地铁BAS系统PLC冗余技术的应用浅析

陈淑君

摘要：在现代化发展背景之下，城市可利用空间不断的减少。为了满意社会大众日益增长的交通出行需求，就需要积极展开对地下资源的利用工作。地铁作为一种依附于城市地下空间的交通方式，在当前得到了相当广泛的应用。文章即从这一角度入手，对地铁BAS系统中有关PLC冗余技术的应用要点进行分析，希望能够引起各方人员的关注与重视。

关键词：地铁；BAS系统；PLC；冗余技术

BAS系统即地铁环境与设备监控系统，该系统的正常运行与地铁运营的安全穩定以及乘客、工作人员的人身安全等关键问题密切相关。正是由于这一原因，在现行的地铁设计规范与汗液标准当中，对BAS系统的安全性提出了严格的要求。为了能够达到提高系统可靠性的目的，多建议通过硬件冗余的手段实现。但需要注意的是：若将其考虑为完全冗余结构，则不但不会达到提高系统可靠性的效果，反过来或造成工程投资的加大。因此，需要通过对硬件配置的合理优化以及对软件技术的辅助应用，使系统的冗余功能得以实现。此问题值得各方人员引起重视。具体方案如下：

一、BAS软件架构

对于地下车站，BAS系统有两对控制器，设置在地下车站两端的环控电控室PLC控制柜内，分别用于控制车站两端的机电设备。以车站大端的控制器为主，小端的控制器为辅。

对于高架车站，BAS系统只有一对控制器，设置在高架车站大端的综合监控设备室PLC控制柜内，整个车站内的所有机电设备监控、环境参数监视等均由这一对控制器实现。与地下车站相比，兼具大端和小端所有的功能。

（一）两端PLC功能划分

地下车站两端PLC控制器，大端的控制器主要实现以下功能：

（1）监控大端机电设备、监视大端环境参数；

（2）与ISCS接口点通讯；

（3）接收ISCS转发的GPS对时信息；

（4）系统控制方式切换、模式解析、模式状态判断；

（5）IBP功能解析、接收FAS火灾模式指令；

（6）时间表控制；

（7）与小端PLC控制器通讯；

（8）与大端RIO节点通讯。

而小端的控制器功能相对而言较为简单，主要实现以下功能：

（1）监控小端机电设备、监视小端环境参数；

（2）与大端PLC控制器通讯；

（3）与小端RIO节点通讯。

（二）大端PLC程序结构

大端BAS系统中有程序之处包括三部分：主PLC控制器、RIO适配器、IBP RIO适配器。

1.主PLC控制器部分

主PLC控制器部分集中BAS系统主要程序内容，用于网卡状态判断切换、接收ISCS转发的GPS时钟信息（包括年月日时分秒）、系统控制权限操作、模式解析执行及判断、机电设备监控、时间表控制等。其中与ISCS接口通讯、与小端PLC通讯、与RIO节点通讯通过软件组态配置实现。

主PLC程序结构组成：

2.RIO适配器部分

RIO部分主要用于在适配器中组态基本的硬件配置和程序，不做过多的解析指令等作用。程序内容包括：在本RIO节点处有通讯接口的设备的通讯程序、本RIO节点的模块状态诊断、模件通道数据（包括DI、DO、AI、AO）转换处理程序。

RIO适配器中程序结构组成：

3.IBP RIO适配器部分

IBP RIO PLC部分主要用于紧急情况下IBP上功能。IBP RIO PLC中只在适配器中组态基本的硬件配置和程序，不做指令解析。连接IBP盘上环控模式的按钮、指示灯等信息。程序内容包括：IBP RIO与FAS接口通讯程序、IBP RIO模块状态诊断信息、模件通道数据（仅包括DI、DO）转换处理程序。

说明：IBP RIO硬件组态时与普通的RIO节点组态不完全相同，多了一个BMXNOE0100的以太网模块，其I/O scan地址映射设置于BMXPRA0100一样，这样保证PRA下连接的交换机链路故障或交换机故障时，NOE下的链路依然正常，保证能接收IBP盘上按钮、指示灯的信息。

