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    深圳達(dá)實(shí)智能股份有限公司 呂楓 林木青 劉小娟 李業(yè)光

    一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介

    2011年6月22日，深圳地鐵五號(hào)線（環(huán)中線）全線開通試運(yùn)營(yíng)。該項(xiàng)目是全國(guó)最大的BT項(xiàng)目。整條線路貫穿深圳市14條軌道交通或鐵路，線路全長(zhǎng)約40km，共設(shè)車站27座，其中高架站2座，地下站25座。路經(jīng)深圳市南山、寶安、龍崗、羅湖四個(gè)行政區(qū)。

    深圳達(dá)實(shí)智能股份有限公司于2009年開始為深圳地鐵五號(hào)線提供綜合監(jiān)控及MCC系統(tǒng)服務(wù)。服務(wù)的范圍包括車站機(jī)電設(shè)備監(jiān)控和節(jié)能、車輛段機(jī)電設(shè)備監(jiān)控和節(jié)能、電力監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、智能環(huán)控柜系統(tǒng)等。綜合監(jiān)控系統(tǒng)深度集成了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)（FAS）、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）及電力監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA），F(xiàn)AS/BAS/SCADA以子系統(tǒng)的形式納入綜合監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)與綜合安防系統(tǒng)（ISDS）、乘客資訊系統(tǒng)（PIS）、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)（AFC）、通信系統(tǒng)綜合網(wǎng)管子系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)（PA）、屏蔽門系統(tǒng)（PSD）、大屏幕系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)（SIG）、不間斷電源（UPS）、時(shí)鐘系統(tǒng)（CLK）等系統(tǒng)互聯(lián)。

    羅克韋爾自動(dòng)化產(chǎn)品主要應(yīng)用于深圳地鐵五號(hào)線項(xiàng)目的環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）及智能環(huán)控柜（MCC）。

    二、BAS系統(tǒng)中的應(yīng)用

    1、系統(tǒng)介紹

    深圳地鐵五號(hào)線（環(huán)中線）全線BAS作為綜合監(jiān)控系統(tǒng)中一個(gè)重要的子系統(tǒng)，主要通過(guò)智能配電系統(tǒng)（即MCC）或直接監(jiān)控的方式，對(duì)隧道通風(fēng)系統(tǒng)、車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、車站冷凍水系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、自動(dòng)扶梯、電梯、照明系統(tǒng)、人防門/防淹門等機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備按設(shè)置功能、系統(tǒng)運(yùn)行工況和地鐵環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)等要求進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制和科學(xué)管理，并能配合綜合監(jiān)控系統(tǒng)下的FAS子系統(tǒng)、PSCADA 子系統(tǒng)等為地鐵線路創(chuàng)造舒適、安全可靠的乘車環(huán)境。

    低壓配電系統(tǒng)在環(huán)控電控室設(shè)置了智能配電系統(tǒng)（MCC），負(fù)責(zé)對(duì)環(huán)控通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)各種風(fēng)機(jī)（含聯(lián)鎖風(fēng)閥）、變頻器、馬達(dá)保護(hù)器等被監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、手/自動(dòng)控制、故障告警等運(yùn)營(yíng)維護(hù)統(tǒng)計(jì)信息的集中采集，同時(shí)接受BAS系統(tǒng)的控制命令實(shí)現(xiàn)對(duì)被控設(shè)備的開關(guān)控制。除冷水機(jī)組自帶機(jī)載控制箱以及部分設(shè)備變頻控制柜外，其它所有環(huán)控設(shè)備配置現(xiàn)場(chǎng)手操箱，MCC系統(tǒng)可完成對(duì)環(huán)控設(shè)備的單控、組控、序列控制、邏輯控制，當(dāng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)尚未調(diào)通時(shí)，可以通過(guò)MCC系統(tǒng)完成單控、組控、序列控制、邏輯控制。

    達(dá)實(shí)公司根據(jù)地下車站的BAS的功能需求，以在地下車站兩端各設(shè)置一套冗余的羅克韋爾自動(dòng)化的高端產(chǎn)品ControlLogix PLC，IBP作為遠(yuǎn)程I/O站點(diǎn)的構(gòu)架組成車站BAS。IBP盤選用的I/O和遠(yuǎn)程I/O均為羅克韋爾自動(dòng)化公司的高端Flex I/O系列輸入輸出模塊，同時(shí)在車站控制室內(nèi)設(shè)置BAS維護(hù)工作站對(duì)BAS系統(tǒng)進(jìn)行日常監(jiān)控與維護(hù)。

