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    深圳達實智能股份有限公司 呂楓 林木青 劉小娟 李業(yè)光

    一、項目簡介

    2011年6月22日，深圳地鐵五號線（環(huán)中線）全線開通試運營。該項目是全國最大的BT項目。整條線路貫穿深圳市14條軌道交通或鐵路，線路全長約40km，共設車站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、羅湖四個行政區(qū)。

    深圳達實智能股份有限公司于2009年開始為深圳地鐵五號線提供綜合監(jiān)控及MCC系統(tǒng)服務。服務的范圍包括車站機電設備監(jiān)控和節(jié)能、車輛段機電設備監(jiān)控和節(jié)能、電力監(jiān)控系統(tǒng)、火災報警系統(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)深度集成了火災自動報警系統(tǒng)（FAS）、環(huán)境與設備監(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)，同時與綜合安防系統(tǒng)（ISDS）、乘客資訊系統(tǒng)（PIS）、自動售檢票系統(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)、信號系統(tǒng)（SIG）、不間斷電源（UPS）、時鐘系統(tǒng)（CLK）等系統(tǒng)互聯(lián)。

    羅克韋爾自動化產(chǎn)品主要應用于深圳地鐵五號線項目的環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）及智能環(huán)控柜（MCC）。

    二、BAS系統(tǒng)中的應用

    1、系統(tǒng)介紹

    深圳地鐵五號線（環(huán)中線）全線BAS作為綜合監(jiān)控系統(tǒng)中一個重要的子系統(tǒng)，主要通過智能配電系統(tǒng)（即MCC）或直接監(jiān)控的方式，對隧道通風系統(tǒng)、車站通風空調(diào)系統(tǒng)、車站冷凍水系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、自動扶梯、電梯、照明系統(tǒng)、人防門/防淹門等機電系統(tǒng)設備按設置功能、系統(tǒng)運行工況和地鐵環(huán)境標準等要求進行監(jiān)測、控制和科學管理，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)控電控室設置了智能配電系統(tǒng)（MCC），負責對環(huán)控通風、空調(diào)系統(tǒng)各種風機（含聯(lián)鎖風閥）、變頻器、馬達保護器等被監(jiān)控設備的運行狀態(tài)、手/自動控制、故障告警等運營維護統(tǒng)計信息的集中采集，同時接受BAS系統(tǒng)的控制命令實現(xiàn)對被控設備的開關控制。除冷水機組自帶機載控制箱以及部分設備變頻控制柜外，其它所有環(huán)控設備配置現(xiàn)場手操箱，MCC系統(tǒng)可完成對環(huán)控設備的單控、組控、序列控制、邏輯控制，當綜合監(jiān)控系統(tǒng)尚未調(diào)通時，可以通過MCC系統(tǒng)完成單控、組控、序列控制、邏輯控制。

    達實公司根據(jù)地下車站的BAS的功能需求，以在地下車站兩端各設置一套冗余的羅克韋爾自動化的高端產(chǎn)品ControlLogix PLC，IBP作為遠程I/O站點的構(gòu)架組成車站BAS。IBP盤選用的I/O和遠程I/O均為羅克韋爾自動化公司的高端Flex I/O系列輸入輸出模塊，同時在車站控制室內(nèi)設置BAS維護工作站對BAS系統(tǒng)進行日常監(jiān)控與維護。

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

    2、系統(tǒng)特點

    車站BAS系統(tǒng)采用羅克韋爾自動化的Logix平臺產(chǎn)品，網(wǎng)絡選用的是ControlNet總線技術(shù)。Logix控制平臺是羅克韋爾自動化公司設計理念最先進、功能最強大的控制平臺，它吸收了許多最新的技術(shù)和概念，代表了未來控制系統(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國際標準，是國際公認的網(wǎng)絡標準協(xié)議。ControlNet所采用的RG6同軸電纜具有較強的抗電磁干擾能力，可以確保不受軌道交通強電磁干擾環(huán)境的影響。在距離較遠的區(qū)域，或者在區(qū)間，達實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。設備完全可在地鐵電磁環(huán)境內(nèi)正常工作，滿足國家相關的標準和規(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化公司的總線傳輸，對標準協(xié)議以及非標協(xié)議接口和設備都能實現(xiàn)很好的實現(xiàn)無縫連接。

    BAS系統(tǒng)的硬件、軟件采用工業(yè)級產(chǎn)品，PLC采用冗余配置，網(wǎng)絡采用光纖以太網(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、良好的可維護性、通用性，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也支持靈活的擴展。

    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處理器具有很強的可執(zhí)行性和兼容性，對于系統(tǒng)有著非常強大的診斷、處理和恢復功能。并且可以細致到I/O和現(xiàn)場儀表級的診斷，可以監(jiān)視到每一個模塊的運行狀態(tài)，Logix平臺是真正的全透明結(jié)構(gòu)。

    通過羅克韋爾自動化獨有的Produce/Consumer方式，使用ControlNet冗余現(xiàn)場控制總線。由于系統(tǒng)在PLC主機、現(xiàn)場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)單點故障，系統(tǒng)仍然可以完全正常運轉(zhuǎn)而不會影響系統(tǒng)的任何數(shù)據(jù)采集和控制輸出，但是系統(tǒng)會報警提示對有故障的部分進行維修。

