第6章 环境与设备监控系统（BAS）

城市轨道交通综合监控系统第6章环境与设备监控系统（BAS）6.1BAS系统概述 6.2BAS系统的基本组成 6.3BAS系统的结构 6.3.2BAS现场级系统构成6.4BAS系统硬件配置6.5BAS系统功能6.6BAS系统接口要求:

掌握城市轨道交通BAS系统即环境与设备监控系统的定义、功能和作用。熟悉BAS系统的基本组成以及车站环控系统、隧道环控系统以及机电设备控制系统的功能和设备。熟悉BAS系统各部分的结构组成和基本功能。熟悉BAS系统的接口特点以及与FAS系统、综合监控系统等其他系统的接口。第6章环境与设备监控系统（BAS）

6.1BAS系统概述

环境与设备监控系统，英文简写为EMCS（EnvironmentandMechanicalControlSystem），我国地铁设计规范命名“环境与设备监控系统，BuildingAutomationSystem（BAS）”，并对其定义为：“对地铁建筑物内的环境与空气条件、通风（隧道通风和车站通风）、给排水、照明、乘客导向、自动扶梯及电梯等建筑设备和系统进行集中监视、控制和管理的系统”。通常BAS系统实施二级管理、三级控制的方式，即由中央级、车站级和就地级三级对车站设备进行监控，在中央级和车站级进行系统管理。

6.2BAS系统的基本组成

6.2.1BAS系统的基本组成概述

城轨BAS系统按照被控设备作用又可划分为两类：环境控制系统和机电设备控制系统。

环境控制系统由车站环控系统和隧道（或区间）环控系统组成，具体包括车站站厅和站台公共区的空调系统（简称“大系统”），车站设备及附属管理用房的空调系统（简称“小系统”），车站制冷空调循环水系统（简称“水系统”）和区间隧道通风系统兼事故通风排烟系统（简称“隧道通风系统”）等。

机电设备控制是指对城轨建筑附属设备及其他机电设备的控制，包括电扶梯系统、照明系统、屏蔽门系统、乘客信息系统、给排水设备和人防门等。

6.2BAS系统的基本组成

6.2.1BAS系统的基本组成概述

BAS系统的基本组成6.2.2车站环控系统

1.地铁制冷系统工作原理

地铁地下车站的制冷系统主要采用水冷却风的方式，水在管道中通过水泵、制冷设备，空调机组，冷却塔往复循环，水与制冷剂之间进行换热，把热量带出站外，把冷风送进乘客身边和设备房中，使车站中的空气质量和温湿度达到“舒适”的目的，为广大乘客出行提供便利的条件和优质的服务。

地铁制冷系统工作原理6.2.2车站环控系统

1.地铁制冷系统工作原理

1）制冷设备制冷过程

制冷设备是由制冷机组、冷凝器、蒸发器和节流阀四个基本部件组成。制冷剂在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环。

2）制冷系统冷却水循环原理

冷却水在冷却水泵的作用下，经过制冷设备换热后，输送到室外冷却塔散热，然后再回到制冷设备中继续换热的过程。

3）制冷系统冷冻水循环原理

冷冻水在冷冻水泵的作用下，经过制冷设备换热后，输送到空调器中冷却热风，空调器再把冷风送至车站各个角落，在空调器中换热后的冷冻水再回到制冷设备中继续换热，如此往复。

6.2.2车站环控系统

1.地铁制冷系统工作原理

制冷机组6.2.2车站环控系统

2.大系统

大系统直接负责车站热环境，能耗最大。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。BAS系统的控制对象是组合式空调机组、空调新风机、回排风机，以及各类电动风阀。

大系统主要设备一般集中、对称地分布于车站站厅层两端的环控通风机房，机房内一般分别设置1台或2台组合式空调机组，每台机组对应一台回排风机，车站每端设置一台空调小新风机，提供车站公共区小新风工况的新风量。

6.2.2车站环控系统

2.大系统

通风空调系统结构通风空调系统的工作原理6.2.2车站环控系统

3.小系统。

小系统由空气处理机、送风机、回排风机、排风机、消声器、（耐高温）叶调节阀、防/排烟防火阀、风管等部分组成。BAS系统的控制对象是空气处理机，送风机、回排风机、排风机、各类电动风阀。小系统设备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。

