基于GEPACSystemsRX3i帮助北京地铁二号线实现环境与设备监控的GE智能平台设计

北京地铁2号线车辆设备消隐改造工程计划于2011年完成,其中环境与设备监控系统是该消隐改造工程的重要组成部分。该系统为已成熟运营多年的城市中心地铁线路增加监控功能, 至2009年四月车站级已实现全线所有车站主要设备控制运行，在OCC中心级平台实现全线设备的监视和控制指令及模式下发，并实现向TCC级传输相关数据。该系统的实施对全线车站的通风空调系统、给排水系统、自动扶梯系统、照明系统等车站设备进行了自动化监控及管理。
     
地铁2号线共有18个车站。其中包括：复兴门上层站阜成门站、车公庄站、西直门站、积水潭站、鼓楼大街站、安定门站、雍和宫站、东直门站、东四十条站、朝阳门站、建国门上层站、北京站站、崇文门站、前门站、和平门站、宣武门站、长椿街站及相应区间。BAS对本车站及所辖区间通风空调系统、给排水系统、电梯系统、低压配电与动力照明系统等车站设备进行全面、有效的自动化监控及管理，并进行程序自动、实时、定时监视设备运行状态，控制设备的开启和关闭，检测环境参数，调控环境舒适度及节能管理。 采集、处理有关信息，进行历史资料档案和设备维修管理，确保系统处于安全、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，并能在列车阻塞事故状态下，更好地协调设备运行，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。
   

系统解决方案与实施
   
1. 系统结构

系统设中央级、车站级和本地级三级监控方式, BAS自身不组建独立的专用网络，车站级的BAS信息通过地铁通信系统的全线双冗余的骨干网传输至OCC中央控制室，实现中央级功能。全线网络系统由18个车站及相应区间、控制中心等组成。具体由设置在OCC中央控制室BAS设备、各车站综控室的BAS设备、配电室、变电所等地的BAS设备、现场BAS设备组成。


2. 中央级全线管理
    
采用冗余的Proficy HMI/SCADA–CIMPLICITY实时数据服务器作为数据采集的接口软件，通过其内置的桥连接驱动程序建立与各车站控制系统运行的Proficy HMI/SCADA–CIMPLICITY之间的连接，通过其丰富的驱动程序建立与中心各控制系统及PLC之间的连接, 采集第一手的运行数据，其实时过程数据库将提供给实时监控画面提供数据，同时将作为中心级历史数据库的数据源。采用Cimplicity SQL作为历史数据库平台，将实时数据服务器的数据方便的集中管理


 3. 车站级设备监控
    
采用PACSystems RX3i简单冗余控制器通过Genius现场总线配置VersaMax远程I/O, 单独设置通信控制器PLC和IBP控制PLC。
 对于直接接线的数字或模拟量, 通过远程IO模块和现场总线交由PLC控制, 这一类数据的信息量相对极少, 每个节点通常为几十字节, 按10个节点每个节点100字节计算, 76.8Kbps 的总线速率可以实现输入输出 30ms左右的刷新率。采用使用调频信号方式抗干扰能力极强的Genius总线, Genius 总线为对等网络逻辑结构, 具无扰切换的冗余功能，该系统采用单总线方式。使用LD语言应用程序实现应用需求, 扫描时间约在30ms左右。

对于以RS485通信方式实现的VRV空调, 变频器, 冷水机组等的控制, 每个节点有几十至几百个字节的数据量, 目前这些设备的接口通常不支持PLC厂家用于控制远程IO的现场总线方式例如GENIUS, CONTROL NET, DP, ETHERNET,MB PLUS等等, 但支持点对点的通信方式, 例如标准的MODBUS RTU或设备厂家定义的软件协议, PLC侧提供标准的MODBUS RTU接口, 也提供可自由编程的通信口实现对设备的数据采集和控制。PLC侧发送通信请求和控制到RTU从站或不提供标准RTU从站模式的设备,实现数据采集和控制。该工程统一定义通讯物理接口为RS485, 协议采用标准的MODBUS RTU协议。为保证数据刷新的实时, BAS提供单独的设备通道, 数据传输的方式不采用以太网转串口网关的方式, 避免串口本身波特率的限制造成上位机或PLC在以太网物理接口内运行多个串口通信造成阻塞, 这种以太网转串口网关的方式很难保证通信控制的实时性。

我们选择通信控制器PLC先控制所有串口接口设备, 映射至CPU的内存后再使用100M以太网, 发送至主控PLC或直接交由上位机处理。通信控制器PLC和A端B端PLC以及IBP PLC之间的以太网平台, 软件协议上使用基于广播模式的 UDP方式的EGD(以太网全局数据),在EGD的通讯过程中，网上的主站 (叫做生产者)周期性的同其它的一个或更多的从站（叫做消费者）共享其内存。各站间每次数据共享的过程就是一个数据交换的过程。这种分组的广播方式充分使用了以太网的带宽, 避免了TCP握手方式造成的数据实时性的缺失, 另一个优点是可以使得任意PLC, IBP控制器, 通讯控制器均可作为车站或中心级平台访问的节点, 因为任意节点都已经通过EGD(以太网全局数据共享)技术获得了所有节点的数据。 
     
实施结果

国安电气公司使用GE产品，按工期、高质量的成功实施着环境与设备监控系统工程。作为5万点的大型监控项目，车站监控站或OCC中心发指令到设备实际响应的时间均不到1秒。目前环境与设备监控系统运行正常稳定。

关于GE智能平台
   
GE智能平台是一个提供高新技术的企业，它为世界各地的用户提供用于自动化控制和嵌入式领域的软硬件产品、服务以及专业技术。我们为用户提供一个独特的、灵活的、超可靠的技术基础，使得他们在包括能源、水处理、消费品、国防以及通讯等领域，获得持续的竞争优势。GE智能平台总部设在美国弗吉尼亚州的夏洛茨维尔，是GE企业解决方案业务集团的一员。
  
关于GE企业解决方案
   
GE企业解决方案通过提供集成的解决方案帮助客户提升生产力和收益，这些解决方案涵盖了传感器和无损检测、安防和生命安全技术、电力系统保护和控制以及工厂自动化和Embedded计算系统。企业解决方案的高科技、高增长的业务包括传感与检测技术，安防，数字能源和智能平台。世界各地60多个国家的17000多名员工为客户解决各种问题。

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