城市轨道交通概论及环境设备监控系统

城市轨道交通沿线车站作为一种特殊类型的智能建筑，其内部安装设置的各类机电设备为轨道交通营造舒适的运营环境提供了保证。城市轨道交通车站环境与设备监控系统通过先进的检测与计算机控制技术，对车站内的各类机电设备进行全面、有效的自动监控，确保乘客的安全舒适和设备的正常运行。因此，环境与设备监控系统在很多场合也被称为机电设备监控系统。

《地铁设计规范》（GB 50157—2013）中将环境与设备监控系统定义为对地铁建筑物内的环境与空气调节、通风、给排水、照明、乘客导向、自动扶梯及电梯、站台门、防淹门等建筑设备和系统进行集中监视、控制和管理的系统，其英文仍采用building automation system，简称BAS。BAS系统的控制范围如图8-14所示。广州地铁采用的环境与设备监控系统的名称为electrical and mechanical control system，简称EMCS；深圳地铁采用的环境与设备监控系统的名称为equipment monitoring control system，简称EMCS。

图8-14　BAS系统的控制范围

1.BAS系统所控设备分布特点

车站两端是环控系统设备的集中安装地，如风机房、冷水机房等，而其他设备除电梯、排水设备、站厅和站台的空气参数传感器等分布不规律外，基本上都集中在车站两端的不同位置。

2.BAS系统的组成

城市轨道交通BAS系统由设置在控制中心的中央级监控系统、设置在各个车站车控室的车站级监控系统及就地级监控系统组成，如图8-15所示。

图8-15　BAS系统的组成

1）中央级监控系统

中央级监控系统主要位于OCC，由中央级监控工作站、中央实时服务器、中央历史服务器、维护工作站、打印设备、网络设备、大屏幕系统或模拟显示设备等计算机及网络硬件和不间断电源等构成。软件包括操作系统、大型数据库、系统应用软件、应用软件开发与维护平台、网管软件及其他辅助软件等。中央级监控系统设备在集成系统中也可作为其他系统的设备使用。

①中央级监控工作站。在控制中心配置有两台监控工作站，执行BAS系统监控和数据采集功能，主要用于环控调度员的日常环控设备操作、监视和调度管理工作。

②服务器。系统采用两台冗余的服务器，实现全线数据的管理。

③维护工作站。维护工作站主要供维护工程师在控制中心从事全线BAS系统软件的维护、组态、运行参数的定义、系统数据库的维护及用户操作画面的修改、增加，故障的检查和资料查询等。

④打印设备。打印设备可实现事件打印、报表打印和日常维护管理打印功能。

⑤网络设备。中央监控系统由中央级局域网组成，采用高速工业以太网，网络冗余配置，采用TCP/IP协议，通信介质为同轴电缆或五类双绞线。

⑥大屏幕系统。大屏幕系统可与其他系统共用，用于显示全线各站被监控设备的工作状态，便于调度人员及时了解设备情况。

⑦不间断电源。在控制中心设置不间断电源，保证BAS系统供电电源的稳定可靠。

2）车站级监控系统

车站级监控系统建立在开放的、高可靠性的冗余交换以太网上，局域网上设有车站级监控工作站（车站服务器）、车站控制系统（主控PLC）及综合后备控制盘（IBP）。系统设备还包括打印机、不间断电源和车站控制网等。车站局域网把车站的所有BAS设备连接起来，并通过城市轨道交通骨干网实现与中央级局域网的连接。

①车站级监控工作站。车站级监控工作站负责在正常及事故情况下对车站各系统设备的监视、管理、控制指令的发出。监控工作站接入冗余车站局域网，并通过城市轨道交通骨干网与中央级BAS监控工作站通信，接受并执行中央级BAS监控工作站发出的控制命令，并将设备运行状态信息上传到中央级监控工作站。同时车站监控工作站接收和处理由BAS控制器上传的设备运行状态和数据，并向BAS控制器下达对设备的控制指令。

②车站控制系统。车站控制系统采用硬件冗余的大型PLC产品，组成BAS系统控制网络，对设备进行监视、控制和管理。车站控制系统的主控站PLC接受来自中央监控站和车站监控站的控制命令、控制模式、设定值的更改和其他关联参数的修改信息，并通过连接在车站冗余控制网络上的就地控制器，实现对车站所属设备和区间隧道通风设备按照一定控制策略进行开停控制、联锁控制、模式控制、优化控制，以及设备运行状态、数据信息的采集和管理，并实时将这些状态信息送到车站服务器中。

③综合后备控制盘。综合后备控制盘设置在车站控制室，作为车站监控工作站的后备设备，可以对隧道通风系统，车站环控大系统和小系统设备进行监控，是在紧急情况下使用的按键式模拟监控盘。当发生火灾或列车阻塞，同时车站监控站或通信网络发生故障时，作为系统操作备用装置，由车站行车值班员按不同的事故区域和性质在IBP盘上启动对应的运行模式，向BAS控制器（PLC）发出相应的控制模式命令。

④打印机。打印机可实现本车站操作记录、事故记录、测量数据等事件打印，各类数据报表的定期打印及图表的输出打印。

⑤不间断电源。在车控室设不间断电源，保证BAS系统供电电源的稳定可靠。

⑥车站控制网。车站PLC控制器与就地PLC控制器及变频器之间采用开放式工业控制网络。该网络是一种高速确定性网络，通信速率为10Mbit/s，通信介质为特种电缆，用于有特殊要求应用场合的信息传输。为保证BAS系统数据和控制指令传输的可靠性，控制网络宜采用双冗余网络配置。