IBP RIO适配器中程序结构组成：

（三）小端PLC程序结构

小端BAS系统中有程序之处包括两部分：从PLC控制器、RIO PLC适配器。

1.从PLC控制器部分

从PLC控制器部分集中BAS系统小端的程序内容，用于网卡状态判断切换、小端机电设备监控等。其中与大端PLC通讯、与RIO节点通讯通过软件组态配置实现。

从PLC程序结构组成：

2.RIO适配器部分

RIO部分主要用于在适配器中组态基本的硬件配置和程序，不做过多的解析指令等作用。程序内容包括：在本RIO节点处有通讯接口的设备的通讯程序、本RIO节点的模块状态诊断、模件通道数据（包括DI、DO、AI、AO）转换处理程序。

RIO适配器中程序结构组成：

二、BAS系统PLC冗余技术系统配置

首先，从网络结构配置的角度上来说，整个BAS车站级采取两极化网络模式，划分为控制层以及监控层，并对应对立网络结构。其中，监控层以以太网网络为基础，支持TCP/IP协议，带宽标准为10/100M，冗余配置为双星型拓扑结构。将其设置于车站主PLC控制器与通信处理器的中间位置，确保信息传输得到全面的监控。同时，在PLC1～2内分别设置有独立的以太网通讯模块。控制网的冗余以及切换由设备独立完成，工程应用中不做特殊处理、

其次，从监控层配置的角度上来说，将1台独立运行的监控工作站配置于车站控制室内，将其与冗余配置下的车站监控局域网进行连接（通过以太网卡的方式实现）。同时，在车站一端环空电控室内设置独立通讯控制器（其主要功能是对通讯接口进行集中处理），其与整个车站监控局域网网络的连接同样通过以太网接入的方式实现。

最后，从控制层配置的角度上来说，在整个地铁车站内部，BAS系统在车站内对应有一套具有热备关系特点的PLC控制器装置，其主要工作任务式：负责完成BAS系统下车站控制层所有任务的调度，并为其提供数据服务以及功能支持。主控制器、备控制器同时与车站监控网络系统连接。PLC1～2同步运行，一主一备，但仅有主控制器能够在以太网网络支持下获取监控层所传递的数据信息，另一备用控制器则独立运行。在故障条件下，PLC控制器能够对内部故障进行自动检查并进行切换，以确保安全性以及整个BAS系统的持续运行。

三、BAS系统PLC冗余需求

对系统进行冗余的主要目的是提高系统运行的可靠性，避免发生故障停运，设备损坏的问题，从而达到降低经济损失，减少并避免人员伤亡的目的。由于PLC技术自身就有一定的可靠性，因此仅仅从硬件配置上入手，对系统可靠性进行改善是远远不够的。为达到满意的效果，还需要从软件入手，引入系统性的冗余技术。

从BAS系统对PLC冗余功能需求的角度上进行分析：要求在主PLC控制器与监控工作站之间形成一个完整且独立的通信路径，能够支持对数据的上行或下行传递。同时，通过应用冗余技术的方式，能够在双以太网通讯链路或冗余PLC控制器出现单点故障的情況下，BAS系统的正常运行不会受其影响，在自身无硬件故障的条件下，冗余PLC控制能够确保主备PLC控制器的安全、稳定运行。

四、PLC冗余技术应用要点

研究认为：PC电源，网络通讯以及结构框架等同样是影响整个BAS系统运行可靠性的重要因素。因此，两个PLC控制器还需要在以上多个方面中实现双重化的冗余目标。一旦主PLC控制器出现故障，则备控制器能够立即继续执行控制指令，避免现场工艺设备处于控制失效的运行状态下。同时，对于主PLC控制仪器而言，过程计算机需要在以太网的支持下将控制指令传递至设备PLC装置，同时对设备PLC所传递的现场实时信息进行接受，以了解现场设备的运行状态。同构构建PLC独立互联网的方式，以Genius总线为载体，实现PC端的连接，在GBC支持下实现每台PLC装置的交互式连接。还需要特别注意的一点是：在构建基于PLC的互联网网络过程当中，对于每台独立的PLC装置而言，需要划分为128*16字节的内存区域，将其作为控制系统的广播收听区域，通过广播的方式收听并传递现场设备的运行标志以及输入状态等关键信息，在热备冗余技术的支持下根据所收听的广播数据，就对方PLC的运行状态进行评估。

五、结束语

从地铁建设的角度上行来说，对机电设备，特别是环控设备进行集中控制，能够使其运行更加的安全可靠，确保地下环境的安全性。在PLC冗余技术干预下，可以使整个地铁BAS系统的运行更加安全与可靠，达到满意的实践效果，值得在同类工程建设中加以关注。