第3章 环境与设备监控系统《城市轨道交通综合监控系统》教学课件

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本章内容概述环控系统设备环控系统结构环控系统软件环控系统功能接口处理

要求了解环控系统集成特性掌握环控系统设备掌握环控系统结构与构成了解环控系统的网络结构掌握环控系统功能随着城市轨道交通地铁建设的蓬勃发展，应用先进的自动化技术，可以对地铁机电设备尤其是环控设备进行集中的控制和管理，这种自动化系统已经随着地铁建设的发展日趋成熟。监控及管理上述各类设备运行的城轨环境与设备监控系统在城轨运营中处于较重要的位置，称为BAS系统。1概述环境与设备监控系统，英文简写为EMCS(EnvironmentandMechanicalControlSystem)，我国地铁规范其为BAS(BuildingAutomaticSystem)。

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概述BAS系统是一个典型的集成系统，它具备集成系统的3个基本特性：

1，开放系统。2，应用需求。3，接口。BAS系统的基本作用1控制和调节地铁内的热环境，保证地铁内的IAQ（室内空气品质）在一个合理舒适的范围之内，满足乘客和工作人员的舒适性、健康和安全需求以及设备降低能耗的工作要求。BAS系统的基本作用1控制和调节地铁内的热环境，保证地铁内的IAQ（室内空气品质）在一个合理舒适的范围之内，满足乘客和工作人员的舒适性、健康和安全需求以及设备降低能耗的工作要求。2应当在事故及灾害情况下进行通风、排烟和排热，起到生命保障及辅助灭火作用。注意：BAS系统不是消防灭火系统。BAS系统几乎成为城轨中一个必不可少的子系统。设置BAS系统的主要目的在正常状态下保证各城轨车站及区间内机电设备运营安全、各项公共设备可靠、节能；保证城轨环境达到国家有关规定和标准，并在灾害发生时能够及时迅速地进入防灾运行方式，保证人员的生命安全和减少财产损失；在不牺牲车站卫生标准和热舒适的前提下，提高空调系统管理水平，降低维护管理人员工作量，节省空调设备运行能耗。地铁规范规定“地铁环境和设备监控系统的设计应针对地铁的特点和各城市的气候环境、经济情况，设置不同水平的BAS，以达到营造良好环境、降低能源消耗、节省人力、提高管理水平的目的”。2.环控系统设备BAS的被控设备从工艺作用方面可划分为两类：环控系统工艺设备地铁建筑附属其他机电设备。如下图所示为BAS系统的控制范围及相互关系。2.1车站通风空调系统

(1)公共区通风空调系统设备

此类设备组成的通风系统习惯称之为“大系统”，同时兼做车站公共区排烟系统。一般由组合式空调机组、空调新风机、回排风机、消声器、电动组合风阀、多叶调节阀、防/排烟防火阀、新风井、风道、混合室和风管等部分组成。

2.2小系统

小系统指车站设备管理用房通风空调系统(兼排烟系统)。由空气处理机、送风机、回排风机、排风机、消声器、(耐高温)多叶调节阀、防/排烟防火阀、风管等部分组成，一般位于车站站厅层两端的环控机房和小系统通风机房内。2.3空调水系统（1）水系统指车站制冷空调循环水系统。水系统为车站公共区及车站设备管理用房空调器提供冷源，冷源是冷冻水。供冷方式又分为集中供冷和分站(独立)供冷。(4)各类传感器、执行器

这些设备主要是用于环控系统，如用于检测空气参数的温、湿度传感器(分室内、室外及风管式)、二氧化碳浓度传感器等。空调水系统用的压力、压差传感器、变送器，电磁流量计、水管式温度计，感温元件一般是PT100或PT100的热电阻，经变送器转换为标准0～10V信号。

3.2环控系统设备

2．隧道风系统设备这类设备的作用域是隧道，包括区间隧道和车站隧道。它们在正常运营情况下用于排热换气、灾害情况下用于定向排烟、排热和送新风。设备一般包括：区间隧道风机(TVF)，配线隧道风机，车站隧道风机，相关组合风阀，隧道洞口的风幕机。

