地鐵中自控系統(tǒng)涉及范圍非常廣范,僅涉及自動(dòng)控制的領(lǐng)域就多達(dá)十幾個(gè)，在這些領(lǐng)域中，自控系統(tǒng)所處的位置各不相同，有的作為固定產(chǎn)品出現(xiàn)在系統(tǒng)中;有的控制工藝非常成熟穩(wěn)定，不必根據(jù)具體項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)整和重新開發(fā);有的有明確的國家標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)約束，無法進(jìn)行靈活改變;也有的系統(tǒng)比較新，沒有非常完整詳細(xì)的規(guī)定和工藝，系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)也比較靈活，這時(shí)就需要系統(tǒng)集成單位進(jìn)行比較多的工程配合，設(shè)計(jì)，開發(fā)，調(diào)試工作，比如說設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)就是這樣一個(gè)系統(tǒng)。
地鐵中設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)一般為10000~30000，其中開關(guān)量信號(hào)約占90%，模擬量信號(hào)為10%。系統(tǒng)接口數(shù)量非常多而且復(fù)雜，一個(gè)一般意義的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)涉及的對(duì)外接口的數(shù)量就多達(dá)二十個(gè)以上，而且工程配合時(shí)需要與不同的設(shè)備廠家進(jìn)行技術(shù)配合工作。作為領(lǐng)先的自動(dòng)化產(chǎn)品的供應(yīng)商。施耐德電氣公司的自動(dòng)化產(chǎn)品具有接口方案靈活多樣，兼容性強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)方案結(jié)構(gòu)靈活等特點(diǎn)能夠滿足用戶不同的要求。具體方案介紹如下：
系統(tǒng)是典型的分層分散計(jì)算機(jī)工業(yè)控制系統(tǒng)。
通訊主干數(shù)據(jù)總線使用實(shí)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的100M以太網(wǎng)，安全、可靠、開放性好。所使用的操作系統(tǒng)為 WINDOWS 2000系統(tǒng)，是目前世界最通用的系統(tǒng)環(huán)境之一，界面友好，有廣泛的用戶基礎(chǔ)。軟件與硬件的兼容性好，使用，培訓(xùn)方便，系統(tǒng)的易用性最佳。
系統(tǒng)充分采用當(dāng)今最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和市場(chǎng)通用產(chǎn)品，使技術(shù)和產(chǎn)品可以隨著今后計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，能夠最好的對(duì)新產(chǎn)品兼容，徹底解決了用戶的擔(dān)憂。
車站控制網(wǎng)分為2層，上層為100兆光纖工業(yè)以太網(wǎng)modbus TCP/IP雙環(huán)網(wǎng)，下層MB+控制總線。主控制器之間采用100兆光纖冗余網(wǎng)連接。遠(yuǎn)程子控制器與主控制器之間采用MB+連接。
與車站EMCS主干網(wǎng)連接的外部系統(tǒng)是車站主控系統(tǒng)的FEP、車站IBP盤和FAS系統(tǒng)，內(nèi)部系統(tǒng)是車站 A端的ECS系統(tǒng)、車站B端的ECS系統(tǒng)、維修工作站、BS系統(tǒng)和PIDS系統(tǒng)。
EMCS的控制層是MCS，二者的連接是通過FEP前置處理器連接的，PLC組成的以太網(wǎng)可以直接與主控系統(tǒng)通信，而不需要經(jīng)過規(guī)約的二次轉(zhuǎn)換。該方案已經(jīng)成功應(yīng)用于廣州地鐵三號(hào)線。
由于地鐵車站內(nèi)設(shè)備分散，控制設(shè)備范圍廣，通訊信息量大，因而要求控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)開放、支持遠(yuǎn)距離通訊，網(wǎng)絡(luò)可靠性高，同時(shí)必須要求網(wǎng)絡(luò)通訊帶寬高。
上海地鐵六號(hào)線設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng) 采用了施耐德電氣公司高性能的Quantum系列和Premium系列產(chǎn)品共同構(gòu)建了光纖環(huán)網(wǎng)的車站級(jí)控制系統(tǒng)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)為 100兆光纖工業(yè)以太網(wǎng)modbus TCP/IP環(huán)網(wǎng)。通過管理型交換機(jī)構(gòu)成自愈式光纖環(huán)網(wǎng)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速網(wǎng)絡(luò)自愈功能。整體方案采用的是目前世界最先進(jìn)的透明就緒的解決方案。
