淺談軌道交通BAS系統的設計與優化

俞越

?

淺談軌道交通BAS系統的設計與優化

俞越

上海大學機電工程與自動化學院，上海 200444

主要對軌道交通BAS系統設計進行了描述。圍繞BAS系統的四個結構層次：中央監控管理級，車站監控管理級，就地控制級和現場機電設備進行闡述。還突出介紹了車站級BAS系統的結構和功能，具體分析了地下車站和高架站的不同。最后針對車站通風空調系統嚴重的能耗問題，提出了“風-水聯動”的節能優化設計，使得能源利用效率得到了巨大的改善。

BAS系統；自動化監控；風-水聯動

1 概述

軌道交通BAS系統是由計算機技術、數據庫技術、通信技術和自動化控制技術組成的以太網網絡?；诂F代控制理論的集中式計算機控制系統，即用分布在現場各處的模塊箱采集設備信息，通過PLC集中顯示設備信息和發布控制任務，具有智能化和高效率等特點。

2 軌道交通BAS系統主要結構功能

軌道交通BAS系統是一個由集中邏輯控制器構成并在系統下端連接分散在不同位置的機電設備系統，目的是在正常運營以及火災堵塞工況的情況下安全運輸乘客到目的地。根據現行的軌道交通BAS系統，它具有明顯的集成結構。為了使多種其他系統方便接入，BAS系統有著開放性、多樣性、易接入的特點。作為由不同專業的混合交叉并行組成的系統，軌道交通BAS系統涉及各種工程技術理論[1]。軌道交通BAS系統為了降低運行風險，提高系統的可靠性，采用了分布式的物理結構、分級式地對其所管轄范圍內的機電設備實行監控功能，確保整條線路的安全與穩定。

軌道交通BAS系統主要由中央管理級、車站管理級和現場控制級組成。

（1）中央管理級功能介紹

中央管理層實現了整條線路的機電設備實現監控和管理功能。BAS系統的中央管理級監控功能由集成監控系統實現。

（2）車站管理級功能介紹

車站級BAS系統對車站機電設備進行監控。BAS系統將受控系統的運行狀態、報警信號和測試點數據上傳到ISCS系統，并接收ISCS系統下達的控制指令。

（3）現場控制級功能介紹

現場控制級是BAS系統的末端，主要面向車站內暖通設備、給排水設備、動照設備、車站設備的機電設備實現實時的運行狀態監視和管理層的控制信息下達功能。

3 車站級BAS系統設計

在整個系統中，車站級BAS系統作為下級的重要節點起到了至關重要的作用。本文簡要介紹車站級BAS系統的設計要求和系統功能。

3.1 地下車站BAS系統設計

由于地下車站普遍埋深較深，因此地理環境比較復雜、機電設備較多。為此在實際設計中，將會把車站分為左右兩端，每端設置一個環控電控室，主冗余PLC設備放置在環控電控室內。通過光纖把兩套PLC和車站網管設備相連接實現整個車站BAS系統的組網。兩端的機電設備則分別連接至兩端的PLC設備組成BAS系統的末端信息采集網絡。

車站BAS系統為了能夠對分散在車站內的機電設備進行監控，在機電設備集中的區域內設置就地I/O模塊箱。通過硬線或者串口協議把機電運行狀態采集到邏輯控制器。車站火災報警系統通過網線與車站BAS系統主機相連，在車站發生火災的情況下發送火災信號，BAS系統將根據預先設定的模式進行相關設備的聯動。這種設計方法的特點是兩臺冗余PLC設備分散在兩端布置，分散了機電設備的故障風險、系統的可靠性較高，但是相應地系統的復雜度也較高[2]。

3.2 高架車站BAS系統設計

高架車站的軌行區間不存在封閉性地下空間，不需要單獨設立隧道通風系統。不但如此高架車站內因為也是敞開式的空間，不必做集中式通風空調設備，只需要在關鍵的人員設備房內設立分體式空調設備即可。由于沒有太多的機電設備，高架站的BAS系統只需要靠近車輛控制室?？梢栽诃h境控制室安裝冗余PLC設備，以滿足整個站的設備監控。本地I/O模塊盒通過冗余總線（如地鐵站）連接到PLC設備。

高架站的BAS系統有點類似于地下站一端的BAS系統。只設置一套冗余PLC設備。與地下站的BAS系統設計相比，高架站的BAS系統的特點是主邏輯控制器全部設置在一個房間內。這種設計方法也使得站內布線相對復雜，設備監控的可靠性也相對較高。

4 “風-水聯動”節能優化系統設計

上海軌道交通已開通17條線路共計395個車站，運營里程超過600?km；日最高運送乘客量1?160.3萬人次，地鐵作為城市公共交通的大動脈，對國民經濟的發展起著重要的促進作用，同時是耗電大戶。根據上海以往線路的能耗統計分析顯示，軌道交通總用電量中列車牽引占50%～60%；車站及區間用電占了剩余的40%～50%。對于地下車站而言，車站內通風空調設備占了整個車站用電量的50%[3]。如何降低通風空調系統的能耗已成為軌道交通節能工作必須解決的核心問題。

