地鐵BAS系統現場網絡結構的說明V1

1、關于地鐵系統現場級網絡應用的說明1、概述地鐵BAS系統作為綜合監(jiān)控系統的重要組成部分承擔著地下車站機電設備監(jiān)控以及緊急情況下防災救災的重責。由于地下車站機電設備分布廣泛，因此BAS系統核心控制器及遠程10之間一般通過網絡通信的形式連接。隨著城市軌道交通技術的發(fā)展，國內外地鐵環(huán)境與設備監(jiān)控系統已經走過了各站分離的階段，進入了全線組網的新階段，設備監(jiān)控多采用分散控制、集中管理的系統模式。目前BAS系統現場級網絡主要有全總線和工業(yè)以太網兩種實現形式。由于現場總線技術的各種標準之間轉換困難、系統集成存在各種壁壘等種種制約性，而相對的工業(yè)以太網的種種優(yōu)勢，隨著全球工業(yè)自動化技術的不斷進步，造成了BAS系

2、統網絡正在從現場總線向工業(yè)以太網方向發(fā)展的趨勢。2、工業(yè)以太網與現場總線比較目前國內城市軌道交通BAS系統普遍采用PLC設備，是一個基于網絡的自動化系統，涉及多種通信及網絡技術，如用于裝置控制層的現場總線技術。而由于現場總線標準存在12種之多，如何統一現場總線標準經過了16年的標準大戰(zhàn)，最終沒有形成一個統一的標準，多標準等于無標準，因此無論是最終用戶還是制造商，普遍都在關注現場總線技術的發(fā)展動態(tài)，尋求高性能低成本的方案。以太網技術由于其開放性、穩(wěn)定性和可靠性，在全球范圍取得了巨大成功，因此如何對以太網技術進行改進，使其適合應用于工業(yè)控制領域的數字通信，已成為業(yè)內近些年內的熱門研究方向，很多人都

3、寄希望于現場總線技術在以太網技術的基礎上達成統一，改變目前多標準并存的現狀，同時用以太網統一工業(yè)控制網絡的各個層次，實現真正的無縫信息集成。BAS系統網絡也隨著工業(yè)以太網的發(fā)展,逐漸實現裝置控制層設備由采用現場總線改變?yōu)楣I(yè)以太網技術。1)BAS系統采用工業(yè)以太網方案對比傳統的總線方案具有以下優(yōu)點：傳統雙現場總線方案中，車站兩端冗余PLC各自負責一端的BAS系統設備。對于車站內需要聯動運行的部分設備，如正常模式下分布在車站不同端的風機、風閥聯動、火災模式下的兩端空調系統聯動等均需要兩端的冗余PLC之間首先相互聯動和確認設備狀態(tài)到位后才能執(zhí)行下一步動作。在常規(guī)地鐵設計中，車站兩端的冗余PLC雖然

4、采用了熱備方式，配置了兩塊背板、兩塊CPU、兩塊電源等，但所有的模塊均放置在同一房間甚至同一面控制柜內，當房間內發(fā)生火災或電源故障，容易引起冗余PLC整體故障。而一端的冗余PLC一旦退出服務，則另一端的冗余PLC則可能因為聯鎖動作失敗而導致系統整體癱瘓。若采用光纖環(huán)網方式連接兩端冗余PLC，若一端冗余PLC發(fā)生整體性故障退出服務，系統將立即切換到另一端的一套冗余PLC上繼續(xù)工作，保證系統在極端惡劣的情況下能正常運行，中央和車站下達的指令能迅速傳達到現場設備。傳統雙現場總線方案中，雙總線均采用平行布線方式，兩條總線緊靠著分布到就地控制箱。發(fā)生火災或其他特殊情況時，極易引起兩條總線同時中斷，從而造

5、成系統與RI/O之間失去聯系。而光纖環(huán)網采用分布式布線方式，一條光纖在車站內分布成環(huán)狀，一旦發(fā)生火災或其他特殊情況，總線將立即切換傳輸路徑，不會造成PLC與RIO之間的通信中斷。傳統雙現場總線方案中，主要傳輸介質是通訊電纜。在復雜環(huán)境下，通訊電纜容易受到地鐵內各種電磁干擾源的干擾。而采用光纖介質則可從根源上避免電磁干擾對系統的影響。傳統雙現場總線方案中，各廠家的控制器均采用專用的協議進行通信，現場調試或診斷時需要專用工具或特殊軟件才可進行。而光纖環(huán)網采用標準開放的ModbusTCP/IP協議，通過手提電腦上的RJ45接口即可進行調試和診斷，現場調試和維護將十分便利。2）相對現場總線而言，現場級

6、裝置采用工業(yè)以太網也存在一些不足：現場級裝置采用工業(yè)以太網組網將增加前期投資費用，由于地鐵車站內通訊距離較長，故采用工業(yè)以太網需增加環(huán)網光纖設備及光纖熔接費用。大量采用光纖熔接會造成施工控制難度較大。綜上所述，采用環(huán)線環(huán)網的BAS系統方案具有系統可靠性高，抗干擾能力強以及調試、維護方便等特點，但同樣也存在相應的不足性，但整體對比傳統現場總線方案具有更大的實用優(yōu)勢。3、國內軌道交通BAS現場網絡應用狀況從國內軌道交通歷史和現狀看，在BAS系統出現的早期，由于條件的限制，其現場級網絡主要以全總線網絡為主。具有地鐵BAS系統應用業(yè)績的四大品牌：羅克韋爾（A-B）、施耐德、西門子、GE均選擇了各自的總

