GE：上海地鐵9號(hào)線1期FAS設(shè)備聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)方案

　　GE智能設(shè)備（上海）有限公司 陳新宇

地鐵具有高速、安全、準(zhǔn)時(shí)、載客量大的特點(diǎn)，是現(xiàn)代城市解決交通阻塞最有效的手段。上海軌道交通9號(hào)線一期工程途經(jīng)松江、閔行和徐匯三個(gè)區(qū)，是一條市域快速鐵路，工程自松江新城站至宜山路站，全程約31km。到2008年，上海軌道交通9號(hào)線一期工程建成后，將為上海西南松江、閔行和徐匯地區(qū)的市民提供快速、便捷的出行條件，也將為上海整個(gè)軌道交通系統(tǒng)延伸做出貢獻(xiàn)。

應(yīng)用背景

FAS設(shè)備聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)是對(duì)地鐵車站、區(qū)間隧道、主變電所、車輛段、控制中心等與地鐵運(yùn)營有關(guān)建筑和設(shè)施的火災(zāi)、行車及人為事故等災(zāi)害進(jìn)行可靠監(jiān)視及報(bào)警并可靠地控制所有防災(zāi)設(shè)備，以使地鐵能正常有序的運(yùn)營，避免或降低災(zāi)害情況下造成的人員和財(cái)物損失。

客戶需求

FAS設(shè)備聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中央控制室防災(zāi)指揮中心對(duì)地鐵全線設(shè)備聯(lián)動(dòng)部分的集中監(jiān)控管理。防災(zāi)指揮中心是全線消防指揮中心，火災(zāi)時(shí)作為車站運(yùn)營管理的車站綜合控制室和控制中心大樓的大樓綜合控制室兼作消防控制室。

FAS設(shè)備聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的主要監(jiān)控對(duì)象有：隧道風(fēng)機(jī)、排熱風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)機(jī)、電動(dòng)防火閥、自動(dòng)扶梯、應(yīng)急照明等。

　　解決方案

上海軌道交通9號(hào)線一期工程FAS聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)全線車站及區(qū)間隧道的通風(fēng)風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥、自動(dòng)扶梯、垂直電梯、車站事故照明電源等機(jī)電設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)控和管理，此外，還與BAS系統(tǒng)、信號(hào)ATS系統(tǒng)、通信傳輸系統(tǒng)、中央母鐘系統(tǒng)等系統(tǒng)間設(shè)有數(shù)據(jù)接口，傳輸信息。因此甲方要求采用可靠性高、技術(shù)先進(jìn)、網(wǎng)絡(luò)組成生命力強(qiáng)、擴(kuò)展方便、智能化程度高、便于調(diào)試、維護(hù)和管理、布線簡便的設(shè)備。

根據(jù)上海軌道交通9號(hào)線一期工程FAS聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，選用GE公司的90-30系列PLC產(chǎn)品作為本方案的聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備，GE公司的VersaMax系列作為RI/O和I/O模塊。

產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)是：

　　·已在美國、韓國、香港、上海、廣州等多個(gè)輕軌/地鐵項(xiàng)目中應(yīng)用，并經(jīng)受了多年以上實(shí)際運(yùn)行的考驗(yàn)。

　　·已有一批在輕軌/地鐵中經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行考驗(yàn)的軟件模式，這些軟件模式可略做修改后用于本項(xiàng)目，眾所周知軟件的成熟程度是保證系統(tǒng)運(yùn)行的一個(gè)非常關(guān)鍵的因素。

　　·硬件系統(tǒng)經(jīng)過了多年實(shí)際運(yùn)行，是一個(gè)非常成熟可靠的系統(tǒng)。

監(jiān)控軟件在系統(tǒng)中起著極為重要的作用，考慮軟件的各項(xiàng)功能和使用方便，同時(shí)考慮其開放性和對(duì)Internet應(yīng)用的支持（這是未來發(fā)展的方向，相信整個(gè)地鐵系統(tǒng)也會(huì)很快實(shí)現(xiàn)信息化的）。選擇GE 的Proficy HMI/SCADA–CIMPLICITY作為車站及控制中心的工業(yè)級(jí)監(jiān)控軟件。歷史數(shù)據(jù)庫選擇流行的商用數(shù)據(jù)庫軟件SQL Server軟件。