4.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。5.传感器与执行器

各类传感器、执行器主要用于环控系统，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，还有空调水系统用的压力、压差传感器，变送器，电磁流量计，以及水管式温度计（其感温元件一般是PT100的热电阻，经变送器转换为标准0～10V信号）。

6.2.3隧道环控系统

隧道环控系统的作用域包括区间隧道和车站隧道。

1.区间隧道风机TVF系统

TVF系统是指区间隧道活塞风与机械通风系统（兼排烟系统），由分布于车站两端的TVF风机、消声器，电动组合风阀等设备构成。

2.区间隧道配线通风系统

区间隧道配线通风系统是指列车出入线、联络线、存车线、渡线和中间风井等。

3.车站隧道风机上排风和下排风系统

车站隧道风机上排风和下排风系统是指车站范围内、屏蔽门外站台下排热和隧道顶部排热系统，由UPE／OTE风机、风道、风井、风亭等组成，风机一般位于车站站厅层的两侧。6.2.3隧道环控系统

隧道环控系统的作用域包括区间隧道和车站隧道。

区间隧道通风系统6.2.4机电设备控制系统

1.电梯与自动扶梯

电梯与自动扶梯属于车站公共区的配套设备，一般位于车站公共区和出入口处。

2.照明

照明一般包括工作照明、广告照明、出入口照明、区间照明、事故照明及事故照明电源、与消防无关的电源等。

3.屏蔽门

屏蔽门安装于站台层、站台和隧道的交界处，用以隔离车站和隧道，屏蔽门控制系统一般纳入BAS系统的监控和管理范围。

4.给排水设备

给排水设备包括两类设备站内设备和区间设备，具体如图6.7所示

5.人防门

人防门一般位于隧道内，平时常开，BAS系统通过I/O接口对其只监视，不控制。

6.防淹门

一般在过江或湖泊的隧道内设有防淹门，BAS系统通过硬线I/O接口监视其状态。

6.2.4机电设备控制系统

给排水设备

6.3BAS系统的结构

6.3.1BAS系统的结构概述

BAS系统的网络采用分布式结构，由通信传输网、中央级和车站级监控局域网、现场总线网组成。

BAS系统是对全线所有地下车站、车辆段、区间隧道内设置的各种正常运营保障设施（包括通风空调设备、给排水设备、照明设备、自动电梯/扶梯等）和事故紧急防救灾设施进行实时监控管理，并确保以上这些系统的安全可靠运行，特别是在地下车站发生火灾事故的情况下，BAS系统接收FAS系统传来的火灾模式指令，使有关救灾设施按照设计工况及时有效地运行，从而保障人身安全。

车站级BAS系统集成在综合监控系统中，现场级BAS监控系统主要包括冗余配置的PLC控制器，远程智能输入输出模块（RI/O）、各类传感器、执行机构以及现场控制网络等。

根据机电设备的设置情况配置远程I/O模块箱，一般在通风空调电控室、照明配电室、通风空调机房、冷水机房、水泵房、自动扶梯等附近。

6.3BAS系统的结构

6.3.1BAS系统的结构概述

1.全线系统构成

BAS系统不单独组建全线网络，在车站级由综合监控系统集成，由综合监控系统组建全线监控网络。车站级BAS通过冗余以太网通信接口与综合监控系统连接，将车站设备运行状态及信息集中上传至综合监控系统，实现BAS在综合监控系统中的集成。

BAS系统为冗余系统（网络冗余、设备冗余、接口冗余）。当系统中一处节点或几处节点发生故障时，只有出现故障的节点进行切换；切换保证无扰动进行，即不会引起其它节点或其它系统设备的切换、保证BAS及其它系统运行是完整、可靠的。系统中任何节点的切换均不会发生连续的反复切换现象。

BAS实现两级（中央级、车站级）管理、三级（中央级、车站级、现场级）控制方式。在控制中心设置环境与设备监控系统中央级，在车站设车站级，对其管辖范围内的设备实施监控管理。

