地铁环境与设备监控系统设计浅析

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摘要：近年来我国城市轨道交通建设如火如荼，地铁不论是其乘车环境还是候车环境都得到显著改善，由此日常出行选择乘坐地铁的城市居民日益增多。在此背景下，对于重要影响着乘客候车、乘车舒适度的地铁环境与设备监控系统（ＢＡＳ）的研究也变得越来越重要。基于此，文章首先阐述了地铁ＢＡＳ系统的内涵，然后提出了地铁ＢＡＳ系统设计原则，接着分析了地铁ＢＡＳ系统的功能，最后探讨了地铁ＢＡＳ系统的结构及方案设计，希望能够为相关人员研究提供一些借鉴。

关键词：地铁；环境与设备监控系统；设计

为保障地铁的安全有序运营，对各类车站设备开展全面有效地自动化监控、管理，采集、处理相关数据信息，开展历史信息档案及设备维修管理；以及为满足在紧急状况下的报警、乘客疏散等要求，在轨道交通车站还配备有火灾报警系统、防排烟系统、水消防系统等设备系统。为实现对这些系统、设备之间的有效联动监控，地铁环境与设备监控系统应运而生。地铁环境与设备监控系统（ＢＡＳ）作为一个独立的系统，依托通信、计算机网络、系统集成、自动控制等一系列技术，对地铁车站内的照明系统、环控系统、自动电扶梯系统、消防系统等机电设备采取三级控制管理模式，以保障机电设备始终处在安全、可靠、高效的运行状态，进一步为乘客创造一个安全、舒适的乘车候车环境。与此同时，ＢＡＳ系统在非正常运行状态下，诸如出现火情、列车故障等状况，可通过采集并判定各机电设备的运行状态，采取相应的防灾、阻塞模式，与各机电设备系统协同运行，进一步保障车站环境及乘客的生命财产安全。因此，本文将对地铁环境与设备监控系统设计进行研究分析。

１地铁环境与设备监控系统概述

地铁大多是处在地下，尽管其整体空间十分庞大，然而在于外部空间进行空气流通交换的区域则相对有限，所以，地铁站属于是一个较为封闭的空间，再加上车站内部往往聚集着大量人群，这在一定程度上加大了地铁运营时的安全隐患。为保障地铁运营安全性、高效性，以及保障乘客的安全性、舒适性，地铁系统采用了诸多的机电设备，而因为这些设备种类繁多，功能各不相同，且零散分布，为实现对各类机电设备的全面监管，相关研究人员提出了环境与设备监控系统（ＢＡＳ）。近些年，我国不断加大了城市轨道交通的发展力度，各大地铁公司凭借过往丰富的建设经验，并借鉴国内外先进地铁建设运营方案，积极引入工业级ＰＬＣ以打造地铁ＢＡＳ系统，收获了显著的成果。如今，国内外地铁ＢＡＳ系统已然从各站分离阶段，迈入全线组网的新阶段，在设备监控方面，广泛实行分散控制、集中管理的系统模式。作为近年来得到迅速发展的一种自动控制系统，地铁ＢＡＳ系统综合应用了多项科学技术，包括计算机网络新技术、通信技术、系统集成技术、自动控制技术等，同时依托分层分布式监控系统对地下车站、车辆段、地下区间隧道等系统开展实时监控，并且在不同站级的ＢＡＳ经由冗余通信接口与站级综合监控系统相连，将采集信息统一传输至综合监控系统，达成在综合监控系统中的集成，并与综合监控系统一并对各类设置的一系列正常运营保障设施及事故紧急防救灾设施开展实时监管，进而保障各类系统的安全有序运行。另外，地铁ＢＡＳ系统还与火情报警系统密切相连，一旦发生事故，报警系统可第一时间向ＢＡＳ系统传输救灾模式指令，让ＢＡＳ系统转至救灾模式，调控对应设备做出有效应对，尽可能保障乘客的人身财产安全［１］。