4.1 “風-水聯動”系統方案介紹

因為在軌道交通車站中設備用房中只存在大量固定機電設備較少有人員流動，我們可以通過設定固定值來實現通風制冷，所以在本次的節能優化系統中主要對人員流動變化較大的公共區及軌行區，實時控制通風和空調系統的冷卻需求，達到降低能耗的目的。

根據回風溫濕度，計算負荷區域露點溫度用于設定送風溫度，保證送風溫度在露點溫度之上不產生凝露，最大限度降低風機的能耗；根據混風露點溫度，計算表冷器入口溫度的最佳值，用于重設冷水機組出水溫度，在確保環境溫度要求的邊界條件下最大限度減少潛熱消耗[4]。效率及空調箱風機的效率達到最佳平衡從而實現系統效率的最優化?；谏鲜隹刂评碚?，為冷水機組分別設計了供氣式空調變風量智能控制子系統、變流量智能控制子系統和軌行區排熱風機智能控制子系統。

在這套節能優化系統下，車站通風空調將從按時間按模式的變化設定轉變成實時根據區域溫濕度的軟件平臺計算設定。通過大幅減少不必要的通風和冷卻量來優化能耗。

4.2 “風-水聯動”系統架構

車站“風-水聯動”節能優化系統的設計應體現“集中管理、分散控制”的控制思想。根據受控對象或區域的劃分，系統可以分為多個功能子系統。

（1）空調水系統的變流量智能控制子系統；（2）公共區通風空調系統（簡稱大系統）的變風量智能控制子系統[5]；（3）車站軌行區排熱風機智能控制子系統。

“風-水聯動”節能優化系統通過通信接口與BAS系統進行連接，實現數據共享及BAS對節能控制系統的集成。

通過網絡可實現“風-水聯動”節能優化主系統（集中監控平臺）與變流量智能控制子系統、變風量智能控制子系統與軌行區排熱風機智能控制子系統之間的通信連接，實現車站通風和空調設備的全球協調控制和節能管理功能。車站通風空調系統的主要參數和各子系統設備的運行狀態顯示在統一的軟件監控界面上，進行集中監控，以方便系統的運行和管理[6]。

5 結語

通過文本我們能夠了解到軌道交通BAS系統分別在中心及車站構建了冗余的三層網絡結構，實施了二級管理、三級控制的系統監控模式，并且也針對性地對每個站的不同特性，在地下車站建設了左右兩端的雙冗余控制系統，在高架站建設了單端雙冗余控制系統。不但如此在首次投入運營的“風-水聯動”節能優化系統在能源優化效果上比預期的更好，達到了28%，分別在通風水系統、公共區大系統、軌行區排熱風系統這幾類耗電量大的系統中得到充分利用。每年將為單個車站節省下大約55萬kW·h的電量[7]，推行至全上海的軌道交通，將對造就綠色上海、綠色交通做出重要的貢獻。

[1]李紫時. 地鐵OCC行車調度仿真培訓系統設計[D].成都：西南交通大學，2010.

[2]王菁. 地鐵環境與設備監控系統的設計與實現[D].北京：北京交通大學，2011.

[3]utte J. Revent trends in automatic train controls[A]．In：Proc.of 2011 IEEE intelligent Transportation Systems[C]. 2011.

[4]魏曉東. 城市軌道交通自動化系統與技術[M]. 電子工業出版社，2004.

[5]黃永波. 地鐵環境與設備監控系統控制器配置方案[J]. 都市快軌交通，2011，24（3）：46-49.

[6]enaru F M，Ionescu D，Burca F. Sandu V Amodern informational system at the Bucharest subway’s control center[A]．In：Prec,of 1998 International Conference on Developments in Mass Transit Systems，1998.

[7]inciaridi, M，Paolucci, R，Pesenfi. Generating Optimal Schedules for Underground Railway Line[J]．Proceeding of the 34th Conference on Decision & Control New Orlens，LA-December 1995.

Talking about the Design and Optimization of Rail Transit BAS System

Yu Yue

School of Mechanical Engineering and Automation, Shanghai University, Shanghai 200444

The design of rail transit BAS system is mainly described. The four structural levels surrounding the BAS system, central monitoring and management level, station monitoring and management level, local control level and on-site electromechanical equipment are described. It also highlights the structure and function of the station-level BAS system, and specifically analyzes the differences between underground stations and elevated stations. Finally, in view of the serious energy consumption problem of the station ventilation and air conditioning system, the energy-saving optimization design of “wind-water linkage” is proposed to make the energy utilization efficiency greatly improved.

BAS system; automatic monitoring; wind-water linkage

U231+.6

A

俞越（1993—），男，上海人，漢族，職稱為助理工程師，研究生在讀，研究方向為電子自動化控制技術。