从控制中心到沿线各车站利用通信专业提供的双环网传输通道，实现控制中心与沿线各车站的信息交互。

6.3BAS系统的结构

6.3.1BAS系统的结构概述

1.全线系统构成

BAS系统构成6.3BAS系统的结构

6.3.1BAS系统的结构概述

2.中央级监控系统

中央级监控系统主要位于OCC，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。

3.车站级监控系统

车站级监控系统位于车站，以车站监控工作站及PLC控制器为基础，具体包括车站监控局域网、打印机、后备操作盘等设备。

4.现场控制级设备

现场控制级设备位于车站各就地监控点或数据采集点，具体包括各类传感器、执行器、远程I/O模块、接口模块或装置等。同时BAS系统呈分布式的集散型结构，包括两个方面：各个车站的BAS系统因为车站沿地铁线路呈地理上分布式结构，因此整个BAS也是以车站BAS为单位的地理上分散的SCADA系统。另外在车站，根据设计规范的要求，车站BAS由多个控制器和统一的监控设备构成一个集散型系统（DCS）。

6.3.2BAS车站级系统构成

BAS车站级网络为工业PLC组成的控制系统，主要由PLC控制器组成，一般在地铁车站的环控电控室设置PLC控制器，在IBP盘设置远程I/O，在各被控设备附近设置远程I/O或接口模块，BAS局域网采用工业自愈环形以太网结构。就地级设备由PLC控制设备、就地传感器等组成。在地下车站两端环控电控室内各设一套冗余的PLC控制器。在车站控制室IBP盘（综合监控系统提供）设置一套远程I/O与两端控制器相连构成车站级BAS。两端PLC通过BAS就地级网络将各类远程I/O、具有智能通信口的就地设备和就地小型控制器等设备统一接入，分别对车站两端的机电设备（暖通空调、电扶梯、智能照明、给排水等正常和火灾情况下共用设备）进行监控管理。车站BAS主控制器（A端PLC控制器）与车站FAS存在接口，火灾模式下，FAS向BAS下发火灾模式指令，A端PLC控制器负责向B端PLC控制器转发火灾模式指令，控制器按预定工况转入灾害模式下启动相关设备。

车站BAS系统采用光纤以太网通信，B端冗余PLC与A端冗余PLC之间通过光纤以太网通信，远程I/O与主、从冗余PLC之间也通过光纤以太网通信，此网络独立于综合监控系统的车站级网络，并独立于冗余PLC到远程I/O之间的网络；每套冗余PLC配置2台交换机。

6.3.2BAS车站级系统构成车站BAS构成示意图6.3.2BAS现场级系统构成

BAS现场级系统主要由冗余PLC控制器、远程IO模块、传感器、执行器等组成车站BAS现场级系统构成6.4BAS系统硬件配置6.4.1PLC控制柜

BAS系统PLC控制柜设置在车站A、B两端的通风空调电控室，紧挨环控电控柜放置；高架车站为综合监控设备室。

PLC控制柜6.4BAS系统硬件配置6.4.2BAS模块箱BAS就地I/O模块箱一般设置在站厅/站台综合监控设备室、环控电控室、环控机房以及照明配电室等，与BAS主备冗余PLC进行通讯，将现场照明系统、传感器、水泵、远传水表、电伴热等的运行状况传至冗余PLC，冗余PLC通过交换机将信号传至综合监控系统，从而显示在综合监控人机界面上，方便车站人员进行监视现场设备的运行状态。在控制箱内配置除I/O模块之外，还包括相关附件如：各类PLC模块、DC24V电源模块、电源开关、端子排和中间继电器等。

BAS模块箱6.4BAS系统硬件配置6.4.3传感器BAS系统使用温度传感器、温湿度传感器、CO2传感器、压力传感器、压差传感器等，用于实现将测量的物理量值转换为I/O模块能够识别的电信号。温湿度传感器和二氧化碳浓度传感器

6.5BAS系统功能

6.5.1BAS系统功能概述

根据地铁设计规范，BAS系统的基本功能为对机电设备进行监控，包括空调系统、照明系统、电扶梯系统等，执行防灾及阻塞模式，环境监控与节能运行管理；环境和设备的管理。

（1）机电设备监控具有中央和车站两级监控的功能，BAS控制命令能分别从中央工作站、车站工作站和车站紧急后备盘人工发布或由程序自动判定执行，并具有越级控制功能，以及所需的各种控制手段。对于设备操作的优先级遵循人工高于自动的原则，具备注册和权限设定功能。