２地铁环境与设备监控系统设计原则

地铁ＢＡＳ系统主要是对地铁内的照明系统、导向系统、给排水系统、通风空调系统、自动电扶梯等车站设备开展全面实时的自动化监控、管理，重要作用于保障地铁的安全、可靠、高效、节能运行，为乘客提供安全舒适的候车、乘车环境。因而，对于地铁ＢＡＳ系统的设计应秉承相应的原则：一是安全性原则。为保障ＢＡＳ系统运行及信息传输的安全性，应建设网络防火墙、建立木马、病毒拦截，同时调节系统访问权限及检索范围，防止不法分子进入系统开展非法操作；二是先进性原则。应基于ＢＡＳ系统特殊性，建立满足技术要求的设计方案，接着打造一个完善的通信平台，保证设计流程与操作技术相匹配，让ＢＡＳ系统设计得更为先进、科学；三是实用性原则。ＢＡＳ系统设计应对其实用性、前瞻性进行综合分析，以此保证系统良好的性价比，防止前期投入过多的成本；四是可拓展性原则。随３５着科学技术的飞速发展，相关的系统功能也得以不断拓展完善，因而在ＢＡＳ系统设计中，应关注系统未来相关技术的可拓展性，并在相应区域设置接口；五是开放性原则。ＢＡＳ系统设计完毕应当是一个开放性的信息平台，并装置配套的网络接口、软件接口、数据接口等；六是互连性原则。ＢＡＳ系统为实现控制功能，应当与其他电子设备、网络设备相连接，不同网关相互间经由通信协议实现连接；七是便捷性原则。ＢＡＳ系统既是一个信息系统，也是一个可操作的信息平台，伴随系统规模的逐步拓展，应保证其管理的便捷性；八是可靠性原则。ＢＡＳ系统设计应具备一定的容错性，保证系统可有序运行，依托系统故障诊断、调节，保证其具备较高的可靠性。

３地铁环境与设备监控系统的功能分析

３．１监视功能

首先，设备动态图形显示功能。在地铁ＢＡＳ系统人机界面，操作人员可观测ＢＡＳ系统设备的运行状况；还可通过设备属性板块，了解各项设备相关运行参数。其次，故障报警功能。倘若出现有相关异常情况，地铁ＢＡＳ系统会第一时间通过人机界面对异常情况予以呈现，提示操作人员对系统故障开展及时处理，保证系统有序运行。地铁ＢＡＳ系统可实现报警类型主要分为三种：一是开关量设备的动作报警；二是模拟量设备的越限报警；三是设备状态报警。

３．２控制功能

首先，设备控制功能。就地铁车站设备控制而言，操作人员可通过车站工作站开展相关的设备控制工作，诸如开展单体设备控制、开展时间表控制、开展焓值自动控制等。其次，模式控制功能。该项功能主要是指对一组机电设备开展控制，在地铁ＢＡＳ系统人机界面中会呈现模式控制画面，操作人员既可通过画面中选定相关组别设备开展模式控制，也可对模式参数开展调节，并由工作站传输至ＰＬＣ中，让相关设备以其他模式进行运行［２］。通常而言，地铁工艺要求不同，则模式也不尽相同，模式控制不仅可依托系统自动化实现，也可人为开展控制，模式控制方式主要分为异常模式控制、正常工况模式控制、早晚换气模式控制、阻塞模式控制等。

３．３显示功能

在地铁ＢＡＳ系统人机界面，可实现对各项设备运行参数、运行动态、警示信号等信息的实时呈现，操作人员还可基于对应画面发出控制命令。画面显示类型主要包括以下几种：一是设备状态分区域显示，在地铁ＢＡＳ系统人机界面，可实现对各区域系统状况的分区域显示，操作人员通过相关的画面，进而有效掌握相关区域的设备运行状况。二是控制方式显示，系统或者设备的控制方式、控制权限，均会通过地铁ＢＡＳ系统人机界面进行呈现。三是设备统计显示，地铁ＢＡＳ系统相应设备的运行状态、运行参数等信息，通过ＰＬＣ进行统计，并可通过相关画面进行显示。四是模式运行显示，在地铁ＢＡＳ系统人机界面中可显示模式的实际运行状态及预计模式运行状态，并通过各种颜色进行呈现，以此为操作人员查找模式运行过程中设备故障等情况提供有效便利。

