最新西门子自动化产品在北京地铁5#BAS项目中的应用.docx

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最新西门子自动化产品在北京地铁5#BAS项目中的应用

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西门子自动化产品在北京地铁5#BAS项目中的应用

西门子自动化产品在北京地铁５＃BAS项目中的应用

2011—1-1６　20：

５8:

00来源：

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一、项目简介ﻫ　　１。

概述ﻫ　　北京地铁5号线线路南起宋家庄，北至太平庄北站，线路全长约２７。

6ｋｍ。

全线设22座车站,其中16座地下站,分别为宋家庄，刘家窑、蒲黄榆、天坛东门、磁器口、崇文门、东单、灯市口、东四、张自忠路、北新桥、雍和宫、和平里北街、和平西桥、北土城东路、干杨树,线路总长约1６。

9km。

平均站间距为0.9km，其中两个区间长度超过1.５kｍ,最长站间距离1。

7km。

6座地面站,分别为大屯、大羊坊、立水桥、立水桥北站、太平庄、太平庄北,线路总长约１0。

7km,在太平庄设置车辆段1座、在宋家庄设停车场１座、在小营设控制中心１座。

地铁5号线是北京奥运会的重要基础设施建设项目之一,计划2007年６月30日建成并投入运营。

规划年限初期为2009　年，近期为２016年,远期为２03１年．

北京地铁五号线设有8　座换乘车站，分别为：

宋家庄站与亦庄线、11号线、1０号线换乘;崇文门站与地铁２　号线换乘；东单站与地铁１号线换乘；东四站与地铁6号线换乘；张自忠路站与地铁3号线换乘;雍和宫站与地铁2号线换乘；北土城东路站与地铁1０号线换乘;立水桥北站与地铁13号线换乘。

５号线BAS与换乘站的接口通过综合监控系统实现。

ﻫ此项目由北控电信通公司做为北京地铁5＃线BAS项目的总包商，西门子在此项目中负责5个典型车站的软件功能设计、编程、组态和调试。

包括2个地下站、1个地上站、1个停车场、1个车辆段。

　北京地铁五号线机电系统包括:

火灾自动报警系统（FAS）、环境与设备监控系统（BAS）、暖通空调系统、低压配电与动力照明系统、给排水、电梯系统。

　ﻫ２.BＡS工艺概述

北京地铁五号线的环境与设备监控系统（简称BAS）包括1６个地下车站的站级BＡS、6个地面车站站级BAS、宋家庄停车场的站级BＡS、太平庄车辆段的站级BＡS。

该系统对北京地铁五号线22个车站及停车场、车辆段的暖通空调系统、给排水、低压配电与动力照明系统、电梯系统、车站事故照明电源等车站设备进行全面、有效地进行自动化监控及管理，确保设备处于安全、可靠、高效、节能的最佳运行状态，从而提供一个舒适的乘车环境,并能在火灾或阻塞等灾害状态下,更好地协调车站设备的运行，充分发挥各种设备应有的作用，保证乘客的安全和设备的正常运行。

ﻫ　　北京地铁五号线的综合监控系统　（ＩＳCS）面向的对象是控制中心（OCC）的调度员（如行车调度员、电力调度员、环境调度员、维修调度员、总调度员等）和车站值班人员（包括车站值班站长、操作员）。

综合监控系统可以根据不同运营人员的不同需求提供不同的信息。

BAＳ系统设置2路独立IP的100M以太网接口与ＩＳCS的通信前置机联接,实现BＡＳ与ISCS的数据交换。

车站BＡS系统作为ＩSCS的一个子系统,可以通过接口实现和综合监控系统集成,从而在综合监控系统的协调下完成车站BＡＳ功能。

同时车站BAS系统又可以形成一个以车站为单位的相对独立的系统,通过车站维修工作站、现场触摸屏、PLC控制器等完成对车站环境与机电设备的监控，可以脱离IＳＣS　而独立工作。

ﻫ　　通常情况下,ISCS完成中央级及车站级的BAS功能的监控任务,包括设备的远程点控、组控及模式控制，并实时监视各车站ＢＡＳ被控设备的运行状态。

ＢAS系统主要负责实现车站级的控制功能,通过PLC控制器及接口设备将现场各被控设备的状态数据采集,整理,一方面用于IＳCS的监控，一方面用于BAS维修工作站及现场操作平台的监控。

同时接收来自上述的数据及命令,经优先级判断、冲突判断后执行对被控设备的控制功能．ﻫ　3.车站BAS功能　ﻫ　1）　.车站综合监控系统在调控地铁舒适度的同时，根据空调环境温、湿度计算焓值,控制空调系统冷冻水阀门。

充分利用自然有利条件，实施节能控制.在车站级控制方式下,车站综合监控系统可进行环控工艺模式选择（允许多组模式选择）、修改和添加通过执行不同的环控模式和照明控制方案,实现节能控制.