（2）执行防灾及阻塞模式能接收FAS车站火灾信息，执行车站防烟、排烟模式，接收列车区间停车位置信号，根据列车火灾部位信息，执行隧道防烟、排烟模式；接收列车区间阻塞信息，执行阻塞通风模式；监控车站逃生指示系统和应急照明系统；监视各排水泵房危险水位。

（3）环境监控应通过对环境参数的检测，对能耗进行统计分析，控制通风、空调设备运行，提高地铁整体环境的舒适度，降低能源消耗。

（4）环境和设备管理能对车站环境等参数进行统计，对设备的运行状况进行统计，据此优化设备的运行，实施维护管理趋势预告，提高设备管理效率。

6.5.2中央级BAS系统功能

1.设备监控与管理

1）设备监控及操作

OCC应提供遥控单一设备或设备组的能力，如对设备的启停、高低速、正反转、开关、（维修）工作许可等进行控制操作。

2）全局性监控及检索查询

在OCC中，BAS操作员站可以查看各车站的图表概貌和事件概貌，包括平面图、系统图、设备属性列表、事件记录列表。

3）统计管理

BAS系统在OCC应具有统计分析功能，为企业信息化系统提供原始数据。

4）报警管理

BAS操作员站的报警管理功能支持并实现所有报警信息的记录、显示、过滤、检索、打印、保存等功能。

5）趋势管理

可以显示各车站数据的实时趋势和历史趋势。

6）事件管理

BAS系统在OCC应具有事件管理功能。

7）报表管理

BAS系统在OCC应提供完善的、灵活的、所见即所得的基本思想设计的报表系统。

6.5.2中央级BAS系统功能

2.运营调度及管理

OCC的模式控制与操作包括两方面：一是对隧道系统的非正常及灾害模式和早晚换气模式的控制。二是给车站系统提供模式表。

1）模式监控与操作

①早晚换气模式：BAS中央系统根据系统运营时间和系统参数设置的隧道系统早晚换气时间，自动触发隧道早晚换气模式，由相关车站BAS系统控制相应的隧道设备动作。

②时间判断：根据时间表设定，随时进行时间判断，当满足时间条件时，此时只要处于正常工况，就立即输出相应的模式编号。

③事件判断：针对阻塞和火灾两种典型事件。当列车发生火灾停在某区间隧道时，由ATS提供位置信息，再根据司机和车站的报告，人工确认火灾工况。系统会输出相应的火灾模式编号。该控制模式属于半自动控制方式。

④人工干预：手动控制模式是一种后备控制模式。对系统定义的每一种控制模式编号，都可通过EMCS监控工作站、BAS的车站IBP实现手动模式触发。

6.5.2中央级BAS系统功能

2.运营调度及管理

OCC的模式控制与操作包括两方面：一是对隧道系统的非正常及灾害模式和早晚换气模式的控制。二是给车站系统提供模式表。

1）模式监控与操作OCC模式编号产生6.5.2中央级BAS系统功能

2.运营调度及管理

2）时间表管理

OCC可以制定全线各车站的系统运营时间。

3）系统运行参数设置

OCC应实现对地铁环境与设备监控系统的参数化管理功能，通过参数设置来确定系统运行与监控方案。

4）在线帮助与决策支持

在线帮助主要实现对页面显示内容或操作的说明和解释功能。

5）系统安全管理

OCC应具有完善灵活的安全控制功能和权限管理系统。

6）通用人机界面功能

人机界面是人机交互的重要接口。

7）时钟同步

可以接收信号系统的主时钟信息，并将时钟信息同步到各车站、邻站及车辆段的BAS系统。6.5.2中央级BAS系统功能

2.运营调度及管理

8）中央级维护功能

中央级维护功能一般和OCC的监控系统集成在一起实现，但有时需要在车辆段建立独立的维护系统、培训系统等，此时该系统的逻辑级别和OCC的监控系统是一致的，OCC监控系统更注重全局的监控及管理，而车辆段系统则更注重BAS系统的维护，同时根据需要，该系统又可作为OCC监控系统的后备系统，同样可以实现监控与管理功能。

