摘要：可以说PLC控制器技术设计的地铁机电设备监控系统目前依然处于控制领域的先进水平，并已经在相当数量的地铁线路和车站规划中得到应用，取得了良好的应用效果，本文主要对地铁环境与设备监控系统（英文简称为EMCS/BAS）中PLC的相关应用提出了一定的分析与见解，仅供大家参考。
关键词：地铁；环境与设备监控；BAS；PLC；应用
引言
现代设备的远程监控与诊断是计算机网络技术、电子技术与故障诊断技术相结合的一种新型的故障诊断方式。随着信息技术的不断发展，设备远程监控与诊断的研究与应用正在全球兴起。
1.关于地铁机电设备的总体控制方案
PLC技术的中文全称为可编程逻辑控制器，是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。其结构同微型计算机十分相似，主要包括电源、中央处理器、存储器、iI/oO设备、功能模块、通信模块等。目前，PLC技术在地铁机电设备监控系统的设计中得到广泛应用，大大提高了地铁运行的安全性和稳定性。
一般来讲，如下图1典型地下站BAS系统设备连接示意图，地铁车站环境与设备监控系统的主要监控范围包括隧道通风系统设备、车站通风空调大系统、通风空调小系统、空调水系统设备、给排水设备、自动扶梯、电梯、乘客导向系统、照明系统、事故电源、区间给排水等设备的运行状态和系统参数以及车站公共区和设备房环境温湿度的参数等。以通风空调系统为例，BAS系统需要对组成该系统的各种类型的风机、风阀、传感器、冷水机组、水泵、二通阀等进行监控，确保各项设备处于正常运行状态，避免通风不畅给地铁运行以及乘客健康造成损害。以给排水系统为例，BAS系统主要对废水泵、雨水泵、区问排水泵的工作情况进行监督，避免地铁车站内部留存有较多的积水。同时，在发生火灾的情况下，BAS通过与FAS的通信接口接受下达的火灾指令，并按照相应的火灾模式控制现场设备动作，达到消防排烟功能。
2.地铁BAS系统的主要构成
2.1下位机PLC控制器
PLC可编程逻辑控制器适用于地铁特殊的工作环境，其强大的性能和较高的可靠性能够满足地铁安全运行的需求，同时与一般的计算机控制系统相比，也具有更加明显的经济方面的优势。其具体的特点表现在以下几个方面：①可靠的硬件系统。PLC的设计人员在设计之初就将其定义为在工业等恶劣环境下可以使用的计算机，因此在硬件的选择方面，PLC系统充分考虑了可能面对的电磁干扰、振动、潮湿、扬尘等不良情况。②编程简单，操作简单易行。PLC使用的语言为梯形图语言，这种语言同控制人员常见的控制电路图存在很多共性，因此他们很容易上手操作，也能够根据实际情况对程序进行修改。③网络连接功能。PLC往往具备连接以太网的接口，在通信模块的帮助下能够同其他PLC控制器进行信息交流，从而提高了网络构建的灵活性以及信息传递的可靠性。④强大的功能。PLC除了简单的计时、计数功能外，还能够实现多种高级的运算功能以及PID调节。因此，基于PLC的地铁BAS系统具有更加强大的功能，在事故报警、消防联动控制等方面要明显优于其他模式的机电监控系统。
2.2现场设备与PLC控制器的信息交流方式
监控系统功能的实现离不开数据交换，目前，现场设备与PLC之间的数据交换方式主要有以下几种：①硬线远程I/0方式。该方式需要借助于现场设备及PLC控制器中的I/0模块，并通过控制器中的模拟量和数字量的输入/输出模块进行一对一的数据传输。该方法的数据传输原理较为简单，但是由于接线工作量大，容易造成混乱，同时电缆的长度有限制，因此只对一些小设备进行硬线连接进行数据采集。②协议开放通信方式。现场设备自带总线通讯口，借助协议开放的现场总线同PLC中的通信模块进行连接，从而实现数据的传输。地铁机电设备监控系统中的冷水机组、变频器通常采用这种类型的通信方式，他能够有效减少PLC输入输出模块的数量，接线方式也较为简单，但是由于对现场设备通信接口的智能化要求较高，PLC的编程工作也较为繁重，要求工作人员需要具备扎实的计算机功底，以做好检修和故障排除工作。
2.3上位监控计算机
上位监控计算机设计的主要工作是借助于组态软件构建具有强大功能的人机界面。其中组态软件是一种面向监控和数据采集的软件设计平台，能够为地铁BAS系统的人机交互平台的设计提供多种解决方案。具体来讲，组态软件可以实现的功能包括建立实时数据库、产生报警信号、生成报表、生成逻辑控制指令等等。其中，建立实时数据库是核心也是系统其他功能实现的基础。它是数据库发展的重要分支，不仅具有数据存储功能，同时也结合了一部分数据处理功能，实施数据库的存在为PLC系统开发实时控制系统提供了可能，对于系统的先进控制和优化控制有很大帮助。
2.4数据处理流程
在基于PLC的地铁BAS系统中，数据流动的途径有两条，其中现场采集的信号将通过现场设备和下位机PLC控制器的通信协议，借助远程I/0或现场总线传递到PLC控制器中，随后下位机的PLC控制器通过I/0驱动将数据传递到上位机实时数据库中，在数据库中的数据一方面通过计算做报警检查与处理，另一方面作为历史数据储存起来，以便后续同其他数据对比做趋势比较等分析，为后期的运行维护和管理提供基础数据。随后，上位机根据上传的数据计算控制信号或地铁运营人员通过ISCS的界面发布远程控制命令，这些控制命令将通过远程I/0设备或者现场总线传送到现场设备，对设备进行操作控制，实现机电监控设备的远程管理。
3.展望
远程监控和故障诊断综合了检测技术、计算机技术、网络技术和诊断理论，它的进步与这些技术的发展关系密切。以作者的拙见提出以下几点展望：
3.1采用基于网络的技术
采用基于网络技术实现对系统资源的管理和应用，是一个主要的展方向，随着Microsoft公司的Visual•studio. NET的发布，为人们提供了一种全新的开发平台，如果将该技术应用于网络远程监控系统，则计算机网络资源的管理，如加工文件的传输，系统资源的浏览等，就和在网上浏览资源一样方便。
3.2远程故障诊断
本系统的故障诊断功能不仅限于简单的故障类型，如继电器故障、机械故障等。还能对复杂故障进行详细的分析，比如对于通信故障，有可能是服务端应用程序或客户端应用程序造成的，也有可能是网络硬件连接故障引起的，这些都能通过程序去判断，而且故障信号能够通过网络进行传输，工作现场的信号经信号采集系统采集后能及时传送到远程故障诊断中心进行分析并通过网络作出及时的响应。
3.3将数据库技术和人工智能技术应用于监控系统
网络化制造必须具有强大的数据库支持，与此同时，在线故障诊断技术的应用也必须有功能齐全的专家系统的支持，将人工智能技术应用于网络远程监控系统，将会极大的提高系统的故障诊断响应速度。
3.4虚拟现实技术的应用
利用虚拟现实技术能够形象生动地表示系统的状态，虚拟现实的最大特征是沉浸性和交互性，它以仿真的方式创造一个反映实体对象实时变化与相互作用的声像俱全的三维世界，并可以直接参与和探索仿真对象在所处环境中的作用和变化。
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论文作者:陈选青
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/23
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