7、線網絡。2005年起，隨著工業(yè)以太網技術的不斷成熟，越來越多的城市開始選擇工業(yè)以太網作為BAS系統現場級網絡。目前，BAS系統現場網絡應用情況如下表所示（以城市為例）：線路名稱系統品牌網絡結構控制器形式北京北京地鐵號線一期施耐德總線北京地鐵機場線總線北京地鐵號線西門子總線北京地鐵號線改造西門子總線北京地鐵號線改造總線北京地鐵號線羅克韋爾（）總線北京地鐵號線延長西門子總線北京地鐵昌平線施耐德總線北京地鐵房山線施耐德總線北京地鐵號線一期施耐德總線北京地鐵西郊線西門子總線北京地鐵號線西門子總線北京地鐵號線二期西門子總線北京地鐵號線施耐德總線北京地鐵號線二期施耐德總線北京地鐵亦莊線延長羅克韋爾（）總線

8、北京地鐵大興線延長施耐德總線北京地鐵號線施耐德以太網北京地鐵號線和利時以太網上海上海地鐵號線施耐德以太網上海地鐵號線（楊浦線）施耐德以太網上海地鐵號線西門子總線上海地鐵號線北延伸施耐德以太網上海地鐵號線北北延伸施耐德以太網上海地鐵號線東延伸施耐德以太網上海地鐵號線施耐德總線上海地鐵號線西延伸施耐德以太網上海地鐵號線總線上海地鐵號線北延伸霍尼韋爾總線上海地鐵號線總線上海地鐵號線三期以太網成都號線羅克韋爾（）總線上海地鐵號線施耐德總線上海地鐵號線施耐德以太網上海地鐵號線施耐德以太網上海地鐵號線施耐德以太網上海地鐵號線西門子總線上海地鐵號線西門子以太網廣州廣州地鐵號線施耐德總線廣州地鐵號線北延線羅克

9、韋爾（）總線廣州地鐵號線改造施耐德總線廣州地鐵號線總線廣州地鐵號線羅克韋爾（）總線廣州地鐵號線延長線羅克韋爾（）總線廣州地鐵號線羅克韋爾（）總線廣州地鐵號線總線廣州地鐵廣佛線總線廣州珠江新城集運線羅克韋爾（）總線廣州地鐵號線施耐德以太網南京南京地鐵號線羅克韋爾（）總線南京地鐵號線施耐德總線南京地鐵號線施耐德以太網南京地鐵號線羅克韋爾（）總線南京地鐵號線施耐德以太網南京地鐵機場線西門子總線無錫無錫地鐵1號線羅克韋爾（）總線蘇州蘇州地鐵號線羅克韋爾（）總線蘇州地鐵號線施耐德總線深圳深圳地鐵號線羅克韋爾（）總線深圳地鐵號線西門子總線深圳地鐵號線西門子總線深圳地鐵號線羅克韋爾（）總線天津天津地鐵二，三

10、號線羅克韋爾（）總線天津津濱輕軌二期施耐德總線天津地鐵一號線羅克韋爾（）總線武漢武漢地鐵號線羅克韋爾（）總線武漢地鐵號線羅克韋爾（）總線成都成都號線羅克韋爾（）總線成都號線羅克韋爾（）總線重慶重慶地鐵號線羅克韋爾（）總線重慶地鐵號線羅克韋爾（）總線重慶地鐵號線西門子總線沈陽沈陽地鐵號線施耐德總線沈陽地鐵號線施耐德以太網西安西安地鐵號線羅克韋爾（）總線西安地鐵號線羅克韋爾（）總線杭州杭州地鐵號線羅克韋爾（）總線杭州地鐵號線羅克韋爾（）總線大連大連地鐵1號線羅克韋爾（）總線青島青島地鐵一期工程施耐德以太網長春長春輕軌一期工程施耐德以太網哈爾濱哈爾濱地鐵號線施耐德以太網從表中可以看到，前期地鐵線路B

11、AS系統以總線方案居多，而新線以太網越方案來越多。據悉，施耐德、西門子、GE三大PLC供貨商均為地鐵BAS系統提供過基于現場總線和工業(yè)以太網的PLC產品（西門子是上海16號線；GE是上海地鐵9號線3期），羅克韋爾（A-B）也有以太網方案，但在地鐵BAS系統中主要推廣總線方案。綜上所述：1.在地鐵BAS應用中，總線方案占比大約60%，工業(yè)以太網占比大約40%；2總線方案中，A-B，施耐德，GE，西門子都有應用業(yè)績；3.工業(yè)以太網方案中，施耐德，GE,西門子有業(yè)績，A-B沒有工業(yè)以太網業(yè)績；上海地鐵號線施耐德總線工業(yè)總線出現得早，一直伴隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，所以，以上4大品牌都是工業(yè)總線的支持者，應用廣泛，基礎好，但是其最大的不足就是通用性差，每家都有自己的標準，網絡上的器件不互通，備品備件價格高。工業(yè)以太網出現得較晚，但由于其高速，大容量，兼容性好，互通性高，穩(wěn)定抗干擾等諸多優(yōu)勢，在BAS系統中發(fā)展迅速，目前已經占比接近一半。同時，工業(yè)以太網方案是A-B，GE,西門子，施耐德在工業(yè)自動化領域大力推廣的方案，是與工業(yè)總線并行發(fā)展的，目前已經成為工業(yè)自動化領域的發(fā)展方向，在技術上是先進的，可行的。6目前，國內如北京、上海、廣州、武漢，南京、長春、哈爾濱、沈陽、鄭州、青島等一大批新建地鐵BA