通訊網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)FAS聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)脈，控制中心采用冗余標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)（TCP/IP協(xié)議），把控制中心的所有FAS系統(tǒng)設(shè)備連接起來，通過通信轉(zhuǎn)換接口連接到通信系統(tǒng)所提供的接口，實(shí)現(xiàn)控制中心局域網(wǎng)與FAS系統(tǒng)廣域網(wǎng)的連接，通信速率不小于10Mps，采用10/100M自適應(yīng)方式。

在控制中心構(gòu)成CAT 5+冗余10/100M以太網(wǎng)，在各車站組成10/100M光纖冗余以太環(huán)網(wǎng)，局域網(wǎng)為交換以太網(wǎng)拓樸。由于交換以太網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路由，極大限度地解決了局域網(wǎng)絡(luò)中的通信沖突問題，提高了網(wǎng)絡(luò)利用率。交換方式將網(wǎng)絡(luò)的不同部分隔離成為子網(wǎng)，各子網(wǎng)只需支持連到子網(wǎng)上的各工作站之間的通信，這樣通過交換可以極大地減輕廣域網(wǎng)上的通信量，把珍貴的廣域網(wǎng)帶寬解放出來。通過交換機(jī)和網(wǎng)管軟件，整個(gè)FAS聯(lián)動(dòng)部分可以設(shè)置成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的虛擬專網(wǎng)（VPN），這樣在通信中可以減少約30%的路由節(jié)點(diǎn)，降低了網(wǎng)絡(luò)延遲和提高了帶寬利用率。

　　1.系統(tǒng)基本功能

上海軌道交通9號(hào)線一期工程FAS系統(tǒng)設(shè)置防災(zāi)報(bào)警及聯(lián)動(dòng)控制兩個(gè)部份，其任務(wù)是建立一個(gè)智能的防災(zāi)及自動(dòng)化監(jiān)控體系，系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)控制及信息傳輸網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，進(jìn)行信息的采集、存儲(chǔ)、傳遞、處理，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的自動(dòng)化管理。

FAS聯(lián)動(dòng)控制實(shí)行兩級(jí)管理、三級(jí)控制的方式。在控制中心大樓設(shè)聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)防災(zāi)指揮中心（為主控制級(jí)），在車站、車輛段、控制中心大樓等處設(shè)防災(zāi)控制室（為分控制級(jí)），均能對(duì)其所管轄范圍獨(dú)立地進(jìn)行監(jiān)控管理。

中央級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)（聯(lián)動(dòng)控制主機(jī)系統(tǒng)）由控制中心局域網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)包括互為備用冗余服務(wù)器、冗余工作站維護(hù)計(jì)算機(jī)、通信轉(zhuǎn)換接口、打印機(jī)、模擬屏、UPS等設(shè)備。中央級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)局域網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與各車站、OCC大樓及車輛段聯(lián)動(dòng)控制分機(jī)連接，接收各聯(lián)動(dòng)分機(jī)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)及發(fā)出指令。

在控制中心大樓內(nèi)設(shè)置聯(lián)動(dòng)控制分機(jī)，負(fù)責(zé)整個(gè)建筑物內(nèi)的聯(lián)動(dòng)控制功能的實(shí)現(xiàn)。控制中心大樓內(nèi)防災(zāi)報(bào)警分機(jī)通過RS-232 與聯(lián)動(dòng)控制分機(jī)連接；該聯(lián)動(dòng)控制分機(jī)與中央控制室防災(zāi)指揮中心聯(lián)動(dòng)控制主機(jī)相連。

在沿線各車站設(shè)置一套聯(lián)動(dòng)控制分機(jī)。負(fù)責(zé)所管轄范圍內(nèi)的聯(lián)動(dòng)控制功能的實(shí)現(xiàn)。沿線各車站內(nèi)的防災(zāi)報(bào)警分機(jī)通過RS-232與聯(lián)動(dòng)控制分機(jī)連接；聯(lián)動(dòng)控制分機(jī)通過2Mbps信道與中央控制室防災(zāi)指揮中心聯(lián)動(dòng)控制主機(jī)相連。

