當中，對于每臺獨立的PLC裝置而言，需要劃分為128*16字節的內存區域，將其作為控制系統的廣播收聽區域，通過廣播的方式收聽并傳遞現場設備的運行標志以及輸入狀態等關鍵信息，在熱備冗余技術的支持下根據所收聽的廣播數據，就對方PLC的運行狀態進行評估。

五、結束語

從地鐵建設的角度上行來說，對機電設備，特別是環控設備進行集中控制，能夠使其運行更加的安全可靠，確保地下環境的安全性。在PLC冗余技術干預下，可以使整個地鐵BAS系統的運行更加安全與可靠，達到滿意的實踐效果，值得在同類工程建設中加以關注。