　2）。

接收本站火灾自动报警系统发送的报警指令,本站综合监控系统停止命令发送,火灾自动报警具有控制优先权,并返回指令的执行信号。

ﻫ　3）.模式执行.所监视的模式分类如下：

ｏ正常模式

o　阻塞模式ﻫo　夜间模式　ﻫ　o时间表　

　4）.单动控制功能：

在车站综控室，通过操作员工作站,可实现对现场机电设备的远程单动控制。

　　4。

ＢAS中西门子产品配置

　1）　PＬＣ及IO的型号

　16　个地下站分别选用S７4１4-２H型PLC做为主控制器，每个地下站采用两套Ｓ741４-2H型PLＣ控制器,分别设置在车站的南北端.在停车场、车辆段以及6个地面站选用S７　４14—3型ＰLC做为主控制器。

每个地下站中选用的专用PＬC均选用S730０　系列PLC。

以下配置以一个典型地下站为例　

ﻫ　2）车站的远程IＯ模块采用:

EＴ200M系列模块.　

ﻫ　3）　地下站设置双冗余以太网环网配置如下:

ﻫ

　4）现场总线:

采用冗余Pｒofibus现场总线,主要用来完成远程IＯ与PＬC主站的通信。

ﻫ　　5）监控计算机

ﻫ

ﻫ　　６）　软件ﻫ

　二、　控制系统构成ﻫ1.整个项目中的硬件配置、系统结构;各组成部分选择的依据。

　车站BAＳ设备由车站BＡS局域网、车站ＢAS控制器（ＰLC）、远程I/O、现场总线、网络设备、BAS维修工作站、传感器、接口转换设备等构成。

主要设置在环控电控室、照明配电室、暖通空调机房、电梯系统的控制箱等位置。

ﻫ具体描述如下：

　对于16个地下站BAＳ系统,每个地下站由如下设备构成:

通信介质为光纤的冗余的双环型工业以太网――选用西门子的ＳCALANＣE网络交换机组建；两对热备冗余的PLC　控制器――选用西门子Ｓ７414-2Ｈ　及其配套设备组成;1套不冗余的专用PLC控制器和1套不冗余的ＩBＰ盘PLC――选用西门子S7　３00ＰLＣ组成；冗余的Ｐrｏｆibus现场总线;若干远程ＩＯ站及模块――选用西门子的ET2００M远程站及相关IO　模块组成;1个ＢAＳ维修工作站（含监控软件）――选用西门子工业级工控机和工业监控SＣＡＤA系统软件WinＣC构成；还有若干传感器和接口转换设备等构成。

其中刘家窑、蒲黄榆、天坛东门、磁器口、雍和宫、和平西里、干杨树等７个站需使用光纤来连接区间PＬC，其中蒲黄榆需要连接两个区间PLC，在总线末端使用总线藕合器及ＯLM来连接光纤和区间PLC。

ﻫﻫ　CＰＵ设计要求:

根据地铁车站建筑形式,分为南端与北端ＢAS子系统，同时综合考虑地铁系统的安全　性、先进性、可靠性和经济性的需求,每端各设置一对冗余的S７４14ＨＰLC站。

当任一一端的ＣPU故障,不影响另一端设备正常监控。

每套S74１４HPLC包含如下模块:

两个互为独立的安装机架,两块功能和配置完全相同的S7４1４H型ＣPＵ（带DP口和ＭPI口）、两个互为冗余的PＳ40７电源模块、两块互为冗余的ＣP343－1型１００M以太网模块（连接综合监控的ＰＬC,增加两块CＰ３４3—1以太网模块），２块4Ｍ　的扩展内存卡,4　块通信速率达10MB的光纤同步模块,2条CPU数据同步光纤,4块用于保持的电池。

