PLC 90-30在广州地铁二号线中的应用

1、概述
随着经济实力的增长，国家正在大力发展城市轨道交通。由于地铁的环境非常特殊，客流量十分大，地铁的安全性，舒适性及稳定性是对地铁运营状况的最重要的考核指标，因此地铁车站对通风、消防、空气调节等监控系统的要求非常高，工业化逻辑控制器的产品指标、网络性能等对整个系统的安全平稳运行至关重要。本文根据广州地铁二号线的实际工程，介绍GE Fanuc 的PLC 90-30等产品在广州地铁EMCS监控系统中的应用方案。

广州地铁二号线，线路总长23公里，全线共设20座地下车站，地下车站大系统的空调冷源采用集中供冷的方式、所有车站的站台设置屏蔽门。车站设备监控系统（EMCS）组成中央、车站、就地三级控制系统，使车站设备监控系统对全线20个车站的通风空调系统设备、给排水设备、自动扶梯、车站公共区照明、广告照明、车站事故照明电源、屏蔽门、防淹门等机电设备进行全面、有效的监控和管理，确保车站设备处于高效、节能、最佳运行状态，创造一个安全舒适的地下环境，并能在火灾或列车阻塞事故状态下，指挥控制车站设备进入救灾模式，保证乘客的安全和设备的正常运行。

广州地铁二号线设备监控系统（EMCS）对全线各车站及区间内的通风系统、空调系统、冷水系统、给排水系统、照明系统、自动扶梯等设备的运行进行自动化管理。在正常状态下保证各地铁车站及区间内机电设备运营安全、各项公共设备可靠、节能；保证地铁环境达到国家有关规定和标准，并在灾害发生时能够及时迅速地进入防灾运行方式，保证人员的生命安全和减少财产损失。

EMCS系统空驶范围包括全线各车站和全部地下区间隧道（各车站管辖至相邻区间的一半）。由控制中心（OCC）监控系统、全线综合通信网络、车站监控系统（含车站监控工作站、车站系统控制网络、控制器、以及监测、调控等设备）组成。全线EMCS系统组成三级操作：控制中心、车站控制室、控制器，二级管理：控制中心与车站控制室。整个监控系统按照功能分散、信息集中的原则，以相对独立的区域为监控对象，以车站为基本单位，，以分层分布式方式构成，实现就地级、车站级两级控制，就地级、车站级、中央级三级管理。

EMCS系统监视车站与隧道的环境状态、检测环境参数，通过控制通风与空调（预留）等机电设备，调控环境的舒适度，并尽可能实现被控对象的节能优化运行。在列车阻塞、火灾等灾害情况下，调控相关设备，创造保证旅客及工作人员安全撤离的环境条件，将灾害损失减至最低。

2、系统结构
广州地铁二号线的通讯网络由三层环网组成：全线光纤大环网、控制中心（OCC）子环网、20个车站的站内子环网。

2.1地铁全线光纤大环网
通讯专业提供OTN光纤大环网，OTN网络支持冗余技术，在网络某处断开或节点失效的情况下，可以自动改变数据流向，保证数据的正确传输。在每个车站的通讯设备房及控制中心（OCC）通讯设备房为EMCS系统留有一个10M的以太网，与车站子网、OCC子网等实现通讯连接，通讯协议为TCP/IP。

2.2 OCC光纤子环网
控制中心（OCC）各处设备由光纤环网组成，构成计算机局域网络，具体配置如下：
1、两台冗余服务器，各安装GE Fanuc 公司的Cimplicity HMI Server冗余服务器软件，负责数据采集和处理、历史数据记录及网络维护的功能，当主机出现故障的时候，可以自动过渡到从机上。
2、两个监控工作站，安装 Cimplicity HMI View 人机界面软件，供环调人员操作。
3、一台大背投计算机，负责大背投屏幕的画面显示和切换。
4、一台维修工作站，安装开发版人机界面HMI软件，同时安装PLC监控软件VersaPro 通过以太网，可以远程对任何一台PLC进行编程、监控和维护。
5、一套与轨道电路信号、同步时钟信号接口进行通讯的PLC 90-30 完成行车位置信号、时钟信号的采集及全线网络PLC 90-30和计算机对时同步。

