西門子全集成自動化解決方案在重慶輕軌2號線的應用
前言：
當前，城市化是我國經濟發展的必然趨勢，伴隨著城市化建設，交通擁堵正迅速成為制約我國城市發展的重要問題之一。出于解決城市交通問題的需要，公共交通，特別是軌道交通受到了有關部門及社會各界越來越廣泛的關注。“十一五”規劃明確提出,“優先發展公共交通,完善城市路網結構和公共交通場站,有條件的大城市和城市群地區要把軌道交通作為優先領域,超前規劃,適時建設”。據統計，目前我國城市規劃建設的軌道交通網絡總里程已達5000公里，城市軌道交通總投資估算超過8000億元，資金投入規模僅次于鐵路和高速公路。國家政策導向使城市軌道交通建設有較好的發展前景。
輕軌交通是一種中等運量的城市軌道交通客運系統，其運力介于地鐵與公共汽車之間，車型和軌道結構也與地鐵相類似。新型輕軌交通具有“投資小、占地少、運量大、速度快、無噪音、無污染”的突出優點，是符合我國中大型城市現實情況的軌道交通建設的選擇。
重慶輕軌2號線即“重慶軌道交通2號線”，亦稱“重慶輕軌較新線”，它是重慶乃至中國西部地區第一條軌道交通線，在重慶城市交通現代化的進程中具有里程碑式的重大意義。輕軌2號線途經渝中區、九龍坡區、大渡口區、巴南區，東起重慶商業中心附近的較場口，西抵重慶鋼鐵基地新山村，服務于核心城區的商業區、公共活動區等大型客流集散點。一期工程14.35公里，2004年11月開始試運行，2005年6月正式運行。二期工程從大堰村至新山村，全程4.7公里，于2006年7月1日開始運行。2號線全線運行時間34分鐘。
重慶輕軌2號線設15個地面車站、3個地下車站和一座控制中心（OCC）大樓，一期工程初期配車21列84輛(每列車四節車廂，遠期根據客流情況最多可以加掛8列車廂）。全線建成后，可形成最大單向3萬人次/小時的客運能力，年客運量可達2億人次，全線工程總投資43億元。
不同于一般的輕軌，重慶軌道交通2號線根據重慶山高坡陡道路曲折的地形特征采用了噪聲小、轉彎半徑小、爬坡能力強的高架跨座式單軌交通系統，亦是中國第一次引進的中運量膠輪輕軌系統，該系統轉彎半徑小，爬坡能力強，采用橡膠輪胎，車輛運行噪聲低，具有明顯的環保特性；獨特的高架軌道梁占用道路少，體積輕巧，透光性佳并可立體綠化。
面臨挑戰
軌道交通BAS（Building Automation System，環境與設備監控系統）是將現代科技的計算機及其網絡技術結合機電設備自動化控制原理，以專門的地鐵環境通風空調及防災處理等理論為基礎的自動化控制系統，負責對車站建筑物內的環境與空氣條件、通風、給排水、照明、乘客導向、自動扶梯及電梯、屏蔽門、防淹門等建筑設備和系統進行集中監視、控制和管理，一般可將其功能歸納為以下幾點：
(1)監控并協調地下各車站及OCC大樓通風空調設備、冷水系統設備的運行；
(2)監控并協調地下區間隧道通風系統設備的運行；
(3) 對車站機電設備故障進行報警，統計設備累積運行時間；
(4) 對地下環境參數（溫、濕度）及水系統運行參數（水流開關、壓力、溫度等）進行檢測、分析及報警；
(5) 接收輕軌防災報警系統（FAS）火災信息并觸發BAS系統的災害運行模式，控制環控設備按災害模式運行；
(6) 通過與信號ATS接口接收區間信息，控制相關環控設備執行相應命令；
(7) 緊急狀況下，可通過車站CRT控制環控設備執行相關命令；
(8) 監視地下各站及隧道區間給排水、屏蔽門等機電設備的運行狀態；
(9) 管理資料并定期打印報表；
(10) 與主時鐘接口，保證BAS系統時鐘同步。
(2)監控并協調地下區間隧道通風系統設備的運行；
(3) 對車站機電設備故障進行報警，統計設備累積運行時間；
(4) 對地下環境參數（溫、濕度）及水系統運行參數（水流開關、壓力、溫度等）進行檢測、分析及報警；
(5) 接收輕軌防災報警系統（FAS）火災信息并觸發BAS系統的災害運行模式，控制環控設備按災害模式運行；
(6) 通過與信號ATS接口接收區間信息，控制相關環控設備執行相應命令；
(7) 緊急狀況下，可通過車站CRT控制環控設備執行相關命令；
(8) 監視地下各站及隧道區間給排水、屏蔽門等機電設備的運行狀態；
(9) 管理資料并定期打印報表；
(10) 與主時鐘接口，保證BAS系統時鐘同步。
與通常意義上的樓宇自動化BAS不同，由于輕軌BAS所需的功能和其特定的應用環境限制, 用于輕軌BAS的控制器必須滿足以下要求：
(1)應為工業級控制設備,具有很強的環境(含電磁環境、物理環境、化學環境等)適應能力；
(2)中央處理器處理I/O點數多，處理速度快,支持多種工業級實時控制網絡,系統整體實時性強；
(3) 因輕軌BAS承擔一定的防災任務，所以BAS控制系統屬于安全系統，對可靠性要求極高, 需具備冗余配置；
(4)系統應用靈活,支持創造性設計思維,可以方便地構建復雜監控系統并實現復雜的控制功能。
