基于工控网络的地铁BAS控制网络系统的研析

前言

地铁环境设备监控系统，英文缩写BAS（又名EMCS），负责控制全线车站及区间的环境和其它机电设备安全、高效、协调运行，保证地铁车站及区间环境的良好舒适和最佳节能效果；在突发事件（如火灾）时指挥环控设备转向特定模式，为地铁乘车环境提供安全保证。目前，国内新建地铁项目虽具体情况各异，但BAS控制网络系统总体方案都基本相同，均采用了基于工业控制网络（工业以太网加现场总线）的解决方案。本文结合近年新建成运行的地铁项目，对其BAS控制网络系统进行了综合研究分析。

1 基本要求

根据《地铁设计规范》、《智能建筑设计标准》等国家标准及地铁BAS实际情况，BAS的控制网络系统在遵循“分散控制、集中管理、资源共享”基本原则的基础上，应满足以下要求。

（1）可靠性：系统工作稳定可靠，所用设备先进成熟，能适应7天24小时不间断工作要求，系统平均无故障时间大于10000小时；采用冗余技术，系统处于热备状态，具备故障自愈能力，能在网络设备、网络连接器、控制设备和通信线路同时发生单点故障情况下正常工作，故障恢复时间控制在300ms内；环境适应性强，能在高温、粉尘、强电磁和潮湿等恶劣条件下稳定工作。

（2）安全性：系统应具备较强防灾能力，应考虑火灾、水淹、地震、雷击和停车事故等灾害可能，并以防火灾为主；系统能够防止系统外部人员入侵以及内部人员的非法操作和误操作。

（3）实时性：作为商业运营系统，应具备很强的灵敏反应能力，在任何情况下，均必须保证信号的实时、准确传输和处理。

（4）开放性：具备开放平台特性，网络体系结构与应用系统相独立；采用通用数据通信协议标准，支持多厂商，支持多种终端设备和数据库系统应用；具备与其它网络、应用系统无缝集成能力。

（5）可管理性：网络系统应便于管理、配置和调整，配有人性化管理接口；在网络系统出现故障时，能提供有效手段，准确、及时定位故障，并提醒管理人员，系统平均修复时间不大于0.5小时。

（6）可扩展性：充分考虑目前业务需求和今后较长时间内业务发展需要，系统应能方便地升级；在采用更新技术同时，保证原有设备大部能继续使用，保护投资。

2 系统分析

2.1 系统构成

地铁BAS系统采用分布式计算机系统管理，由中央管理级、车站监控级、现场控制级和相关通信网络组成。与之对应，BAS网络系统采用分布式网络结构，由主干网（通信传输网）、中央级和车站级局域网及现场总线组成。中央级局域网通过主干网与车站级局域网相连，车站级局域网中的车站主控制器与远程控制器、远程I/O模块通过现场总线连接。

2.2 网络拓扑

主干网和局域网均采用工业以太网，但组网方式有所区别：主干网以单模光纤为传输介质，采用双环网冗余方式，构成千兆工业以太网；对应双环主干网，中央级和车站级局域网均布有两套星型工业以太网，各终端均以链路冗余方式接入主干网。现场控制级，车站级局域网的主控制器（PLC或工控计算机）与现场设备通过现场总线相连，现场总线的选型根据各地铁线路具体情况而定。有些较长的线路，在管理上，中央级和车站级之间还设有车辆段作为中间控制级，车辆段局域网的组网方式和接入方法与中央级一致。

中央级局域网终端设置在地铁运营控制中心（OCC），配备工业控制计算机作为操作站，操作站宜采取冗余配置，另外还可根据实际情况增配维护工作站和数据服务器。车站级局域网终端设置在车站控制室，配备工业控制计算机作为操作站，现场设备的主控制器也配置在该局域网，主控制器一般选用PLC，根据具体情况采用冗余配备。车辆段局域网终端设置在车辆段控制室，配置情况与中央级相似。

2.3 网络设备特点

系统的网络交换设备采用工业以太网骨干交换机。作为在高性能、高可靠性系统中使用的骨干网络设备，为满足要求，其除具备普通交换机功能外，还须有如下加强特征：采用高性能交换引擎和宽带宽背板，保证网络实时通信能力；支持冗余环网拓扑结构和相应协议；采用合金褶皱结构外壳，屏蔽电磁干扰，抗振动冲击，散热快，耐灰尘、潮湿；宽温设计，对寒冷或酷热的工作环境有良好适应能力；提供导轨、壁挂及任意平面等安装模式，便于在特定现场环境安装；冗余双DC电源输入，并提供故障报警输出，有效保障与减少故障还原时间。

3 技术要点

归纳起来，系统重、难点技术主要体现在网络选型、网络冗余、网络管理三个方面。

3.1 网络选型

作为最具开放性、透明性的工业控制网络体系结构，工业以太网成为系统主干网和局域网的必然选型：完全兼容普通以太网（IEEE802.3）标准，继承了普通以太网具