北京地铁五号线多通信协议设备集成解决方案

摘要
    在北京地铁五号线项目设计和实施过程中，遇到的两个问题，一是多种总线协议标准共存，需要各种总线协议设备互连；二是供应商设备通信接口五花八门，需要统一连接到一种选定的工业通信网络及现场总线系统中。通过使用PROFIBUS总线桥可以方便的将多家第三方设备集成到PROFIBUS现场总线网络中，保证设备的实时监控和系统的可靠运行。
 
1．项目综述
    北京地铁五号线的“环境与设备监控系统（简称BAS）”由25个站级子系统组成，包括：
    Ø 16个地下车站站级子系统
    Ø 7个地面车站站级子系统
    Ø 宋家庄停车场的站级子系统
    Ø 太平庄车辆段的站级子系统。
    站级子系统的主要功能是要完成车站、停车场、及车辆段主要设备的全面、有效地自动化监控及管理；及时、准确的将监视数据上传给综合监控系统（简称ISCS）；同时能够接收ISCS所下达的模式控制、单点控制等控制指令；确保设备处于安全、可靠、高效、节能的最佳运行状态；从而提供一个舒适的乘车环境。并能在火灾或阻塞等灾害状态下，更好地协调车站设备的运行，充分发挥各种设备应有的作用，保证乘客的安全和设备的正常运行。
 
2．BAS系统及网络结构
    站级BAS子系统通信网络规范全部采用国际IEC61158-3（即：中国国家标准GB/T20540-2006）PROFIBUS 标准。这是目前国际国内普遍采用的一种现场总线标准。具有高速、可靠、应用范围广的优点。目前在欧洲、及我国已有许多地铁BAS系统采用PROFIBUS通信网络成功的案例。见下图：北京地铁五号线站级BAS通信网络结构图。

  北京地铁五号线站级BAS通信网络结构图

  BAS子系统PROFIBUS网络结构采用冗余双环网，即使双环网上出现两处故障点，系统仍然能够正常工作。系统利用Y-LINK设备将双总线结构转换为单总线以实现对单总线接口设备联接的。
 
3．总线桥实现多种协议设备与PROFIBUS总线的连接
    站级BAS子系统监控设备种类很多，供货厂家不一、涉及多个行业。这些设备包括：暖通空调系统、给排水系统、低压配电与动力照明系统、电梯系统、安全门系统、车站事故、照明电源系统等。要求上述设备全部具备PROFIBUS通信标准接口，对上述设备供应商来说难度较大，并不现实。采用PROFIBUS总线桥实现多种协议设备连接到PROFIBUS总线是一种常用的方法。在北京地铁5#线项目之前，南京地铁1#线项目就使用鼎实科技的总线桥连接显示设备到PROFIBUS系统，收到很好效果。
 
4．PROFIBUS总线桥技术与产品
    北京鼎实创新科技有限公司为此提出并开发了总线桥系列产品。“总线桥”就是现场总线协议转换网关。PROFIBUS总线桥就是将具有RS-232/485、CAN及MODBUS等通信协议接口设备连接到PROFIBUS总线上，使该设备成为PROFIBUS总线上的一个从站。目前可提供的PROFIBUS总线桥产品包括：
    Ø PROFIBUS<=>MODBUS；
    Ø PROFIBUS<=>RS232/485 (自由协议)；
    Ø PROFIBUS<=>CAN (自由协议)；
    Ø PROFIBUS<=>CANOpen；
    Ø PROFIBUS<=>DeviceNet；
    Ø PROFIBUS<=>Ethernet (TCP/IP)；

    北京鼎实科技还为该项目中使用“企业自由协议” 的设备提供 “总线桥定制”服务。定制协议转换总线桥可以将各种企业自由协议设备更方便、快捷地连接到PROFIBUS总线上。在该项目中，应急电源EPS、振动监控系统、西门子CS11消防系统(FAS)就使用了鼎实科技定制的PROFIBUS总线桥产品。
 
5．PROFIBUS总线桥产品在5#BAS上的应用

5.1 实现功能
    BAS系统通过使用北京鼎实科技的多协议转换总线桥将具有不同协议、不同厂家的第三方设备连接到PROFIBUS现场总线系统中。主要协议设备有：
    Ø MODBUS协议设备，包括：HMI、冷却水机组、电梯系统。
    Ø RS/232/485企业自由协议设备，包括：应急电源EPS、振动检测仪、FAS消防系统。

5.2 应用总线桥设备的优点
    ① 应用简单：用户不用了解PROFIBUS和第三方设备技术细节，用户只需参考总线桥手册及提供的应用实例，根据要求完成配置，不需要复杂编程，即可在短时间内实现连接通信。
    ② 透明通信：用户可以依照PROFIBUS通信数据区和第三方设备通信数据区的映射关系，实现PROFIBUS到第三方设备之间的数据透明通信。
    ③ 数据完整，实时传输：对到第三方设备上传的参数无丢失，并实时传输给PROFBUS-DP。保证数据的完整性。
 
6．结束语
    多种总线协议标准共存、各种企业自由协议设备长期存在，这两个问题不只是北京地铁5#线BAS系统遇到的特例，而是整个工业控制网络领域将长期面临的现实。北京地铁5#线BAS系统使用总线桥将各种MODBUS协议、及基于RS-232/485的企业自由协议设备连接到PROFIBUS总线系统，取得很好效果，值得在地铁环境与设备监控系统推广应用。