3.2环控系统设备3．给排水设备

给排水设备包括两类设备：电动蝶阀和水泵，具体如图所示3.2环控系统设备4．照明与导向指示5．电梯与自动扶梯6．屏蔽门

7.人防门8.防淹门3.1.2设备分布特点BAS所控设备分布特点是：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，而其他设备除电扶梯、排水设备、站厅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。

3.3环境与设备监控系统的结构（1）从系统组成角度出发，BAS包括以下几个组成部分：中心BAS系统、车站BAS系统、车辆段BAS系统、集中冷站BAS系统。（2）完整的BAS系统或完整的BAS功能系统是一个以骨干网为基础的、地理上分散的、分层分布式系统结构的大型SCADA系统，从逻辑上讲，硬件系统一般包括三个层次，如下图所示：硬件系统的结构和层次3.3.1中央级BAS系统

中央级BAS系统主要位于OCC控制中心，对区间隧道通风和防淹门设备进行监控，对各个车站各类被监控设备进行监视或控制。

中央级BAS系统由中央实时服务器、中央历史服务器、操作员工作站、工程师工作站、打印设备、网络设备、大屏幕或模拟显示设备等计算机及网络硬件构成，软件则包括操作系统、大型数据库、系统应用软件、应用软件开发与维护平台、网管软件其他辅助软件等。一个完整的中央级BAS系统组成如下：1.OCC局域网

OCC局域网采用标准100M工业以太网，采用标准TCP/IP协议，符合IEEE802.3标准，OCC设置2台交换机来构成冗余的局域网，OCC的所有服务器、计算机等重要设备都必须与双网连接，OCC局域网同时连接通信主干网，实现OCC与车站级别的BAS连接。2.监控工作站

OCC设置2套监控工作站，用于实现BAS调度系统的日常操作管理。两工作站的操作方式、人机界面格式、数据形式及硬件配置相同。3.监控服务器

OCC设置2台双击热备监控服务器，每台都与2个通信接口连接，实现通信冗余，两台监控服务器要实现真正意义上的双机热备工作方式。4.打印机打印机设置一台，用于事件的打印、报警打印、报表打印日常维护管理打印5.不间断电源（UPS，UninterruptiblePowerSystem）早OCC计算机房设置2台不间断电源（UPS），电源之间不作集联，当一台UPS故障时，可以保证调度系统的正常操作。6.大屏显示器

视情况设置，可以是大型模拟屏，也可以是大型显示屏，和其他系统共用。7.中心交换机对于双击冗余设备，最好配三层工业级交换机，或者也可根据骨干网而定，具有双网口，千兆位口用于服务器，百兆位口用于桌面且端口留有余量。3.3.2车站级BAS系统

车站级BAS系统主要由车站级BAS局域网，网络交换机、工作站、PLC和各类仪表等构成。有的在车站控制室友综合后备盘（IBP），作为隧道通风系统、车站大系统和小系统在火灾模式或列车阻塞模式下设备运行控制的紧急后备操作盘，典型的车站级BAS系统分别由以下几部分组成。1.车站级BAS局域网车站级BAS局域网采用冗余环形标准工业级交换式以太网，符合IEEE802.3标准，可以是工业光纤以太网，传输速率为10/100Mb/s自适应，传输介质为光纤，并且在车站级BAS局域网上配有符合以太网标准的网络接口，以供门禁、安全门等系统接入。2.车站级BAS工作站

车站级BAS工作站设置在车站控制室，具有车站级监控、管理的功能，同时具有对整个车站的BAS系统监控对象进行监控，操作、管理的功能，在正常及事故情况下，对车站级BAS系统设备进行监视、控制和管理。

