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概述
隨著經(jīng)濟實力的增長，國家正在大力發(fā)展城市軌道交通。由于地鐵的環(huán)境非常特殊，客流量十分大，地鐵的安全性，舒適性及穩(wěn)定性是對地鐵運營狀況的最重要的考核指標，因此地鐵車站對通風、消防、空氣調節(jié)等監(jiān)控系統(tǒng)的要求非常高，工業(yè)化邏輯控制器的產品指標、網(wǎng)絡性能等對整個系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運行至關重要、不允許有半點差錯。本文根據(jù)廣州地鐵二號線的EMCS系統(tǒng)實際工程經(jīng)驗，介紹GE Fanuc 的系列90-30 PLC、VersaMax、HMI等產品在廣州地鐵EMCS監(jiān)控系統(tǒng)中的應用方案
廣州地鐵二號線，線路總長23公里，全線共設20座地下車站，地下車站大系統(tǒng)的空調冷源采用集中供冷的方式、所有車站的站臺設置屏蔽門。車站設備監(jiān)控系統(tǒng)（EMCS）組成中央、車站、就地三級控制系統(tǒng)，使車站設備監(jiān)控系統(tǒng)對全線20個車站的通風空調系統(tǒng)設備、給排水設備、自動扶梯、車站公共區(qū)照明、廣告照明、車站事故照明電源、屏蔽門、防淹門等機電設備進行全面、有效的監(jiān)控和管理，確保車站設備處于高效、節(jié)能、最佳運行狀態(tài)，創(chuàng)造一個安全舒適的地下環(huán)境，并能在火災或列車阻塞事故狀態(tài)下，指揮控制車站設備進入救災模式，保證乘客的安全和設備的正常運行。

系統(tǒng)結構

廣州地鐵二號線的通訊網(wǎng)絡由三層環(huán)網(wǎng)組成：全線光纖大環(huán)網(wǎng)、控制中心（OCC）子環(huán)網(wǎng)、20個車站的站


 地鐵全線光纖大環(huán)網(wǎng)
通訊專業(yè)提供OTN光纖大環(huán)網(wǎng)，OTN網(wǎng)絡支持冗余技術，在網(wǎng)絡某處斷開或節(jié)點失效的情況下，可以自動改變數(shù)據(jù)流向，保證數(shù)據(jù)的正確傳輸。在每個車站的通訊設備房及控制中心（OCC）通訊設備房為EMCS系統(tǒng)留有一個10M的以太網(wǎng)，與車站子網(wǎng)、OCC子網(wǎng)等實現(xiàn)通訊連接，通訊協(xié)議為TCP/IP。

 OCC光纖子環(huán)網(wǎng)
控制中心（OCC）各處設備由光纖環(huán)網(wǎng)組成，構成計算機局域網(wǎng)絡，具體配置如下：
• 兩臺冗余服務器，各安裝GE Fanuc 公司的Cimplicity HMI Server冗余服務器軟件，負責數(shù)據(jù)采集和處理、歷史數(shù)據(jù)記錄及網(wǎng)絡維護的功能，當主機出現(xiàn)故障的時候，可以自動過渡到從機上。
• 兩個監(jiān)控工作站，安裝 Cimplicity HMI View 人機界面軟件，供環(huán)調人員操作。
• 一臺大背投計算機，負責大背投屏幕的畫面顯示和切換。
• 一臺維修工作站，安裝開發(fā)版人機界面HMI軟件，同時安裝PLC監(jiān)控軟件VersaPro 通過以太網(wǎng)，可以遠程對任何一臺PLC進行編程、監(jiān)控和維護。
• 一套與軌道電路信號、同步時鐘信號接口進行通訊的PLC90-30 完成行車位置信號、時鐘信號的采集及全線網(wǎng)絡PLC和計算機對時同步。

 車站內光纖子環(huán)網(wǎng)
網(wǎng)絡連接的設備包括：


• 車站內車控室監(jiān)控計算機，由車站人員對設備進行操作和顯示。
• 車站A端冗余PLC及I/O機架，負責A端ECS設備的邏輯控制。
• 車站B端冗余PLC及I/O機架，負責B端ECS設備的邏輯控制。
• 消防信號（FAS）用PLC，負責火災信息接口。
• B端導向控制PLC、負責導向疏散指示燈的邏輯控制。
• BS控制器PLC，負責BS系統(tǒng)邏輯控制。
地鐵環(huán)境下對設備的穩(wěn)定性，抗干擾性要求非常高，在任何一個防火分區(qū)發(fā)生火災時，要求模式啟動和設備動作要足夠快。車站內部設計成環(huán)型工業(yè)光纖以太網(wǎng)，支持冗余網(wǎng)絡方案。車控室、A端環(huán)控室、B端環(huán)控室等各處以光纖連接，可以避免車站內電力機車的強電磁干擾對系統(tǒng)通訊的影響。車站兩端配置獨立的控制器，其中央處理模塊為CPU364，CPU模塊、電源模塊、通訊模塊、機架等均為冗余配置，保證對每個車站2000個設備監(jiān)控點的高效安全控制。PLC主機配置10M以太網(wǎng)口，各PLC之間、PLC與計算機之間通過TCP/IP協(xié)議相互傳遞信息，并通過通訊專業(yè)的接口，與控制中心（OCC）進行數(shù)據(jù)和指令的傳輸