3）就地级监控系统

根据机电设备的设置情况，在被控设备附近设置就地监控设备、就地控制器和传感器及执行机构。

①就地监控设备。在环控机房配置冗余PLC，每台PLC配主、备CPU模块，电源模块，通信模块，以确保控制的可靠性，实现对车站、隧道通风系统和空调大、小系统设备的监视、控制及管理。

②就地控制器。配置PLC控制器，通过冗余接口连接车站冗余控制网络，并通过接口与FAS控制器、屏蔽门中央控制盘、冷水机组控制器、电扶梯、照明控制系统通信，实现对各种设备的运行控制和监视功能。(www.xing528.com)

③传感器及执行机构。在城市轨道交通车站设置的传感器类型有室内温湿度传感器、风管式温湿度传感器、水管温度传感器、压差传感器、流量传感器、二通调节阀、旁通调节阀，用于采集环境控制所需的各类参数并进行相关控制调节。

3.BAS系统的主要功能

BAS系统通常由中央级、车站级、就地级三级构成，实现对环控、给排水、自动扶梯、低压供电、照明及屏蔽门等设备的监视和控制。

1）BAS系统分级监控功能

①中央级功能。中央级监控工作站具有良好和灵活的人机界面。监控人员可监视全线各车站的通风、空调、给排水、电扶梯、照明、屏蔽门、防淹门等系统的运行状态及对相关设备进行控制。操作员站具备完善的报警功能，可将报警信息进行分类、筛选、重组织，建立一个报警系统。同时，在FAS系统发出报警信息后，各系统可启动火灾模式，进行联锁联动，组成全系统的安全体系。

中央级系统可对历史数据记录进行处理、分析和统计，具有统计、文件处理、归档及报表功能。

②车站级功能。车站级控制器可以监视车站各系统设备的运行状态和参数，具有PID调节控制功能、逻辑控制和模式控制功能。控制器根据环境参数对环控系统设备进行运行工况的转换，并进行最优化的控制，达到节能运行的目的。

③就地级功能。就地级控制器通过车站控制网与车站主控PLC通信，接受控制指令并对现场设备进行就地控制，同时将设备运行状态和参数传送到车站主控PLC上。

2）BAS对各系统的监控内容

（1）空调通风系统应具有以下监控功能。

①空调机组的启停控制；风机状态显示；过载报警；过滤网状态显示及报警；就地/遥控指示；新、送、混、回风温度及湿度检测；空调机冷冻水流量调节；对变速风机进行变风量控制；接收FAS系统的指令，对风机联动控制；风机、风阀、调节阀之间的联锁控制及风阀的状态显示。

②隧道风机的启停控制；正反转控制；风机状态显示；过载报警；就地/遥控指示；接收FAS系统的指令，对隧道风机联动控制。

③送排风机的启停控制；风机状态显示；过载报警；送风温度、湿度检测；排风温度、湿度检测；就地/遥控指示；接收FAS系统的指令，对送排风机联动控制。

（2）空调冷水系统应具有以下监控功能。

①冷水机组的启停控制，运行状态显示，过载报警，就地/遥控指示，冷冻水进出口温度、压力检测，冷却水进出口温度、压力检测，运行时间和启停次数记录。

②冷冻水系统的冷冻水泵启停控制及状态显示，冷冻水泵过载报警，水路电动阀开启、关断控制及状态显示，冷冻水旁通阀门压差控制，冷冻水泵、电动蝶阀就地/遥控显示，水流量测量及冷量记录，分水、集水温度及流量测量。

③冷却水系统的冷却水泵启停控制及状态显示，冷却塔风机启停控制及状态显示，冷却水泵、冷却塔风机过载报警，水路电动阀开启、关断控制及状态显示，冷却水泵、电动蝶阀就地/遥控显示。

④制冷系统的控制系统应预留数据通信接口，以获取冷水机组和水系统的有关参数。

（3）对正常照明系统应能定时和实时控制其开/关状态，并接收其运行的反馈信号。

（4）对给排水系统应具有水泵启停控制，水泵运行状态显示，水泵故障报警，水位显示及危险水位报警，水泵运行时间统计，主、备泵运行切换控制，车站用水量记录等监控功能。

（5）对防淹门系统，应显示防淹门的开/关状态，能接收防淹门的故障报警信号，并将报警信号送达BAS系统。

（6）对自动扶梯，BAS应对其进行控制，并具有运行状态显示和故障报警功能。

（7）对屏蔽门系统，BAS应具有运行状态显示和故障报警功能。在火灾等紧急情况下，应能手动进行控制。

4.BAS系统的运行模式

BAS系统主要有以下几种运行模式。

1）正常模式

正常模式是行车按计划进行、各系统正常运行、主要设备正常运行时的工作模式。在正常模式下，BAS系统主要按照时间表的编排，对各种机电设备进行常规控制。

2）灾害模式

灾害模式是在发生火灾、水灾或其他重大灾害事件情况下的工作模式，其中，按灾害事件发生的位置又分为区间灾害和车站灾害两种。当火灾报警控制器的报警信号被确认时，火灾报警控制器将火灾的位置及联动控制指令发送到BAS，令BAS进入火灾控制模式。此时，BAS按照火灾报警控制器的模式控制指令，强制执行预先编排的控制预案，调用相应模式的控制程序，或按照人工操作指令执行相应的动作，配合车站和区间的防排烟控制和人员疏散。

3）阻塞模式

阻塞模式是列车在区间或车站运行受阻，导致无法按计划行车时的工作模式。相关的车站BAS设备接收来自中央控制室防灾指挥中心的阻塞模式控制命令，转入阻塞工作模式。在阻塞模式下，BAS按照接收到的列车阻塞位置及区间、车站的人员情况，执行预先编排的控制预案，配合进行车站和区间的通风控制与人员疏散。