成都地铁2号线BAS设计与实施概述

陈 佳，胡 阳

（深圳达实智能股份有限公司，广东深圳 518057）

1 概述

成都市属亚热带湿润季风气候区，气候温和、四季分明、无霜期长、雨量充沛、日照较少。多年年平均气温为16.2℃，年极端最高气温为37.3℃，年极端最低气温为-5.9℃。夏季大气压：947.7 hPa；冬季大气压：963.2 hPa；海拔：505.9 m；夏季室外空调计算干球温度：31.6℃；夏季室外湿球温度：26.7℃；夏季室外通风温度：29℃；夏季室外计算相对湿度：69%；夏季室外平均风速：1.3 m/s。

2 BAS结构设计

成都地铁2号线一期环境与设备监控系统（BAS）包括2号线20个车站、车辆段与综合基地，BAS网络采用分层分布式现场总线（Control⁃Net）结构，由PLC控制设备、现场传感器和维护终端等组成。监控的对象包括车站通风空调系统设备、给排水设备、自动扶梯、照明设备、导向标志和车站事故照明电源等设备[1-2]。

BAS系统根据控制地点不同，分为现场控制、车站控制和中心控制。由车站实现各系统功能基础上，分配权限给中心，中心具有集中管理的权限。控制优先级由高到低分别为：现场控制—车站控制—中心控制。

按照车站的特点，车站BAS底层系统分别设置两套对等冗余的监控子系统，即车站A端BAS监控子系统，车站B端BAS监控子系统。以书房站为例，A、B两端及IBP各设置两套小型工业以太网交换机组成BAS底层冗余工业以太环网，如图1所示。

每端BAS的PLC程序独立接收上位下发命令，经过逻辑处理后，发送逻辑结果给相关设备和接口，执行相应设备动作，并将监测到的执行状态反馈给上位系统。

3 BAS模式控制

成都地铁2号线BAS模式控制主要有以下三种类型[2]：

图1 车站BAS网络结构图

（1）手动控制：可点击界面设备对任一设备进行如启停、开关等动作响应。

（2）模式控制：可分为正常模式控制、时间表控制、焓值控制、火灾模式控制。

1）正常模式控制：进入模式控制状态后，可对BAS系统根据需要下发相应模式号。只有具备操作权限的人才可以执行模式下发。

2）时间表控制：在界面菜单选者时间表控制选项，系统将依照定制的时间表模式内容，根据系统实际时间执行相关模式（注：站里时间与OCC中心时间时刻处于同步状态）。

3）焓值控制：分大、小系统焓值控制。

4）大系统焓值：对新风温湿度、回风温湿度和站里温湿度加权平均计算和获得焓值数据，根据计算结果起动相应模式。

5）小系统焓值：以有人作业区的温湿度加权数据为主要依据计算相应焓值，根据计算结果起动相应模式。

6）火灾模式控制，根据响应的信号源不同，分IBP盘火灾、FAS火灾、BAS系统上位火灾，在火灾响应权根上：IBP盘火灾>FAS火灾>BAS系统上位火灾。

（3）火灾模式：依据空调设计模式操作表执行相应动作。

1）IBP盘火灾：当IBP本地/远程开关处于本地状态时，IBP具有发火灾命令权限，且为最高级别。

2）FAS火灾：根所火灾产生源的不同，BAS系统将响应其要求联动的相关动作。FAS系统由手自动选择，但处于自动状态时BAS系统才响应其火灾命令。

4 BAS与子系统接口

成都地铁2号线BAS与其接口的子系统主要包括MCC、冷水系统（含冰蓄冷）和给排水系统等。

（1）MCC：BAS系统提供适应MCC表格的标准化程序，全线程序结构一致，同种设备控制类型一致，通讯接口方式实现一致。在控制方式上，设备单控采用脉冲命令值，即上位产生的单设备控制脉冲在BAS系统将最长存在2 s的时间，当监测到MCC接收命令响应时立即中止，实测BAS的PLC程序与MCC通讯完成时间为小于等于300 ms。模式控制上，采用持续发送模式命令，直到进入指定的模式为终止，在执行过程中可以采用撤销模式命令进行模式撤销操作。

（2）冷水系统：冷水系统（含冰蓄冷）提供了Modbus标准化接口，且具有相同的监控内容，在程序上也以标准化逻辑和点表实现，对冷水提供动一键启停操作和时间段控制设定，同时设有火灾和联动接口。

（3）给排水系统：对水位只监不控，设备在自动状态时，可强启水泵，在程序实现上采用标准化逻辑，以设备标识位，区分给排水厂家所提供的B、C、D、E、F类水泵。

（4）其余系统如EPS、智能照明、广告照明、二四类导向、电扶梯、区间电动蝶阀、疏散指示、自动扶梯导向、闸机导向在实现功能上与上述系统相似，采用Modbus标准化接口，都设有火灾和联动接口。