3.综合后备盘（IBP）在车站控制室设有综合后备盘（IBP），盘面布置由综合信息系统集成，盘内的控制有BAS系统提供，当出现紧急情况时，可以利用综合后备盘进行火灾或列车阻塞情况下相关系统设备的模式控制。4.PLC控制器一般在地下车站的两端各设置2台互为冗余的PLC控制器及分散设置的RI/O（远程输入/输出），各控制器监控模块、通信模块等均为智能模块。控制系统具备模式控制、设备群控、顺序与联锁、模拟量控制等功能。5.不间断电源（UPS）由综合信息系统在车控室设置在线式不间断电源，来保证BAS系统供电电源的稳定可靠。6.打印机打印机用于事件的打印和报表打印。事件打印用于操作记录、事故记录、报警记录、测量数据等实时打印，报表打印用于数据的各类报表的定期打印。3.3.3现场控制级现场控制级位于车站各就地监控点或数据采集点，具体包括了各类传感器、执行器、远程RI/O模块、接口模块或装置等，它们构成了地铁环境控制的末端装置，是直接影响环境控制质量的装置。传感器的灵敏度、精度、可靠性和耐用性决定了BAS的控制与调节质量。3.3.4通信网络骨干通信网遍布地铁全线，由交换机、网线、路由器等网络设备构成。其主要功能是为BAS系统传输数据和指令，对于车站级BAS系统，由于它直接面向各种被控设备，由多个控制器和统一的监控设备构成，属于典型的工业控制网络，因此又可细分为三层：监控（信息）层、控制层、接口（设备）层，如图所示为其网络体系结构。车站BAS网络体系结构总线型网络的典型地下站BAS系统构成示意图总线、以太网混合型网络的典型地下站BAS系统构成示意图3.4环控系统软件BAS系统软件结构大多数与SCADA系统相同，包括数据接口层（通信层）、数据处理层和人机接口层。3.4.1数据接口层指运行于各PLC控制器中的智能接口模块。数据接口层通过异步串行通信或以太网连接并管理所有外连系统或设备。3.4.2

数据处理层以监控软件和其专用实时数据库为基础，通过其I/O服务同各控制器进行数据交换，应用其专业历史数据库处理历史数据，并提供ODBC（开放数据库互联，opendatabaseconnectivity）接口，实现同关系型数据库的数据交换。3.4.3人机界面层该界面层基于windows，并通过内部软件总线从其实时和历史库获得数据和服务，实现用户友好的信息信息显示和方便的操作。3.5系统功能3.5.1中央级管理功能中央级管理（OCC）的主要功能为：显示全线各站的设备状况，并可发出控制命令；接收各车站设备状况，环境状况等数据信息，将其存储在数据库中；对数据库的数据分析处理，向各车站传送数据结果；协调各站BAS系统的运行，实现全线设备的联合运行，接收各车站BAS工作站上传的火灾信息和ATC控制中心的列车阻塞信息，并根据预定方案向相关车站发出相应的运行模式指令等，其具体功能如图：OCC自动模式、手动模式如何实现及最终模式编号如何产生图

1车站、区间隧道监控与管理中央级监控系统监视全线各类设备的运行状态，并根据人防门的控制要求，对各区间的水位报警，监视人防门的状态。对区间隧道通风系统进行中央级、车站级控制。中央级监控系统操作员可在地铁监控界面上确定隧道通风系统运行模式，通过控制面板更改运行工况。2运行模式管理

区间和车站隧道通风系统运行分为正常运行、灾害运行，由系统根据预先设定的时间表或具体事故情况来执行不同的运行模式，同时可以通过计算机进行人工干预。主要分为以下几个运行模式：