 工業(yè)現(xiàn)場總線
PLC與現(xiàn)場分布式I/O機架通過GE 公司的GENIUS 工業(yè)現(xiàn)場總線連接。GENIUS 具有優(yōu)良的傳輸特性，三取二的糾錯功能，較高的傳輸速率，其優(yōu)越的抗干擾性在本工程中得到突出的發(fā)揮：在傳輸速率為153.6K，通訊長度普遍超過1200米，甚至達到1500米，有電力機車近距離干擾的惡劣條件下，所有車站的GENIUS現(xiàn)場總線均正常穩(wěn)定的工作，不受任何干擾。
遠程I/O為VersaMax 系列模塊，在地下極為潮濕，模塊表面結露水的情況下，依然能正常工作，業(yè)主十分贊嘆GE 的產品質量。



 通訊接口
9030PLC與其他專業(yè)有各種通訊接口，GE 的PCM模塊提供了多種可編程接口協(xié)議，協(xié)議的開發(fā)也非常方便。接口包括
• 時鐘接口
• 軌道信號接口：軟件協(xié)議是3964R
• 冷水機組接口：Modibus軟件協(xié)議進行通訊。
• 屏蔽門接口：雙方接口采用RS485方式，自行開發(fā)軟件協(xié)議進行通訊。
• 防淹門接口：雙方接口采用RS485方式，自行開發(fā)軟件協(xié)議進行通訊。

系統(tǒng)功能


控制中心計算機和車站計算機對所有區(qū)間隧道和各車站的設備進行監(jiān)控，根據(jù)不同的操作權限和口令，實現(xiàn)中央級、車站級的分級控制，自動和手動操作完成通風、空調、消防、突發(fā)事故、以及照明、疏散等運行模式。在維修工作站和OCC工程師站，維護工程師能夠通過網(wǎng)絡對所有PLC和計算機進行遠程監(jiān)控和調試，大大減少了維修工作量。
 通風模式控制：正常運營情況下，根據(jù)站內和站外的環(huán)境溫度、濕度、焓值進行全新風、小新風、空調等運行模式的運行和切換
 消防模式控制：在車站火災、區(qū)間隧道火災時，按照消防規(guī)范，自動或人工啟動通風、排煙模式、啟動疏散指示
 時間表自動控制：事先設定全年的運行時間表，系統(tǒng)根據(jù)工作日、假日、特殊日的設定時間表，自動啟動相關設備和模式，實現(xiàn)無人職守的功能
 PID調節(jié)：根據(jù)車站內溫度濕度場的分布、進行數(shù)學計算，求解最佳的控制模型，保證車站內部穩(wěn)定舒適的環(huán)境
 水系統(tǒng)控制：控制集中冷站、空調機的水系統(tǒng)，為空調系統(tǒng)提供足夠和均衡的冷源
 報警記錄和統(tǒng)計報表：記錄全線50000點的設備狀態(tài)信息、系統(tǒng)信息，記錄和語音提示各種報警狀態(tài)，記錄所有設備的操作情況，對數(shù)百個傳感器進行實時和歷史曲線的記錄和分析，生成運營和設備運行的幾十種統(tǒng)計報表
 口令與權限：可以對控制中心和各車站操作人員、維護人員進行口令和操作權限管理


實施結果

廣州地鐵二號線項目是廣州市市政重大工程，在此之前，廣州地鐵一號線的EMCS系統(tǒng)選用了另一家公司的產品，結果響應速度遠遠達不到設計要求，火災模式無法及時進行，因此廣州地鐵二號線EMCS系統(tǒng)項目成為廣州地鐵公司上上下下十分關注的重點項目。通華公司使用GE的GE FANUC產品，按工期、高質量的成功完成了EMCS系統(tǒng)工程。作為5萬點的大型監(jiān)控項目，從OCC發(fā)指令到車站設備實際動作的時間不到2秒，實現(xiàn)了市消防局消防驗收一次通過的佳績。廣州地鐵二號線已經(jīng)于2003年6月28日正式投入商業(yè)運營，目前EMCS系統(tǒng)運行正常穩(wěn)定，廣州地鐵公司對此十分滿意


(上海通華自動化工程有限公司)