綜上，BAS對于控制輕軌全線車站和區間的環控及其它機電設備安全、高效、協調的運行起著至關重要的作用，它不僅要確保車站及區間環境的良好舒適，產生最佳的節能效果，而且需要在遇到突發事件（如列車阻塞、火災）時指揮環控設備轉向特定模式，為軌道交通的乘車環境提供安全保證。
根據重慶輕軌2號線工程BAS系統的技術特點及性能、造價等多方面考慮，充分結合國外成功案例的成熟經驗，BAS最終選用了基于西門子公司S7-400和S7-300系列PLC及WinCC監控組態軟件的全集成控制系統。
方案配置
重慶輕軌2號線車站設備監控系統設置中央級、車站級和就地級三級對環控設備及其它機電設備進行監控。
重慶輕軌2號線車站設備監控系統設置中央級、車站級和就地級三級對環控設備及其它機電設備進行監控。
1.中央級
中央級監控系統是整個BAS系統的監控核心，除負責接收通信系統時間同步信號外，在OCC局域網中還連接有與ATS數據接口HLI以及模擬屏設備，并通過中央工作站（PC機）將數據傳輸到BAS以太網上，同其它車站級BAS系統進行數據交換。中央級局域網采用標準工業以太網協議，由工業以太網交換機，WinCC冗余數據庫服務器、工程師工作站、操作員工程站等構成。
2.車站級
車站級BAS系統主要負責本站機電設備的單點控制、執行中央級模式控制、編輯臨時時間表控制、顯示各種工作狀態與報警。出于承擔防災功能的考慮，系統在每個車站的兩端各配置了1套西門子具有冗余功能的S7-400 414H PLC作為車站級BAS系統的主控制器，每臺PLC下設若干ET200M遠程I/O站，它們與主控制器通過雙重化的PROFIBUS-DP現場總線網絡進行通信，構成了本系統的車站控制級。
車站級網絡以光纖為傳輸介質，把整個車站所有的PLC和WinCC連成一個封閉的環型結構，
3.就地級
就地級控制器的功能為對單臺機電設備(如屏蔽門、電扶梯、事故電源、排水泵等)進行就地控制，滿足設備的現場調試要求，并且通過車站控制網與車站主PLC通信，接收控制指令，對現場設備進行就地控制。就地級向車站級實時傳遞監控設備的狀態、執行車站級的控制命令，當車站級發生故障時能獨立地進行監控，使故障影響降至最低。就地級監控設備根據機電設備的設置情況就近配置，設于各設備機房之中。在本項目中，每個車站都單獨設置了若干個就地級的從控制器，考慮到造價與性能的平衡，PLC選用了西門子S7-300系列CPU 313C，它具有2M用戶程序存儲器并集成PROFIBUS-DP主/從接口和用于編程器上裝程序的多點MPI接口。
系統優勢
1.全集成自動化
全集成自動化（TIA）是由西門子自動化與驅動集團于1996年提出的先進自動化系統概念，意指用一種系統完成原來由多種系統搭配起來才能完成的所有功能，核心是對所有產品與系統的數據管理、配置及通訊功能的集成。應用TIA概念構建的解決方案采用標準化的網絡體系結構，統一的編程組態環境和統一的數據庫管理，集高度的集成統一性和前所未有的開放性于一身，可以極大地簡化系統的結構、減少接口部件并克服上位機和工業控制器之間、連續控制和邏輯控制之間、集中與分散之間的界限，從而使TIA為企業實現了橫向和縱向信息集成。這樣，用戶能快速完成過程的優化、擴展和調整，將生產中斷的可能性降到最低。這將大大提高其在工廠的可用性。
2.高可靠性
S7-414H系統中的主要元件均采用了先進成熟的雙重冗余結構設計，系統處于熱備狀態，能適應7天24小時不間斷工作，并能在網絡設備、網絡連接器、控制設備和通信線路同時發生單點故障情況下仍保持正常工作，最大限度的滿足用戶對可靠性的要求，大大提升了PLC控制的安全性能。所有設備的環境適應性也很強，可以在輕軌高溫、粉塵、強電磁和潮濕等惡劣條件下穩定工作。
3.方便維護與診斷
基于西門子全集成自動化技術，WinCC通過SIMATICS7協議集可以和SIMATICS7設備進行各種協議的通訊。WinCC在系統中承擔了數據采集與管理、故障報警、實時與歷史趨勢記錄及生成報表等工作。操作員通過工作站可詳細了解車站環境與設備運行情況，實現自動化控制。
WinCC組態軟件根據系統要求，實時顯示各設備的運行狀態，并具有良好的用戶界面。通過控制網絡與信息網絡的結合,可以建立統一的分布式數據庫,保證所有數據的完整性和互操作性;現場設備與信息網絡實時通信,使用戶通過信息網絡中標準的圖形界面隨時隨地了解現場情況;控制網絡和信息網絡的緊密集成也便于實現遠程監控、診斷和維護功能。
總結及展望
本控制系統自投入使用以來，一直運行良好，表現出很高的穩定性，由西門子公司提供的全集成自動化系統不僅以最先進的科技保障了乘客乘車安全、舒適，改善了傳統軌道交通的環境，并且使相關設備的運行能耗降至最低，體現了我國“節能減排”長期戰略發展規劃的內涵，符合當前建設節能型社會、和諧社會的需求，反映了我國軌道交通BAS系統發展的大勢所趨，具有良好的經濟效益與社會效益。
本文標簽：西門子全集成自動化解決方案在重慶輕軌2號線的應用
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