每端的CPU　分别连接各自端的远程IO和通讯设备。

ﻫ专用ＰLC:

每个地下站均需要配备专用ＰＬC-Ｓ730０用于本站的冷水机组和ＩBP的监控。

　以太网络:

系统根据车站建筑形式分为南端与北端BAS子系统。

车站的环境与设备监控系统网分二层布置，第一层为站级系统网络,采用工业以太网,担负BAS与IＳCS,南北端PLC　间、维修工作站同南北端PLＣ的数据交换。

采用SＣLＡNCE交换机配置为冗余的双环以太网．　ﻫ　现场总线网:

第二层为现场设备级网络，采用冗余PROFＩＢUＳ工业控制网，担负BAS控制器与BAS现场设备的数据交换.由于第三方的通讯设备转换模块（DS）以及专用PＬＣ的通讯接口为单PＲOFIBUS总线,所以采用Y—LIＮK　连接器,将冗余的双PRＯFＩＢＵＳ总线转换为单PRＯFＩＢUＳ总线。

ﻫ　　第三方的通讯设备转换模块（DS）：

地铁中很多第三方通讯的设备需要监控,例如冷水机组、FＡＳ、电扶梯、电梯、轮椅升降台、EPS、ＵPS、振动检测、变频器。

此次采用鼎实公司的通讯转换模块,将以上设备转换为PRＯFＩＢUS通讯，接入BAS系统。

如图1中的DＳ　设备ﻫ

ﻫ图1地下站系统结构图

ﻫ图2南端大系统－系统图ﻫ

ﻫ图　3南端大系统－模式表图　

图　4电梯系统图　

图　５冷水系统图

ﻫ　三、BAS实现的功能ﻫ　1。

控制功能　

　BAS系统的被控对象是车站的各种机电设备，由西门子自动化产品实现下述BＡS　系统设备控制功能:

ﻫ　　

（1）模式控制：

属于一种特定的设备组控制。

模式的定义是根据工艺设计要求而形成,其触发可有两种方式:

人为触发（HＭＩ，ＩBP）和自动触发（FAS系统）。

　　BAS系统可以实现对本站所有模式及模式控制相关设备的监控与操作功能。

如:

　ﻫ　　·正常模式控制;

　·　早晚换气模式控制；

　·阻塞模式控制;

　　·火灾模式控制;ﻫ采用STEP７中SCＬ语言编写模式控制逻辑块ＦB，模式控制逻辑块的输入管脚为各系统的模式号。

输出为根据模式号控制的一组设备的控制指令。

模式控制的优先级在BAS系统中是最低的,因此在OB3５中进行调用,扫描周期设置为50０ｍs。

（2）焓值自动控制:

主要是面向车站空调系统设备的一种控制方式。

ＢAS将实时检测车站的空气参数并进行焓值运算，根据室内外焓值和温度,确定空调运行工况,实时控制空调设备的运行，如控制空调新风机的运行,各种风阀的控制,冷水机组的控制等;ﻫ采用SＴEP7中ＳCL语言编写焓值自动控制逻辑块FB,逻辑块的输入管脚为焓值和温度，自动调节的死区。

输出为计算后需要执行的相关工况模式号。

焓值控制分为暖通空调系统和冷水系统，暖通空调系统的焓值控制在南、北端的PLＣ中完成。

由于冷水系统的被控制设备，均接在冷水机房的专用PLＣ中,因此冷水系统的焓值控制在专用PLC完成.

　（3）时间表控制正常工况下设备运行控制基本上采用时间表控制方式.时间表作为BＡS控制设备在正常情况下运行的控制输出，它以设备、设备组或系统为单位，确定设备在某段时间内的运行状态。

BASＰLC　根据当前的时间表执行相应的模式。

车站操作员可以选择设备的控制方式。

时间表的控制优先级低于模式控制和手动控制。

ﻫBAＳ系统支持三类时间表（包括工作日、周末、夜间）的运行,同时在BAＳ维修工作站上可以监控任何一个时间表．ＢAS系统同综合监控的通讯为MＯＤBUSTＣP协议，综合监控将时间表下载到ＢASPLC中,BAS将根据时间自动判断并执行时间表的控制内容,相应控制设备启动或停止。