兩主變電所內(nèi)分別設(shè)遠(yuǎn)程RI/O， 負(fù)責(zé)主變電所聯(lián)動(dòng)控制功能的實(shí)現(xiàn)。RI/O與相近的車站聯(lián)動(dòng)控制分機(jī)相連。

岔道井內(nèi)分別設(shè)聯(lián)動(dòng)控制器， 負(fù)責(zé)岔道井內(nèi)聯(lián)動(dòng)控制功能。岔道井內(nèi)的聯(lián)動(dòng)控制器通過相鄰車站聯(lián)動(dòng)控制分機(jī)傳送及接收有關(guān)設(shè)備狀態(tài)及控制指定數(shù)據(jù)。

在車輛段設(shè)置聯(lián)動(dòng)控制分機(jī)，負(fù)責(zé)整個(gè)車輛段內(nèi)所有建筑物的聯(lián)動(dòng)控制功能的實(shí)現(xiàn)。車輛段內(nèi)的防災(zāi)報(bào)警分機(jī)通過RS-232與聯(lián)動(dòng)控制分機(jī)連接；聯(lián)動(dòng)控制分機(jī)通過2Mbps信道與中央控制室防災(zāi)指揮中心聯(lián)動(dòng)控制主機(jī)相連。

當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，F(xiàn)AS聯(lián)動(dòng)控制部分接受防災(zāi)報(bào)警分機(jī)的模式指令啟動(dòng)預(yù)定的工況模式，進(jìn)行相應(yīng)的消防聯(lián)動(dòng)工作。

　　2.系統(tǒng)構(gòu)成

2.1.控制中心設(shè)備聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成

中央級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)由控制中心局域網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)包括互為備用冗余服務(wù)器、冗余工作站維護(hù)計(jì)算機(jī)、通信轉(zhuǎn)換接口、打印機(jī)、模擬屏、UPS等設(shè)備。

兩套性能相同的專業(yè)服務(wù)器對(duì)整個(gè)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并作為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其它計(jì)算機(jī)的共享資源。系統(tǒng)正常工作時(shí)，主、備服務(wù)器中，一臺(tái)主用，另一臺(tái)備用。控制命令僅通過主服務(wù)器發(fā)出。主、備服務(wù)器均能接收來自車站的各種上行數(shù)據(jù)。

下圖簡要說明系統(tǒng)的冗余功能：

數(shù)據(jù)點(diǎn)、報(bào)警、用戶登錄數(shù)據(jù)

2.2.車站設(shè)備聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成

在車控室內(nèi)設(shè)置一套工控機(jī)級(jí)別的圖形工作站，作為畫面顯示和人機(jī)對(duì)話設(shè)備。車站圖形工作站是車站級(jí)的主要監(jiān)控設(shè)備，它負(fù)責(zé)一切正常及事故情況下，對(duì)車站各系統(tǒng)設(shè)備的監(jiān)視、管理、控制指令的發(fā)出。圖形工作站通過車站光端交換機(jī)電口與聯(lián)動(dòng)控制部份的局域網(wǎng)連接起來，構(gòu)成站內(nèi)級(jí)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)接收或處理由現(xiàn)場控制器上傳的設(shè)備狀態(tài)或資料。

在車控室內(nèi)設(shè)置IBP控制盤，IBP盤利用硬線直接控制消防專用設(shè)備。

在車控室內(nèi)設(shè)置1套GE 系列90-30 PLC構(gòu)成的冗余聯(lián)動(dòng)控制分機(jī)，接受火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息和采集現(xiàn)場防災(zāi)相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)接受圖形工作站和中央控制室防災(zāi)指揮中心的控制命令。該聯(lián)動(dòng)控制分機(jī)通過RS-232與火災(zāi)報(bào)警分機(jī)連接。在火災(zāi)情況下，接受到火災(zāi)報(bào)警分機(jī)的火災(zāi)報(bào)警信息后，實(shí)施火災(zāi)狀態(tài)下的火災(zāi)搶險(xiǎn)模式控制；并通過2Mbps信道向中央控制室防災(zāi)指揮中心傳送聯(lián)動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行信息。該聯(lián)動(dòng)控制分機(jī)可通過MODBUS標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議與BAS系統(tǒng)控制主機(jī)相連，接受BAS系統(tǒng)指令，實(shí)現(xiàn)正常工況下BAS系統(tǒng)對(duì)環(huán)控與消防兼用設(shè)備的控制， 并向BAS系統(tǒng)傳回環(huán)控與消防兼用設(shè)備的狀態(tài)。