透明就緒
透明就緒的定義：使用開放的、基于ModbusTCP、因特網(wǎng)技術(shù)與Web技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)，完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、控制設(shè)備與管理系統(tǒng)的無縫集成，使用戶可以從任何地方訪問所需的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
方案策略
1998年施耐德公司推出了新一代基于TCP/IP以太網(wǎng)的Modbus TCP，目的是滿足用戶和市場(chǎng)的進(jìn)一步要求。 ModbusTCP是第一家采用TCP/IP以太網(wǎng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，也是至今唯一獲得IANA賦予TCP(TCP502 號(hào))端口的自動(dòng)化通訊協(xié)議。
Modbus TCP的應(yīng)用層是采用Modbus協(xié)議，簡單高效;傳輸層使用TCP協(xié)議，并使用TCP502號(hào)端口，用戶使用方便，連接可靠;網(wǎng)絡(luò)層采用IP協(xié)議，因?yàn)橐蛱鼐W(wǎng)就使用這個(gè)協(xié)議尋址，故ModbusTCP不但可以在局域網(wǎng)使用，還可以在城域網(wǎng)和國際互聯(lián)網(wǎng)上使用。
目前的ModbusTCP以太網(wǎng)的速度為10M/100M位/秒，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸能力。除此之外，施耐德的TCP/IP以太網(wǎng)還為用戶提供了更多的服務(wù)：I/O 掃描、全局?jǐn)?shù)據(jù)、故障設(shè)備替換、網(wǎng)絡(luò)管理、電子郵件報(bào)警、時(shí)鐘同步等功能，為用戶帶來更多的附加值。
快速生成樹協(xié)議
上海地鐵八號(hào)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)使用的是快速生成樹協(xié)議，通過增加多重VLAN功能并消除生成樹算法部分遺留問題進(jìn)而提高了網(wǎng)絡(luò)性能?？焖偕蓸鋮f(xié)議是從生成樹協(xié)議發(fā)展而來，具備生成樹的所有功能;同時(shí)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，可以盡可能快的恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)的連通性，特點(diǎn)如下：
● 通過阻斷冗余鏈路來消除橋接網(wǎng)絡(luò)中可能存在的路徑回環(huán)
● 當(dāng)前活動(dòng)路徑發(fā)生故障時(shí)激活冗余備份鏈路恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)連通性
● 發(fā)現(xiàn)拓?fù)涓淖兊交謴?fù)連通性的時(shí)間可達(dá)數(shù)毫秒，并且無需傳遞配置消息
● 網(wǎng)絡(luò)連通性可以在交換兩個(gè)配置消息的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)
● 邊緣端口的狀態(tài)變化不影響網(wǎng)絡(luò)連通性，也不會(huì)造成回路，所以進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)無需延時(shí)
通過這種先進(jìn)的協(xié)議能夠保證通信鏈路持續(xù)暢通。這種自愈型環(huán)網(wǎng)極大的提高了通信的可靠性。
總之，通過施耐德透明就緒的體系結(jié)構(gòu)，既保證了整體方案的安全可靠，同時(shí)又實(shí)現(xiàn)了“單一網(wǎng)絡(luò)，多種服務(wù)”的功能，用戶完全可以按照自己的需要，選擇和實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，真正做到自主地開發(fā)自己的系統(tǒng)，最終降低整個(gè)系統(tǒng)的建立、安裝、調(diào)試和維護(hù)的成本。
該方案在上海地鐵的項(xiàng)目中得到了應(yīng)用。
根據(jù)用戶的要求，施耐德電氣的工程師與系統(tǒng)集成商和利時(shí)公司的專家共同設(shè)計(jì)了這樣一套完整而有效的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)整體解決方案?，F(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制網(wǎng)采用工業(yè)控制網(wǎng)，保證系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)降低通訊成本。