    為保證馬達(dá)控制中心MCC系統(tǒng)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)BAS子系統(tǒng)的兼容性，達(dá)實(shí)公司在MCC系統(tǒng)中亦采用了羅克韋爾自動(dòng)化公司的電機(jī)保護(hù)控制模塊、網(wǎng)關(guān)PLC ControlLogix系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)Micrologix1500、150-F系列SMC Flex軟啟動(dòng)器、變頻器、人機(jī)界面等產(chǎn)品，確保了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性、完整性和兼容性。

    2、系統(tǒng)特點(diǎn)

    車站BAS系統(tǒng)采用羅克韋爾自動(dòng)化的Logix平臺(tái)產(chǎn)品，網(wǎng)絡(luò)選用的是ControlNet總線技術(shù)。Logix控制平臺(tái)是羅克韋爾自動(dòng)化公司設(shè)計(jì)理念最先進(jìn)、功能最強(qiáng)大的控制平臺(tái)，它吸收了許多最新的技術(shù)和概念，代表了未來(lái)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。通信采用的Ethernet/IP、ControlNet協(xié)議是完全開放的協(xié)議，完全滿足IEC61158國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，是國(guó)際公認(rèn)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。ControlNet所采用的RG6同軸電纜具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力，可以確保不受軌道交通強(qiáng)電磁干擾環(huán)境的影響。在距離較遠(yuǎn)的區(qū)域，或者在區(qū)間，達(dá)實(shí)公司選用光纖作為通信介質(zhì)的方案，可以徹底擺脫電磁干擾。設(shè)備完全可在地鐵電磁環(huán)境內(nèi)正常工作，滿足國(guó)家相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求。

    BAS系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)的集成采用的通信轉(zhuǎn)接模塊主要選用國(guó)際知名的瑞典HMS公司ANYBUS模塊，它能很好的支持羅克韋爾自動(dòng)化公司的總線傳輸，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議以及非標(biāo)協(xié)議接口和設(shè)備都能實(shí)現(xiàn)很好的實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。

    BAS系統(tǒng)的硬件、軟件采用工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，PLC采用冗余配置，網(wǎng)絡(luò)采用光纖以太網(wǎng)和冗余ControlNet總線等措施充分保證了系統(tǒng)的可靠性。所有冗余PLC均采用ControlLogix搭配Flex I/O模塊（各種I/O模塊類型保持統(tǒng)一），所有IBP均配置Flex I/O模塊，發(fā)揮了極大的統(tǒng)一性、良好的可維護(hù)性、通用性，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也支持靈活的擴(kuò)展。

    系統(tǒng)的硬件、軟件具備故障診斷、在線修改、離線編輯功能。ControlLogix處理器具有很強(qiáng)的可執(zhí)行性和兼容性，對(duì)于系統(tǒng)有著非常強(qiáng)大的診斷、處理和恢復(fù)功能。并且可以細(xì)致到I/O和現(xiàn)場(chǎng)儀表級(jí)的診斷，可以監(jiān)視到每一個(gè)模塊的運(yùn)行狀態(tài)，Logix平臺(tái)是真正的全透明結(jié)構(gòu)。

    通過(guò)羅克韋爾自動(dòng)化獨(dú)有的Produce/Consumer方式，使用ControlNet冗余現(xiàn)場(chǎng)控制總線。由于系統(tǒng)在PLC主機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)總線等方面全部采用冗余配置，在這些部分任何地方出現(xiàn)單點(diǎn)故障，系統(tǒng)仍然可以完全正常運(yùn)轉(zhuǎn)而不會(huì)影響系統(tǒng)的任何數(shù)據(jù)采集和控制輸出，但是系統(tǒng)會(huì)報(bào)警提示對(duì)有故障的部分進(jìn)行維修。

    所有車站級(jí)BAS系統(tǒng)發(fā)出的模式控制要求，能依靠程序的連鎖保護(hù)，具備沖突檢測(cè)功能，不會(huì)將此控制要求與其他操作產(chǎn)生沖突。控制信號(hào)能在小于1秒內(nèi)反饋到發(fā)出控制要求的設(shè)備上，同時(shí)控制模式能在1秒內(nèi)啟動(dòng)。對(duì)于沒有進(jìn)行冗余配備的部分（如IO板卡），單點(diǎn)設(shè)備故障僅對(duì)與該設(shè)備有關(guān)的數(shù)據(jù)采集或控制輸出產(chǎn)生影響，系統(tǒng)中其他部分仍保持正常運(yùn)行，同時(shí)系統(tǒng)也會(huì)報(bào)警提示進(jìn)行維修。

