深圳北站机电设备监控系统

[摘要] 介绍了深圳北站的基本情况、机电设备监控系统的主要功能和特点，着重讨论系统的组成和结构，数据接口和通信协议的选择，组成系统的主要功能模块等内容，并指出深圳北站机电设备监控系统建设对于我国综合交通枢纽建设具有显著的指导意义。

[关键词] 机电设备监控系统 接口及协议 节能控制 场景控制

1 概述

深圳北站是深圳地区的铁路中心客运站，建筑总面积达18.2万m2。站房主体为大跨度异型钢结构设计，分地面站台层、高架夹层、高架候车层、商务预留层共四层。该站衔接武广深港客运专线、厦深铁路，并与地铁四号线、五号线、六号预留线、长途汽车站、公交场站、出租车场站以及社会车辆停车场接驳，形成具有口岸功能的特大型综合交通枢纽。

为了最大限度地满足旅客需求，提高铁路企业的服务水平，提高生产安全水平和现代化管理水平，实现节能降耗、减员增效的目标，深圳北站机电设备全部纳入统一的自动化监视和控制，建设统一的机电设备监控系统（BAS）。该BAS具有如下主要功能和特点：

1.1 受控对象种类多、规模大

BAS的主要监控对象包括车站群控系统、VRV数码涡旋空调室外机组、变配电系统、智能照明系统、电扶梯、柴油发电机组、EPS应急电源、太阳能光伏发电系统等；受控对象不但种类多，而且数量也非常大，监控点数总计超过10000个；需要纳入统一监控的各类弱电子系统或智能设备的接口几十个。

1.2 功能要求特殊

高速客专站房是人口流动非常密集的公共场所。不同于普通楼宇BAS更多强调满足环境智能调节的要求，客专站房机电设备监控系统更强调有利于安全行车管理、变化客流下的环境调节、灾害情况下的疏散导引、相关设备在各种情况下的有效运行，以及最大限度地实现节能增效。

1.3 相关系统众多

深圳北站涉及到的自动化信息系统较多，除了机电设备监控系统以外，还包括火灾自动报警系统（FAS）、车站客服系统、四电集成SCADA系统、地铁环境监控系统等。众多系统之间经常需要通过信息传递和共享，实现报警联动和综合调度，这也是深圳北站BAS的一个重要特点。

1.4 环境条件特殊

客专站房所处环境具有特殊性，首先它是一个半敞开式的公共建筑，人员聚集数量多，流动密度大，季节突发性强；其次由于动车采用高压（27.5kV）、非平衡（单相）电力牵引，机车负荷为冲击性负荷，电磁干扰比较严重。

2 系统结构

深圳北站BAS采用集中管理、分散控制的分层、分布式结构，由中央监控站、分站、传感器和执行机构及相关通信网络组成。其中，中央监控站位于站房控制室，是机电设备监控系统的调度指挥中心和管理中心，由中央监控软件、监控工作站、BAS服务器、大屏幕、计算机网络、打印机、UPS等组成。

分站具体负责现场设备的数据采集和控制。深圳北站的BAS分站有多种类型，包括网络控制器、DDC（Direct Digital Cotroller）、各种专用智能控制器及各监控子系统等。

传感器和执行机构主要指各种现场传感器、仪器仪表、执行机构等，它们负责机电设备运行状态的数据采集，包括模拟量、交流量、开关量、脉冲量、数字量等；接收分站和上级主站的命令，通过开关、阀门（执行器）、调节器等输出控制。

通信网络连接中央监控站和各分站，是数据上传下达的传输通道，通信网络的形式和结构决定了BAS的系统结构。

考虑深圳北站BAS规模大、点数多、可靠性要求高的实际情况，本系统采用光纤工业以太网和现场总线相结合的网络结构，干线通信采用光缆，现场通信采用现场总线。

系统结构如图1所示：

图1 深圳北站BAS系统结构

3 通信接口及协议

深圳北站的分站类型、数量都比较多，与中央监控站之间的通信接口及通信协议尤为重要，这是系统设计成败的关键因素。

3.1 接口

中央监控站与分站的接口主要采用以下几种形式：

3.1.1 以太网、现场总线混合结构

中央监控站与网络控制器之间经工业以太网连接，而网络控制器与各DDC之间经LonWorks现场总线连接，具有成本低、可靠性高的特点。

3.1.2 以太网协议转换器

许多机电设备如电扶梯、中央空调机组等配置专用控制器，低压变配电、照明系统则构成独立的监控子系统，这些分站的通信接口可以归纳为RS-232、RS-485、现场总线等几种形式，引入中央监控站时，可以加装匹配的以太网协议转换器，统一转换为以太网接口后，接入中央监控站。