４地铁环境与设备监控系统的结构及方案设计

４．１地铁地下车站ＢＡＳ系统设计

本地铁ＢＡＳ系统与地铁照明系统、给排水系统、通风系统等系统密切相关，系统主要由ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘＰＬＣ控制器、压力传感器、温度传感器、湿度传感器、ＲＩ／Ｏ模块等设备组成，该部分设备主要依据分层分布式结构组成ＢＡＳ系统。基于地铁地下车站设计要求，本ＢＡＳ系统设计成双端冗余控制器配置的全总线网络结构。地下车站ＢＡＳ系统由Ａ、Ｂ端组成，其中，Ａ端对应的是与车站控制室一侧相靠近的环控系统电控室，Ｂ端对应的是与车站控制室一侧相偏离的环控系统电控室，并以Ａ端为主导，以Ｂ端为辅助，两端电控室均装配有控制器，为保证系统的稳定性，两端的控制器均为两组相一致配置的控制器构成的冗余控制器，在车站控制室中装置通信网关，以此实现ＢＡＳ系统与火灾报警系统的有效交互，同时，通信网关与Ａ端控制器保持连接状态。车站控制室综合后备盘装备ＲＩ／Ｏ，ＢＡＳ系统选取冗余的ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ现场总线，通过现场总线实现Ａ端与Ｂ端控制器的有效连接，综合后备盘则经由内部ＲＩ／Ｏ接入现场总线，ＢＡＳ系统与ＲＩ／Ｏ及其他系统通信网关的连接，同样是通过现场总线实现的［３］。另外，ＢＡＳ系统与综合监控系统的连接则是通过Ａ端控制器实现的，Ａ端控制器装备有双以太网卡，可促使将ＢＡＳ系统信息传输至综合监控系统。地下车站ＢＡＳ系统的ＲＩ／Ｏ装备于系统远程控制箱中，ＲＩ／Ｏ与现场设备相连，远程控制箱装置于车站或者区间配电室、环控机房等室内。ＢＡＳ系统控制器依托现场总线将信息传输至ＲＩ／Ｏ，以此完成对现场设备的监控。ＢＡＳ系统为采集车站环境信息，在站台、站厅、水管等区域装备有一系列传感器，依托调控二通阀控制冷水系统的供冷量，调节车站环境参数［４］。通风系统风机风阀经由智能低压模块，依托现场总线与控制器相连，冷水机房中智能照明、冷水机组控制器等系统都设置有相应的通信接口，通过现场总线与控制器相连，进而达成ＢＡＳ系统对该部分设备的监控。

４．２地铁车辆段ＢＡＳ系统设计

地铁车辆段ＢＡＳ系统对应监控的设备偏少，所以本ＢＡＳ系统设计成ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ全总线网络结构，系统选取一套冗余控制器全总线系统架构，且本控制器与前文控制器属于是相同型号，控制器经由现场总线与ＲＩ／Ｏ相连，以此达成对车辆段ＢＡＳ系统设备的有效监控。车辆段ＢＡＳ系统依托智能低压模块与通风空调系统相连，依托ＲＩ／Ｏ模块与各传感器、二通阀等设备相连，依托通信接口模块与动力照明、给排水等系统相连，进而达成对该部分系统设备的监控［５］。另外，车辆段ＢＡＳ系统设计有维修工作站，作为整个系统的重要组成部分，其配备有特定的诊断维护工具软件，一旦系统出现有异常情况，则可通过该功能模块进行维修维护，并且维修工作站还可实现软件更新升级、系统监测诊断等功能。车辆段ＢＡＳ系统依托ＰＬＣ控制器上的以太网网卡与综合监控系统相连，进而车辆段ＢＡＳ系统的信息及维修工作站的信息即可传输至综合监控系统，完成系统的集成。地铁车辆段ＢＡＳ系统结构，如图１所示。

４．３地铁停车场ＢＡＳ系统设计

就地铁停车场ＢＡＳ系统设计而言，因为该系统所需监控的机电设备相对偏少，所以本系统依托智能低压模块与通风空调系统相连，依托ＲＩ／Ｏ模块与各传感器、二通阀等设备相连，依托通信接口模块与动力照明、给排水等系统相连，依托ＰＬＣ控制器上的以太网网卡与综合监控系统相连，进一步停车场ＢＡＳ系统的信息可传输至综合监控系统，完成系统的集成［６］。地铁停车场ＢＡＳ系统结构，如图２所示。

5结语

总而言之，地铁作为一种地下交通工具，其尽管无需实行路面的交通管理模式，但其所面临的环境较为复杂、恶劣，地下的控制相对封闭，要求装置照明、给排水、空调等设备，而该部分系统有赖于通过环境与设备监控系统开展管控，因此，在发展实践中，应加强对计算机网络、通信、自动控制等技术的综合应用，结合地铁实际情况，开展好地铁ＢＡＳ系统设计工作，提升ＢＡＳ系统对各式各样机电设备的智能化控制水平，保障地铁的安全有序运行。

作者:楼灿灿 单位:同方股份有限公司