    BAS系統(tǒng)對(duì)輸出控制回路采用單獨(dú)的中間繼電器進(jìn)行信號(hào)隔離和功率放大，其中所有輸入均具有獨(dú)立光電隔離功能，具有防塵、防腐蝕、防潮、防霉、防震、抗電磁干擾和靜電干擾的能力，保證在地鐵環(huán)境中安全、可靠地運(yùn)行。

    三、MCC中的應(yīng)用

    1、系統(tǒng)介紹

    深圳地鐵五號(hào)線車站環(huán)控系統(tǒng)，即通風(fēng)空調(diào)及防排煙系統(tǒng)，主要具備兩個(gè)方面的功能：一是日常運(yùn)營(yíng)給乘客和設(shè)備提供舒適及適宜的環(huán)境；二是事故及災(zāi)害情況下進(jìn)行通風(fēng)、排煙、排毒、排熱，起到生命保障及輔助滅火的作用。系統(tǒng)構(gòu)成由隧道通風(fēng)系統(tǒng)(包括區(qū)間隧道和車站隧道)、車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)和防排煙系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱車站大系統(tǒng))、車站管理及設(shè)備用房通風(fēng)空調(diào)和防排煙(簡(jiǎn)稱車站小系統(tǒng))及制冷(水系統(tǒng))系統(tǒng)組成。環(huán)控設(shè)備主要包括冷水機(jī)組、冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔、空調(diào)風(fēng)柜、TVF風(fēng)機(jī)、U/O風(fēng)機(jī)、射流風(fēng)機(jī)、車站各類送/排風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥、防火閥等。

    電機(jī)控制中心(Motor Control Center，MCC)統(tǒng)一管理配電和儀器設(shè)備，將各種電機(jī)控制單元、饋電線接頭單元、配電變壓器、照明配電盤、聯(lián)鎖繼電器以及計(jì)量設(shè)備裝入一個(gè)整體安裝的機(jī)殼內(nèi)并且由一個(gè)公共的封閉母線供電。在自動(dòng)化系統(tǒng)控制鏈中，MCC起著重要的承接作用，向下可為各種用電設(shè)備提供動(dòng)力和控制，向上可與自動(dòng)化系統(tǒng)信息互通。

    深圳地鐵五號(hào)線的MCC方案是一種基于羅克韋爾自動(dòng)化先進(jìn)產(chǎn)品DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)的智能控制系統(tǒng)，通過(guò)一根電纜將控制環(huán)控設(shè)備的MCC開關(guān)柜（ABB MNS3.0開關(guān)柜）與自動(dòng)化系統(tǒng)連接構(gòu)成智能的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。此智能型MCC系統(tǒng)成功避免了通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的硬接線方式容易造成接線復(fù)雜、故障點(diǎn)多、可靠性低的缺點(diǎn)，將硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)有機(jī)結(jié)合，容易而又安全的實(shí)現(xiàn)了與自動(dòng)化系統(tǒng)的信息交互傳遞。圖1給出了長(zhǎng)龍站的智能MCC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

    在每個(gè)MCC柜內(nèi),對(duì)環(huán)控設(shè)備的控制都通過(guò)掛在三條DeviceNet總線上的智能小PLC或者智能馬達(dá)保護(hù)設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。

    （1）對(duì)于風(fēng)閥,風(fēng)閥的輸入狀態(tài)都接到MicroLogix 1500系列小PLC的輸入模塊上,同時(shí)小PLC的輸出模塊產(chǎn)生控制輸出至風(fēng)閥。此小PLC通過(guò)1761-NET-DNI網(wǎng)關(guān)接入DeviceNet總線。

    （2）對(duì)于小系統(tǒng)馬達(dá),采用E3 Plus接收馬達(dá)的輸入狀態(tài)量,并產(chǎn)生控制輸出至馬達(dá)控制馬達(dá)啟停。E3 Plus本身帶有現(xiàn)場(chǎng)總線接口,可以直接接入現(xiàn)場(chǎng)總線。

    （3）對(duì)于功率大于75KW的隧道風(fēng)機(jī),采用SMC Flex系列的軟啟動(dòng)器來(lái)控制馬達(dá)啟停. 軟啟動(dòng)器通過(guò)20-COMM-D直接接入DeviceNet總線。