北京地鐵十號(hào)線 具有如下特點(diǎn)：
● BAS 車站級(jí)不單獨(dú)組建BAS 局域網(wǎng)
● BAS系統(tǒng)主要由PLC、RI/O、通信接口轉(zhuǎn)換裝置等設(shè)備組成。傳感器等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過RI/O或通信接口轉(zhuǎn)換設(shè)備接入BAS系統(tǒng)
● 現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制網(wǎng)采用冗余網(wǎng)絡(luò)，在車站的A、B 兩端環(huán)控電控室各設(shè)置一套熱備冗余PLC裝置
● 車站冷凍站電控室、區(qū)間軸流風(fēng)機(jī)配電室、車站綜合控制室IBP 盤處設(shè)置PLC單元
● RI/O 為非冗余配置，主要設(shè)置在環(huán)控電控室、照明配電室、暖通空調(diào)機(jī)房、冷凍站電控室、水泵房等房間內(nèi)
● 在車站的A、B 兩端環(huán)控電控室、冷凍站電控室、區(qū)間軸流風(fēng)機(jī)配電室處設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)操作平臺(tái)
● BAS 區(qū)間設(shè)備以光纖連接方式接入現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)。A、B 兩端PLC 之間以光纖連接方式連接
● 單一網(wǎng)絡(luò)能提供多個(gè)站點(diǎn)的連接能力，并能根據(jù)應(yīng)用需要，支持靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的通訊橋接、隔離和數(shù)據(jù)交換
● 總線傳輸速率為1Mbps
● 除第三方系統(tǒng)通信接口外，現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制網(wǎng)內(nèi)部采用統(tǒng)一的Modbus Plus通信協(xié)議
● 現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制網(wǎng)符合國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158
● 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳遞，不需通過編程即可實(shí)現(xiàn)，其數(shù)據(jù)傳遞時(shí)間可根據(jù)需要預(yù)先指定
● 系統(tǒng)采用的是由純粹的現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成的，現(xiàn)場(chǎng)總線是90年代初期興起的一種先進(jìn)工業(yè)控制技術(shù)。具有如下特點(diǎn)：
○ 是一種全數(shù)字化、全分散式、全開放、可互操作和開放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的新一代控制系統(tǒng)
○ 是計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)和控制技術(shù)的綜合與集成;它將通信線一直延伸到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 ○ 將傳統(tǒng)的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變成兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)“工作站-現(xiàn)場(chǎng)總線-現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備”，降低了成本，提高了可靠性，實(shí)現(xiàn)了控制管理一體化的結(jié)構(gòu)體系
○ 依靠具有檢測(cè)、控制、通信能力的微處理芯片，數(shù)字化設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)徹底分散控制，并以這些現(xiàn)場(chǎng)分散的測(cè)控設(shè)備單個(gè)點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，將這些點(diǎn)以總線形式連接起來，形成一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)
○ 屬于最底層的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)
○ 一般采用令牌傳遞總線訪問方式(TOKEN BUS)既可達(dá)到通信快速的目的，又可以有較高的性價(jià)比
○ 硬件經(jīng)過嚴(yán)格挑選，采用專用芯片(ASIC)和表面安裝技術(shù)(SMT)
○ 有多級(jí)安全措施，采用容錯(cuò)技術(shù)與冗余技術(shù)
該方案為北京地鐵的用戶所采用。
（轉(zhuǎn)載）