2.3车站内光纤子环网
车站级网络连接的设备包括：
车站内车控室监控计算机，由车站人员对设备进行操作和显示。
车站A端冗余PLC及I/O机架，负责A端ECS设备的逻辑制。
车站B端冗余PLC及I/O机架，负责B端ECS设备的逻辑制。
消防信号（FAS）用PLC，负责火灾信息接口。
B端导向控制PLC、负责导向疏散指示灯的逻辑控制。
BS控制器PLC，负责BS系统逻辑控制。
地铁环境下对设备的稳定性，抗干扰性要求非常高，在任何一个防火分区发生火灾时，要求模式启动和设备动作要足够快。车站内部设计成环型工业光纤以太网，支持冗余网络方案。车控室、A端环控室、B端环控室等各处以光纤连接，可以避免车站内电力机车的强电磁干扰对系统通讯的影响。车站两端配置独立的控制器，其中央处理模块为CPU364，CPU模块、电源模块、通讯模块、机架等均为冗余配置，保证对每个车站2000个设备监控点的高效安全控制。PLC 90-30主机配置10M以太网口，各PLC 90-3之间、PLC 90-30与计算机之间通过TCP/IP协议相互传递信息，并通过通讯专业的接口，与控制中心（OCC）进行数据和指令的传输

PLC 90-30与现场分布式I/O机架通过GE 公司的GENIUS 工业现场总线连接。GENIUS 具有优良的传输特性，三取二的纠错功能，较高的传输速率，其优越的抗干扰性在本工程中得到突出的发挥：在传输速率为153.6K，通讯长度普遍超过1200米，甚至达到1500米，有电力机车近距离干扰的恶劣条件下，所有车站的GENIUS现场总线均正常稳定的工作，不受任何干扰。

远程I/O为VersaMax 系列模块，在地下极为潮湿，模块表面结露水的情况下，依然能正常工作，业主十分赞叹GE 的产品质量。

PLC 90-30与其他专业有各种通讯接口，GE 的PCM模块提供了多种可编程接口协议，协议的开发也非常方便。接口包括：
1、时钟接口
2、轨道信号接口
3、冷水机组接口：Modbus软件协议进行通讯。
4、屏蔽门接口：双方接口采用RS485方式，自行开发软件协议进行通讯。
5、防淹门接口：双方接口采用RS485方式，自行开发软件协议进行通讯。
控制中心计算机和车站计算机对所有区间隧道和各车站的设备进行监控，根据不同的操作权限和口令，实现中央级、车站级的分级控制，自动和手动操作完成通风、空调、消防、突发事故、以及照明、疏散等运行模式。在维修工作站和OCC工程师站，维护工程师能够通过网络对所有PLC 90-30和计算机进行远程监控和调试，大大减少了维修工作量。

1、通风模式控制：正常运营情况下，根据站内和站外的环境温度、湿度、焓值进行全新风、小新风、空调等运行模式的运行和切换
2、消防模式控制：在车站火灾、区间隧道火灾时，按照消防规范，自动或人工启动通风、排烟模式、启动疏散指示
3、时间表自动控制：事先设定全年的运行时间表，系统根据工作日、假日、特殊日的设定时间表，自动启动相关设备和模式，实现无人职守的功能
4、PID调节：根据车站内温度湿度场的分布、进行数学计算，求解最佳的控制模型，保证车站内部稳定舒适的环境
5、水系统控制：控制集中冷站、空调机的水系统，为空调系统提供足够和均衡的冷源
6、报警记录和统计报表：记录全线50000点的设备状态信息、系统信息，记录和语音提示各种报警状态，记录所有设备的操作情况，对数百个传感器进行实时和历史曲线的记录和分析，生成运营和设备运行的几十种统计报表
7、口令与权限：可以对控制中心和各车站操作人员、维护人员进行口令和操作权限管理

3、应用总结
由于本人曾参与过广州地铁二号线项目，对广州地铁二号线项目EMCS系统也十分熟悉，广州地铁二号线EMCS系统项目为由于采用了GE FUNC的PLC 90-30等产品，使得广州一号线中的很多（如火灾不能及时反映）难题得到很好的解决，通过使用GE的PLC 90-30等产品，按期高质量的成功完成了EMCS系统工程。作为5万点的大型监控项目，从OCC发指令到车站设备实际动作的时间不到3秒，实现了市消防局消防验收一次通过的佳绩。目前，该系统已经在现场正常、稳定的运行了三年多了，到目前为止，基本没有出现过问题。