    （4）對(duì)于空調(diào)風(fēng)柜、回排風(fēng)機(jī)、冷卻冷凍水泵等等,采用PowerFlex70/700系列的變頻器來(lái)控制馬達(dá)啟停與調(diào)速。變頻器通過(guò)20-COMM-D直接接入DeviceNet總線。

    （5）在每個(gè)車站兩端環(huán)控室各配置一臺(tái)帶觸摸功能的工控機(jī)（嵌入控制柜），可以通過(guò)HMI監(jiān)控整個(gè)MCC系統(tǒng)的系統(tǒng)活動(dòng)。

    （6）與BAS系統(tǒng)通信通過(guò)在每個(gè)車站兩端環(huán)控室各配置一臺(tái)帶觸摸功能的工控機(jī)（嵌入控制柜），可以通過(guò)HMI監(jiān)控整個(gè)MCC系統(tǒng)的系統(tǒng)活動(dòng)。

                    
                         圖1 深圳地鐵五號(hào)線長(zhǎng)龍站小里程端MCC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 
 

    2、系統(tǒng)特點(diǎn)

    (1) MCC 系統(tǒng)本身配置一套獨(dú)立的控制器，可完成對(duì)設(shè)備的單控、組控、序列控制、邏輯控制，當(dāng)BAS尚未調(diào)通或BAS故障時(shí)，可以通過(guò)工控機(jī)完成防排煙控制、緊急通風(fēng)模式控制、單控、組控、序列控制、邏輯控制等功能，系統(tǒng)可靠性得到提高。

    (2) MCC 系統(tǒng)采用DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，減少了控制電纜和投資成本，并由三條現(xiàn)場(chǎng)總線分別連接不同設(shè)備，這樣的架構(gòu)降低了由于總線故障造成的風(fēng)險(xiǎn)。

    (3) 羅克韋爾自動(dòng)化先進(jìn)智能控制元件的應(yīng)用，使得MCC系統(tǒng)具有先進(jìn)的控制功能。E3 Plus高度集成了CPU、I/O模塊、中間繼電器、電機(jī)保護(hù)模塊的功能。SMC Flex系列軟啟動(dòng)器具有7種啟動(dòng)方式，軟起動(dòng)器既能保證隧道風(fēng)機(jī)在14s內(nèi)從啟動(dòng)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，而且從正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)、從反轉(zhuǎn)到正轉(zhuǎn)的切換時(shí)間均小于60秒，滿足了地鐵車站消防的特殊要求。PowerFlex70/700系列變頻器支持矢量控制方式，不但具有自動(dòng)適配電機(jī)、自動(dòng)調(diào)節(jié)載波頻率、自動(dòng)調(diào)節(jié)壓頻比、自動(dòng)調(diào)節(jié)加減速時(shí)間等功能，更有節(jié)能和降噪的明顯效果。

    (4) MCC系統(tǒng)具備完善的設(shè)備級(jí)診斷功能，智能元件能夠監(jiān)控每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，并且有預(yù)報(bào)警機(jī)制。如果電機(jī)脫扣，智能MCC可指示脫扣的原因：缺相、失速、過(guò)載或接地故障。DeviceNet網(wǎng)絡(luò)又能夠很方便與ControlNet和EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，將故障信息準(zhǔn)確速遞至BAS系統(tǒng)，系統(tǒng)具備很高的擴(kuò)展性。

    (5) MCC系統(tǒng)維護(hù)非常簡(jiǎn)單高效。基于DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線的羅克韋爾自動(dòng)化的馬達(dá)保護(hù)器、軟啟動(dòng)器、變頻器支持設(shè)備自動(dòng)更換（Auto Device Replacement ，ADR）功能，設(shè)備更換可以即插即用，維護(hù)成本大大降低。

    四、結(jié)束語(yǔ)

    羅克韋爾自動(dòng)化系列產(chǎn)品的有效結(jié)合和應(yīng)用，不僅保障了整套系統(tǒng)及項(xiàng)目的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，更提高了項(xiàng)目的自動(dòng)化水平，使深圳地鐵五號(hào)線綜合監(jiān)控BAS及MCC項(xiàng)目達(dá)到了國(guó)內(nèi)高水平標(biāo)準(zhǔn)，確保了深圳地鐵五號(hào)線的順利開通及安全運(yùn)營(yíng)。