BAS控制系统针对各系统设备控制都做了余量预留，若要新增设备，如MCC，PLC程序可不做任何改动，在上位增加相应的设备即可实现控制。其他如果为硬点连接，则在程序里对新增加设备进行硬点连接，逻辑控制程序可不做修改，上位系统增加新设备即可完成。

5 BAS智能控制策略

（1）车站空调大小系统

图2 车站空调大系统原理图

图3 车站空调大系统原理图

成都地铁2号线车站（以书房站为例）按建筑结构主要分为A、B两端，每端均设置组合式空调、回排风机，独立负责各自一侧的环境温度调节。在新风管、混风室、空调表冷器、送风管、回风管以及站厅站台等位置设置温湿度传感器，获取相应温度及湿度值；在站厅和站台有独立的送排风支管道。车站公共区通风空调系统简称为车站大系统，其正常工况分为空调季节最小新风工况、空调季节全新风工况、非空调季节通风工况、夜间运行工况、早夜换气工况及突发客流工况等[3]。空调大系统原理如图2所示。

车站非公共区设备用房通风空调系统简称为车站小系统，其正常工况分为空调季节最小新风工况、空调季节全新风工况、非空调季节通风工况。空调小系统原理如图3所示。

（2）大系统变风量调节

车站大系统的组合空调KT-I1和KT-II1、回排风机HPF-I1和HPF-II1均采用变频控制，其调节的房间是站厅和站台。使用变频器后，风机可软起软停、减少设备机械冲击、延长设备使用寿命和降低设备的维修费用。对风机采用变频变风量运行控制，以车站温度作为变风量控制目标。由现场控制器根据实际温度与设定温度的差异，决定风量调节的方向及幅度，由变频器执行，风机变频调速，实现变风量运行[3]。

由于采用变风量控制，为了减小运行能耗，应尽量避免过多地对变风量调节风阀的调节。各风阀只在空调模式变化时进行经验值的开度百分比控制，而不进行频繁的开度调节。

（3）大小系统PID调节

由于成都地铁2号线BAS中冷水系统不需要BAS进行智能调节，所以其控制对象只要是空调变频及冷水电动二通调节阀。大小系统空调通风采用PID智能调节，在正常模式、时间表控制和焓值控制状态下PID调节可同时启用。电动二通阀只有在新风状态下的起调节作用，其PID采用定时调节，设定误差大于空调风机频率的设定误差[4]。

针对电动二通水阀的机械调节特性，大系统、小系统的主要调节方式如下。

（1）大系统的PID调节采用先空调风机变频，再调节电动二通阀开度的控制顺序，待调节稳定后，再由变频控制维持温度，以避免对二通阀执行机构频繁调节缩短使用寿命。大系统的电动二通阀属于模拟量控制类型，具备调节特性。

（2）小系统的PID调节主要针对电动二通阀的开度进行调节，从而实现对空调给冷量的调节。待调节稳定后，设定一段等待时间后再进行下一次调节，以避免对二通阀执行机构频繁调节缩短使用寿命。小系统的电动二通阀属于开关量控制类型，不具备调节特性，但通过现场测试发现此电动二通阀具备以下特性：

1）开控制命令下发则阀门执行开动作至全开到位（开命令需保持）；

2）关控制命令下发则阀门执行关动作至全关到位（关命令需保持）；

3）开控制命令和关控制命令都不下发时，阀门维持在当前位置；

图4 小系统电动二通阀PID控制逻辑图

4）小系统电动二通阀的全行程（全关到全开/全开到全关）时间大约为120 s。

从以上特性分析，可以通过控制阀门开或关的行程时间，实现阀门开度的间接控制。故小系统水阀的调节原理实际如下。

BAS系统PLC根据小系统环境加权温度进行PID运算，计算出当前小系统水阀的开度需求值（OV），BAS系统PLC根据开度需求值（OV）控制阀门开命令或关命令的时间值Ta，从而使水阀达到相应的开启角度。由于水阀本身允许存在2%～5%的误差，故时间值与开度量可近似看成线性比例关系。而每个小系统水阀的全行程时间根据口径大小而不相同，在程序编制时将各口径水阀的行程时间（Ts）固定预置后，再参与计算。小系统电动二通阀PID控制程序逻辑结构如图4所示。

6 总结

成都地铁2号线的BAS设计充分考虑了环境和气候因素，BAS与其他子系统的接口遵循标准的MODBUS技术规范。在BAS的实施过程中，设计者以安全、舒适及节能为目的，取得了很好的工程效果。

［1］曲立东.地铁车站BAS的结构设计［J］.都市快轨交通，2007（01）：83-85.

［2］蒋晓明，谭春林.地铁中央空调节能控制［J］.机电工程技术，2013（7）：30-33，150.

［3］杨飞.地铁环境与设备监控系统的设计［D］.合肥：合肥工业大学，2012.

［4］邓元媛，苏华.地铁站变风量空调冬季工况节能研究［J］.四川建筑科学研究，2011（02）：265-268.

［5］徐军.基于模糊PID的地铁环控系统的设计［D］.合肥：安徽理工大学，2013.