（1）正常运行状态：主要包括了早晚间的换风运行、闭式运行模式，机械通风模式、活塞通风模式、阻塞运行模式。

（2）阻塞运行状态：当列车因故障或其他原因停在区间超过2min时，中央级下达运行模式指令到车站级，车站级控制通风系统进行隧道通风模式控制。

（3）火灾事故运行模式

BAS系统根据主控系统传来的停车位置信息和司机报告的火灾情况，采取相应的运行模式，保证旅客的安全疏散。（4）模式下载：主要包括一下几个方面：根据隧道通风日常环境控制的要求，对全线BAS下达正常的隧道通风运行模式；隧道发生车辆阻塞时，向相关车站下达区间通风运行模式；隧道列车发生火灾时，向相关车站下达区间通风、排烟运行模式；对全线车站的BAS、冷站BAS、大楼BAS下达空调通风运行模式；通过用户人机界面（HMI）应用软件的时间表监控图形画面，可以进行时间表控制。3环境参数监视中央级BAS系统可在OCC监控中心显示并记录各车站站厅、站台的温度、二氧化碳的浓度、湿度、照度等环境参数。如下图为某地铁站温度、湿度监控界面。在OCC能监视到所管辖范围内任一车站的环境参数，通过各种传感器将这些关键数据采集后经由网络最终发送到OCC服务器上，记录并显示在显示器上。某地铁站温度、湿度监控界面4人机界面显示工作人员可通过图形用户接口实现良好和灵活的人机界面，可监视全线各个车站的空调系统、给排水系统、安全门、电梯、扶梯等设备的运行状况及对相关设备进行监控，如图所示为某地铁站大系统模式监控界面。赤岗塔站B端大系统通风系统实际工艺画面图5运统记录中央级BAS系统能记录各车站主要设备的运行状态，统计设备累计运行时间，根据运营人员的要求，实现维修及检测的预告，主要包括以下信息记录:（1）运营统计：主要包括对各车站主要设备的运行状况，统计设备累计运行时间；中央级监控系统用户HMI应用软件，其实时数据库对各个车站主要设备的运行状态进行记录；对设备的操作等。

（2）打印各类数据统计报表，记录操作和报警信息。主要包括以下几个方面:

对系统和设备操作的信息，以及对系统和设备的报警信息；访问归档数据库的数据，可以进行故障查询和分析等管理操作；把采集得到的数据用来编制报表，按照用户的需求，生成日、周、月的报表格式。8事故报警中央级BAS系统可以对车站级BAS系统故障进行报警，故障报警有声音报警，如连续的声音报警音保持到人员确认为止，还有先进行短促声音报警，等待工作人员进行确认的报警，还包括图形动态报警，这种报警在对应的位置有可见的图形闪烁，响应报警位置的时标信息、图符以及包含有该故障信息的背景闪烁，当操作人员确认后，闪烁停止，到故障修复后，报警状态才得以解除。

中央级维护功能

（1）全线BAS系统工程管理（2全线BAS系统监控与维护（3）全线后备监控与操作维护系统设备的主要监控对象是全线的BAS系统设备，通过维修工作站可实现下述功能：1.在线监控全线各站PLC的配置情况、运行情况；2.在线监控与诊断各PLC控制器中各种模块的运行情况，如CPU状态、后备电池状态，控制网模块状态，以太网模块状态，I/O状态等；

3.在线监控与诊断PLC网络情况，包括网络工作状态及参数配置，数据流量，带宽占用率，控制网络负荷情况(峰值与平均负荷)，各网络模块数据负荷与流量，网络中各站点分配情况，通信介质工作状况等：4.在线监控各PLC系统中CPU模块的内存使用情况，程序周期，数据区数据，特别是和其他系统或设备之间交换的数据(如MCS系统)，程序运行等内容；5.在线清除PLC内部产生的逻辑故障(主要故障和次要故障，非物理损坏)；6.在线修改各PLC站的配置，强制PLC的I/O点状态，改变PLC的运行方式等；7.在线仿真PLC程序运行，测试PLC程序(不实际输出)8.在线上载、编辑、下装各PLC的程序及网络参数；9.在线监控各车站维修工作姑的状态(在线或离线)；10.在线监控各车站EMCS局域网状态；11.在线进行全线面向各车站的监控操作权限和用户管理，可动态添加用户，删除用户，更改用户密码，不同用户的权限范围设置等；12.离线组态并下装各车站监控工程，包括HMI、数据库、接口驱动等，仿真运行车站监控工程。通过上述功能和手段，可以使系统维护人员能实时掌握全线系统设备的运行情况，及时制定维修计划，组织人力完成维修工作。同时，应针对维护功能提供一个基于数据库的维修管理工具，使日常的系统维护和管理信息化。2.3.1中央级功能当出现中心监控系统不能正常工作时、位于车辆段的BAS维护系统完全可以接管对车站的