3.2 通信协议

通信协议是数据交换的基础。深圳北站采用的通信协议有BACnet、ModBus、OPC等。

3.2.1 BACnet

BACnet 是 A Data Communication Protocol for Building Automation and Control Network的简称，是BAS领域唯一的ISO标准。它是一个完全开放的BA协议，独立于任何制造商，不需要专门芯片，不同厂家的产品可以相互通信，具有良好的互操作性，有利于系统的扩展和集成。

考虑到铁路行业的实际情况，深圳北站优先采用了BACnet协议。

3.2.2 ModBus

ModBus在工业自动化系统中应用广泛，许多机电设备的智能监控都采用该协议或其变种，因此，中央监控站需支持ModBus协议，并允许现场修改适应不同厂家的ModBus版本。

3.2.3 OPC

OPC全称是OLE for Process Control，是以OLE/COM机制作为应用程序的通讯标准。OPC是一种客户/服务器模式，具有语言无关性、代码重用性、易于集成性等优点，不管现场设备以何种形式存在，客户都以统一的方式去访问，从而保证软件对客户的透明性，使得不同厂家的产品可以相互通信。

4 主要功能模块

深圳北站BAS规模大、系统复杂，关键功能模块主要包括以下几部分：

4.1 中央空调节能控制

中央空调是大型站房的重要设备，也是耗电大户，中央空调实现节能控制具有重要的意义。常用的控制方法包括：

4.1.1 定流量控制

定流量控制的特征是空调系统的循环水量保持定值不变，当负荷变化时，通过改变供水或回水温度来匹配。定流量供水方式的优点是系统简单，不需要复杂的自控设备，缺点是系统运行效率低，节能效果稍差。但由于技术和设备成熟，实际工程中应用非常多。

4.1.2 变流量控制

变流量控制的原理是：当空调负荷发生变化时，通过变频、模糊控制等技术手段及时调节冷水机组、各水泵和冷却塔风机的运行工作参数，从而改变冷水机组工作状态、冷冻 （温）水和冷却水流量，改变冷却塔风机的风量，确保冷水机组始终工作在效率最佳状态，使供回水温度始终处于设定值，从而使主机始终处于高转换效率的最佳运行工况。

变流量控制的优点是技术先进，运行效率和节能效果都得到很大改善。目前，国内外主要空调设备供货商都提供相应的技术和配套产品。

4.2 照明场景控制

车站照明系统，包括站房照明、站台照明和泛光照明等几部分。车站照明采用智能化的场景控制。所谓场景控制，就是通过综合考虑和分析与车站照明密切相关的时间、区域、环境照度、客流量和列车到出站时间等因素，按照预设的控制策略，对照明进行动态智能化管理，控制照明灯具在不同情况下以不同状态工作，实现多样化的照明场景，从而在提高照明质量的同时获得最佳的节能效果。

具体控制策略包括：（1）就地手动控制；（2）远程遥控；（3）时间表自动控制；（4）基于光照度和客流量的环境参数辅助控制；（5）与客运信息系统接口，实现基于列车进出站、旅客上下车的站台照明和通道照明的联动控制。

4.3 低压变配电智能监控

深圳北站有多座低压变电所，每座变电所都采用低压变配电智能监控系统，系统由智能仪表、RTU、现场总线组成，完成以“遥信、遥测、遥控、遥调”为主的远动功能，并最终实现“无人值班、无人值守”的目标；各子系统通过集控器接入中央监控站，纳入BAS统一监控和管理。

5 结束语

深圳北站机电设备监控系统是一项非常复杂的系统工程，涉及到站房、电力、暖通、给排水等若个专业，监控内容、监控点数、各种智能接口非常多，系统的可靠性及功能要求也比较高。因此，系统的设计和实现遵循了开放性和标准化的基本原则，从全局着手，统一规划、统筹兼顾、分块分布实施，防止系统内部出现不匹配、不兼容的现象，防止出现信息孤岛，确保BAS能够顺利完成各种机电设备的监视、控制和管理功能，实现站房环境的动态调节，保证旅客具有安全、舒适的乘车环境，并在此基础上实现节能增效的目标。

深圳北站机电设备监控系统建设是一个典型的高速客专站房BAS项目，对铁路系统机电设备监控系统的实施作了许多有益的探索，对我国正在大规模开展的铁路站房、综合交通枢纽建设具有显著的借鉴和指导意义。

参考文献：

[1] 曲立东. 城市轨道交通环境与设备监控系统设计与应用[M]. 北京：电子工业出版社，2008.

[2] GB/T50314-2000, 智能建筑设计标准[S].

[3] 陶力军. 郑西高速铁路洛阳龙门站站房机电设备监控系统设计[J]. 中国铁路，2010(6):31-34.

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