（1）全线BAS系统工程管理。

首先BAS维护系统设备是全线BAS系统工程管理中心，在服务器或维修工作站（或可成为系统工程师站）上应备份有全线BAS系统工程的原始文件，包括系统设计文件、每个车站的每台PLC的控制源程序、每个车站监控软件的组态工程文件、系统详细配置清单、各种图纸资料、系统运行与维修记录等。维修计算机可随时调用这些资料。用来恢复系统或分析系统故障等。

（2）全线BAS系统监控与维护。

维护系统设备的主要监控对象是全线的BAS系统设备。

（3）全线后备监控与操作。

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监控与操作功能，实现后备的功能需求。

6.5.3车站级BAS系统功能

车站BAS系统可以是一个以车站为单位的相对独立的系统，从而完成车站BAS功能。

车站BAS系统功能的主要目的是：

·正常工况下。提供灵活多样的、全面的监控方式与手段，实现对车站环控系统及其他机电设备的监控操作、实时控制，并通过先进的、实用的控制算法和策略达到节能与优化控制的目的。

·非正常情况下，提供方便的协调和调度监控手段，来满足和应对特殊的工况需求，并根据调度及触发命令完成模式控制。

1）实时监控与联动控制

实时数据处理和控制主要由各PLC控制器完成，PLC是车站BAS系统的控制核心。

2）车站环境参数监控

正常工况下，车站通风空调系统承担着营造车站良好的候车与乘车环境的任务。

3）车站空调系统控制

通过与冷机控制器通信，采集空调水系统的相关参数值，如供回水压力、温度、流量、制冷量、机组运行状态、联锁设备运行状态等参数。

4）大系统设备的优化与智能控制

正常工况下，BAS系统将通过室内外温/湿度值实时计算空气焓值，并自动确定空调工况，控制空调系统的运行工况转换。

6.5.3车站级BAS系统功能

5）设备控制

BAS系统的被控对象是车站的各种机电设备，BAS系统支持设备控制功能。

6）防灾联动控制

车站BAS系统必须完成部分消防联动控制功能，即在车站发生火灾的情况下，必须完成对车站防排烟系统的火灾模式控制功能。

7）紧急后备操作

通过IBP（IntegratedBackPlant）综合后备盘可以实现紧急模式控制功能。

8）消防联动

车站BAS系统除了要具备火灾工况下的防灾联动控制功能外，同时要具备对控制范围内的其他设备的联动控制，如电源控制、导向控制和屏蔽门控制等。

9）系统恢复与保持功能

车站属于供电一类负荷，通过车站附属UPS受电。

10）参数化系统

BAS系统是一个面向运营维护的、可参数化的系统，或称之为用户可组态的系统。6.5.4就地级BAS系统功能

1）信号采集、转换及传输功能

通过硬线连接的现场信号有两类：开关量和模拟量。

2）显示与诊断功能

BAS对现场设备具有工作状态指示功能，便于运营维护人员的直观观察。

3）数据传输和协议转换功能

数据传输是现场设备的又一重要功能，因为在前端经过数据采集和转换后，就需要经过总线将数据送至CPU内进行处理，采用远程I/O总线技术和控制网技术来实现现场数据的传输。

协议转换是BAS接口设备的另一个主要功能，通过系统的接口开发予以实现。

4）单台设备控制功能

对设备的控制命令主要由就地设备完成。

5）联锁控制

设备间的联锁控制及保护是就地PLC的主要任务，特别是风回路风机和风阀之间的直接或间接联锁关系。

6.6BAS系统接口

6.6.1系统接口概述

BAS系统是一个集成系统，为了保证各专业之间接口的协调和标准化，需要通过各种接口方式实现对被控对象的监控。BAS系统接口处理主要在现场控制级和车站级完成，形式有3种：硬线I/0接口、低速率异步串行接口和网络接口。

BAS系统接口图6.6.2BAS与FAS接口

当BAS承担防灾任务时，BAS在火灾工况下其实是FAS的联动控制系统，根据《消防联动控制设备通用技术条件》（GB16806.1987）中有关联动功能的描述，BAS系统已经承担了多项消防联动控制功能，并具备了标准中规定的有关控制方式、响应性、反馈显示等技术要求。因此BAS和