ＰＬC　中的通讯程序将综合监控下载的时间表保存在PLＣ的ＤB块中,采用SＴEＰ7中SCL语言编写时间表控制逻辑块FＢ,根据当前的系统时钟,判断出需要执行的相应模式号输出。

时间表控制的优先级在BＡS系统中较高的，因此在OB34中进行调用,扫描周期设置为３０0ｍs。

ﻫ　（４）FAS的通讯控制

　当车站或区间隧道发生火灾时，BＡS系统根据FＡS的要求执行相应的火灾控制,包括火灾发生时关闭相应的风机和风阀,气灭完成的排废气功能。

BＡS同ＦAS系统的通过第三方的通讯转换模块,转换为DＰ进行通讯。

FAS通讯的所有数据只有2个字节,其中一个做为地址,一个是指令。

在用SCL进行编程时,首先建立一张数据表,里面填好FAＳ数据的地址,当收到FＡＳ数据时,根据收到的地址,到数据表里去查询到相应的地址,再把指令填写到里面。

同FＡS的通讯是优先级最高的，因此在ＯB3３中调用,扫描周期设置为50mｓ。

ﻫ（5）单体设备控制车站ＢAS系统对单体设备的控制方式,由综合监控、ＢAS维修工作站、现场触摸屏实现（5）。

BAS系统接收这些操作指令并根据连锁条件控制单体设备的启停．其触发方式由操作人员人为完成，车站BAS系统控制器具体执行控制任务,并进行设备连锁逻辑判断。

单体设备控制功能优先级最低的，因此在OＢ３5中调用，扫描周期设置为50０ms.　

　　STEＰ7中采用梯形图编写ＦB块,每类设备为一个ＦB，每个设备为一个ＦB的背景数据块，BAS维护工作站中WＩNCＣ　组态全部采用结构变量,操作面板采用画中画。

采用这种方法,工程师每类设备只需要组一个结构,画一个操作面板，同类其它设备调用同一画中画输入不同的变量前缀即可。

方便工程师的组态。

ﻫ　（6）多控制源功能的实现:

地铁BAS系统控制权分为五级控制，就地控制箱、IBP盘、综合监控、BＡS维护工作站、现场触摸屏。

每个控制源的控制级别由高到低排列。

每个可控制设备都有这五个控制级,因此在用SCL编写程序时,需要对设备控制源进行检查.

２。

冗余环网络功能的实现:

　地铁BＡS的控制设备是根据地理位置进行分散式安装,集中控制，同时由综合监控系统下来的控制命令只进入到南端的ＰＬＣ,通过冗余环形以太网再传送到北端PLC,并且南北两端的设备需要相互协调动作。

因此要求南北两端间PLＣ、维护工作站同PLC间的数据传送可靠，不能因为单点或任意两点间故障,造成三者间的数据出现中断,而一般的单环以太网和简单的双环以太网无法实现用户要求，如图８，因此设计采用冗余的双环以太网保证数据传送的可靠性。

配置４台SＣALANCＥ202—IRT　交换机和2　台SＣＡLＡNＣE204交换机组态冗余的环形以太网。

如图9ﻫ　配置方法如下:

ﻫ　·Ｘ202—2Ｓ和Ｘ202—2M1配置为Rｉng　rｅｄｕnｄancｙmanager。

　·X2０2—2M　和X２02—2M2配置为Sｔandbymａnager。

·X２０4－2S和Ｘ２04-2S2不需特殊配置要配置。

　　·Ｘ２04-2S和X204—2M间连接级连网线。

·X２０4-2S２和X20４—2Ｍ2间连接级连网线。

　ﻫﻫ　四、项目运行ﻫ　典型车站的整个系统的结构和编程已经基本完成,所有功能已经同业主测试完成,并通过出厂验收测试.北京地铁5＃线明年３月通车，需要在剩下时间将其它车站的组态和现场调试完成。

ﻫ　五、　应用体会ﻫ　　项目进行当中，使用西门子自动化产品的体会。

如使用方便的地方,遇到的困难,解决的方案.ﻫ　在北京地铁5＃线项目中,西门子工程师同设计院，业主和甲方进行全方面的沟通和交流，了解用户的需求。

采用西门子的PLC、远程IO、工业以太网交换机、工作站为用户解决了一个又一个的地铁控制中的难题。

ﻫ因此我们相信西门子的自动化产品能够为以后其它的地铁项目为用户提供更好的解决方案。