    所有車站級BAS系統(tǒng)發(fā)出的模式控制要求，能依靠程序的連鎖保護，具備沖突檢測功能，不會將此控制要求與其他操作產(chǎn)生沖突。控制信號能在小于1秒內(nèi)反饋到發(fā)出控制要求的設備上，同時控制模式能在1秒內(nèi)啟動。對于沒有進行冗余配備的部分（如IO板卡），單點設備故障僅對與該設備有關的數(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行，同時系統(tǒng)也會報警提示進行維修。

    BAS系統(tǒng)對輸出控制回路采用單獨的中間繼電器進行信號隔離和功率放大，其中所有輸入均具有獨立光電隔離功能，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、可靠地運行。

    三、MCC中的應用

    1、系統(tǒng)介紹

    深圳地鐵五號線車站環(huán)控系統(tǒng)，即通風空調(diào)及防排煙系統(tǒng)，主要具備兩個方面的功能：一是日常運營給乘客和設備提供舒適及適宜的環(huán)境；二是事故及災害情況下進行通風、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)成由隧道通風系統(tǒng)(包括區(qū)間隧道和車站隧道)、車站公共區(qū)通風空調(diào)和防排煙系統(tǒng)(簡稱車站大系統(tǒng))、車站管理及設備用房通風空調(diào)和防排煙(簡稱車站小系統(tǒng))及制冷(水系統(tǒng))系統(tǒng)組成。環(huán)控設備主要包括冷水機組、冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔、空調(diào)風柜、TVF風機、U/O風機、射流風機、車站各類送/排風機、風閥、防火閥等。

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

    深圳地鐵五號線的MCC方案是一種基于羅克韋爾自動化先進產(chǎn)品DeviceNet 網(wǎng)絡的智能控制系統(tǒng)，通過一根電纜將控制環(huán)控設備的MCC開關柜（ABB MNS3.0開關柜）與自動化系統(tǒng)連接構(gòu)成智能的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)。此智能型MCC系統(tǒng)成功避免了通過點對點的硬接線方式容易造成接線復雜、故障點多、可靠性低的缺點，將硬件、軟件和網(wǎng)絡有機結(jié)合，容易而又安全的實現(xiàn)了與自動化系統(tǒng)的信息交互傳遞。圖1給出了長龍站的智能MCC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

    在每個MCC柜內(nèi),對環(huán)控設備的控制都通過掛在三條DeviceNet總線上的智能小PLC或者智能馬達保護設備來實現(xiàn)。

    （1）對于風閥,風閥的輸入狀態(tài)都接到MicroLogix 1500系列小PLC的輸入模塊上,同時小PLC的輸出模塊產(chǎn)生控制輸出至風閥。此小PLC通過1761-NET-DNI網(wǎng)關接入DeviceNet總線。

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

    （3）對于功率大于75KW的隧道風機,采用SMC Flex系列的軟啟動器來控制馬達啟停. 軟啟動器通過20-COMM-D直接接入DeviceNet總線。

    （4）對于空調(diào)風柜、回排風機、冷卻冷凍水泵等等,采用PowerFlex70/700系列的變頻器來控制馬達啟停與調(diào)速。變頻器通過20-COMM-D直接接入DeviceNet總線。

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

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

                    
                         圖1 深圳地鐵五號線長龍站小里程端MCC系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖 
 

    2、系統(tǒng)特點

    (1) MCC 系統(tǒng)本身配置一套獨立的控制器，可完成對設備的單控、組控、序列控制、邏輯控制，當BAS尚未調(diào)通或BAS故障時，可以通過工控機完成防排煙控制、緊急通風模式控制、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)場總線技術(shù)，減少了控制電纜和投資成本，并由三條現(xiàn)場總線分別連接不同設備，這樣的架構(gòu)降低了由于總線故障造成的風險。

    (3) 羅克韋爾自動化先進智能控制元件的應用，使得MCC系統(tǒng)具有先進的控制功能。E3 Plus高度集成了CPU、I/O模塊、中間繼電器、電機保護模塊的功能。SMC Flex系列軟啟動器具有7種啟動方式，軟起動器既能保證隧道風機在14s內(nèi)從啟動達到額定轉(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，不但具有自動適配電機、自動調(diào)節(jié)載波頻率、自動調(diào)節(jié)壓頻比、自動調(diào)節(jié)加減速時間等功能，更有節(jié)能和降噪的明顯效果。

    (4) MCC系統(tǒng)具備完善的設備級診斷功能，智能元件能夠監(jiān)控每臺電動機的實時運行狀態(tài)，并且有預報警機制。如果電機脫扣，智能MCC可指示脫扣的原因：缺相、失速、過載或接地故障。DeviceNet網(wǎng)絡又能夠很方便與ControlNet和EtherNet/IP網(wǎng)絡實現(xiàn)無縫連接，將故障信息準確速遞至BAS系統(tǒng)，系統(tǒng)具備很高的擴展性。

    (5) MCC系統(tǒng)維護非常簡單高效。基于DeviceNet現(xiàn)場總線的羅克韋爾自動化的馬達保護器、軟啟動器、變頻器支持設備自動更換（Auto Device Replacement ，ADR）功能，設備更換可以即插即用，維護成本大大降低。

    四、結(jié)束語

    羅克韋爾自動化系列產(chǎn)品的有效結(jié)合和應用，不僅保障了整套系統(tǒng)及項目的穩(wěn)定可靠運行，更提高了項目的自動化水平，使深圳地鐵五號線綜合監(jiān)控BAS及MCC項目達到了國內(nèi)高水平標準，確保了深圳地鐵五號線的順利開通及安全運營。