在左右環(huán)控室內(nèi)分別設(shè)置2套GE 系列 90-30 PLC構(gòu)成的冗余聯(lián)動(dòng)控制器，監(jiān)控車站內(nèi)隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備、車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)設(shè)備，車站設(shè)備用房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備、車站導(dǎo)向設(shè)備、防火閥等設(shè)備。同時(shí)將數(shù)據(jù)上傳至車控室內(nèi)聯(lián)動(dòng)控制分機(jī)。如圖：

2.3.系統(tǒng)運(yùn)作模式

1）監(jiān)視模式

在正常情況下，聯(lián)動(dòng)控制分機(jī)/控制器均處于監(jiān)視狀態(tài)，GCC顯示相關(guān)工點(diǎn)(控制中心大樓、車站、車輛段、主變電所等地方)各聯(lián)動(dòng)控制對(duì)象狀態(tài)。

2）報(bào)警模式

a.自動(dòng)確認(rèn)模式

聯(lián)動(dòng)控制分機(jī)監(jiān)視防火閥動(dòng)作狀態(tài)，并在線監(jiān)視防災(zāi)報(bào)警主機(jī)發(fā)出的火災(zāi)報(bào)警和模式指令，一旦監(jiān)測到火災(zāi)報(bào)警和模式指令，聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)立即轉(zhuǎn)入滅火抗災(zāi)工況，同時(shí)將信息上傳至防災(zāi)指揮中心。

b.人工確認(rèn)模式

聯(lián)動(dòng)控制分機(jī)也可接受經(jīng)過密碼確認(rèn)的人工火災(zāi)報(bào)警模式控制，一旦監(jiān)測到人工確認(rèn)的火災(zāi)報(bào)警和模式指令，聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)立即轉(zhuǎn)入滅火抗災(zāi)工況，并將信息上傳至防災(zāi)指揮中心。

c.消防聯(lián)動(dòng)模式

FAS系統(tǒng)防災(zāi)報(bào)警部分實(shí)現(xiàn)火災(zāi)探測及報(bào)警功能，并將信息上傳至防災(zāi)指揮中心。防災(zāi)報(bào)警分機(jī)按探測的火災(zāi)情況決定火災(zāi)模式及通知聯(lián)動(dòng)控制部份。FAS系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制部分系統(tǒng)按火災(zāi)模式實(shí)現(xiàn)控制及監(jiān)視著火區(qū)域防火閥動(dòng)作狀態(tài)，控制防排煙風(fēng)機(jī)等消防設(shè)備的聯(lián)動(dòng)控制的功能并接收其反饋信號(hào)。

d.控制僅先權(quán)

如同一控制指命因不同控制級(jí)而有沖突不能妥協(xié)時(shí)， 控制優(yōu)先權(quán)順序?yàn)椋壕偷乜刂?最高)、IBP控制、車控室控制、中央控制室防災(zāi)指揮中心；隧權(quán)道通風(fēng)系統(tǒng)控制優(yōu)先權(quán)順序：就地控制(最高)、IBP控制、中央控制室防災(zāi)指揮中心、車控室控制。如較低控制指令因較高控制級(jí)而不能實(shí)現(xiàn)或中斷時(shí)，須向較低控制級(jí)報(bào)告反映。另外，車控室控制中， 手動(dòng)控制比模式控制優(yōu)先。

實(shí)施結(jié)果

系統(tǒng)從2008投運(yùn)以來，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)于設(shè)計(jì)要求。很好的滿足了地鐵運(yùn)營公司的運(yùn)營要求。

　　關(guān)于GE智能平臺(tái)

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