1 方案背景與目標

城市軌道交通的建設及運營(yíng)能有效促進(jìn)多個(gè)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，也能極大促進(jìn)城市現代化發(fā)展、提升沿途土地價(jià)值、拓展城市發(fā)展空間、提升人民交通便利性和幸福感。在經(jīng)濟“內循環(huán)”和“新基建”要求下，城際高速鐵路、城市軌道交通也屬于“新基建”的重要組成部分，城際+城市軌道交通網(wǎng)絡(luò )的形成，可以進(jìn)一步增強城市的集聚和輻射效應，使軌道交通網(wǎng)內的客流、物流、資金流、信息流等資源和服務(wù)在城市各區域乃至城市群之間形成快速流通，大大改變了人民的生活、消費習慣，對城市（群）的發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。然而軌道交通的核心監控系統（BAS系統），長(cháng)期被國外廠(chǎng)家壟斷，存在嚴重的“卡脖子”問(wèn)題和網(wǎng)絡(luò )安全風(fēng)險，因此市政大型基建項目核心控制系統國產(chǎn)化，勢在必行。

近年來(lái)，BAS系統的國產(chǎn)化趨勢愈發(fā)明顯，在多個(gè)城市的軌道交通BAS招標中已明確要求，國產(chǎn)化率要求達到如下指標：綜合監控系統70%，火災自動(dòng)報警系統80%，環(huán)境與設備監控系統70%，門(mén)禁系統70%，氣體滅火系統達到78%。同時(shí)發(fā)改委也先后發(fā)布了《關(guān)于城市軌道交通設備國產(chǎn)化實(shí)施意見(jiàn)》、《城市軌道交通設備國產(chǎn)化實(shí)施方案》、《關(guān)于加快城市軌道交通設備制造業(yè)發(fā)展的若干意見(jiàn)》等指導性文件為軌道交通國產(chǎn)化建設指明了方向。

2 方案詳細介紹

BAS采用兩級管理、三級控制的總體架構，即控制中心、車(chē)站（車(chē)輛段、停車(chē)場(chǎng)）兩級管理，控制中心、車(chē)站（車(chē)輛段、停車(chē)場(chǎng)）、現場(chǎng)三級控制模式。

BAS在車(chē)站級集成于綜合監控系統，中央級、車(chē)站級的功能由綜合監控系統實(shí)現。

BAS具體由設置在車(chē)站環(huán)控電控室、綜合監控設備室和車(chē)站控制室的BAS設備，車(chē)輛段的BAS設備，停車(chē)場(chǎng)的BAS設備以及其它現場(chǎng)的BAS設備等組成。

中控地鐵BAS系統整體網(wǎng)絡(luò )架構如下圖所示：

中控地鐵BAS系統整體網(wǎng)絡(luò )架構

車(chē)站設置兩組冗余的G5Pro PLC，分別設置在車(chē)站兩端的環(huán)控電控室內，以靠近車(chē)站控制室端(A端)的PLC為主控制器，另外一端（B端）的PLC為從控制器，兩端PLC通過(guò)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)相連，將各類(lèi)RI/O、具有智能通信口的現場(chǎng)設備等設備統一接入，分別對車(chē)站兩端的機電設備（車(chē)站和區間的通風(fēng)空調、照明、導向標識、自動(dòng)扶梯、電梯、人防門(mén)（防淹門(mén)）及給排水等各類(lèi)系統）進(jìn)行監控管理。車(chē)站BAS配置專(zhuān)用的COM5004RTU通訊模塊與車(chē)站FAS連接實(shí)現與FAS通訊，火災模式下，FAS向BAS下發(fā)火災模式指令，BAS控制器將按預定工況轉入災害模式下并啟動(dòng)相關(guān)設備。在車(chē)站控制室設有由綜合
監控系統統一設置的綜合后備盤(pán)（IBP），作為災害模式下緊急后備控制，BAS系統在IBP盤(pán)內設置冗余G5Pro PLC一套。

BAS現場(chǎng)級監控系統主要包括冗余配置的GCU5001-S控制器作為BAS冗余控制器，現場(chǎng)級監控設備根據機電設備的設置情況配置，一般在通風(fēng)空調電控室、照明配電室、通風(fēng)空調機房、冷水機房、水泵房、自動(dòng)扶梯等附近設就地控制柜（箱），配置G5Pro系列遠程智能輸入輸出模塊（RI/O）等通過(guò)網(wǎng)絡(luò )與冗余GCU5001-S控制器通訊。

地下車(chē)站主PLC控制器設置兩個(gè)冗余的EtherNet/IP以太網(wǎng)通信接口（冗余的COM5002TCP模塊），與綜合監控系統冗余交換機實(shí)施通信；車(chē)站兩端GCU5001-S PLC控制器采用以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)進(jìn)行通信（采用光纖介質(zhì)）；GCU5001-S PLC控制器與G5Pro系列遠程I/O、變頻器、智能低壓等采用環(huán)網(wǎng)連接，GCU5001-S PLC控制器及G5Pro遠程I/O與具備通信接口的現場(chǎng)設備用RS485單總線(xiàn)或點(diǎn)對點(diǎn)實(shí)施監控，GCU5001-S PLC控制器及G5Pro遠程I/O與采用硬線(xiàn)接口的DI，DO，AI，AO設備用點(diǎn)對點(diǎn)的方式；BAS冗余GCU5001-S PLC控制器通過(guò)RS485總線(xiàn)與FAS相連；IBP盤(pán)GCU5001-S PLC通過(guò)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)與主從GCU5001-S PLC控制器相連。 

3 代表性及推廣價(jià)值

本解決方案通過(guò)整體的技術(shù)提升，逐步改變細分行業(yè)典型用戶(hù)對自主可控PLC的固有觀(guān)念和應用習慣，破解自主可控PLC推廣應用難題，在軌道交通等重點(diǎn)領(lǐng)域及國家關(guān)鍵基礎設施打破國外產(chǎn)品壟斷，形成規?；瘧?，解決工業(yè)控制領(lǐng)域關(guān)鍵卡脖子技術(shù)，形成自主可控的PLC產(chǎn)品譜系和防御體系，為國家高端制造業(yè)提供完備的自主工控產(chǎn)品，全面保障關(guān)系國計民生的關(guān)鍵行業(yè)和基礎設施正常、穩定運行。同時(shí)，形成上下游產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)動(dòng)，建立中國自主智能控制生態(tài)圈，帶動(dòng)芯片、操作系統等產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展，為國內制造業(yè)轉型升級和高質(zhì)量發(fā)展提供技術(shù)保障。

此解決方案標志著(zhù)自主品牌控制系統在軌道交通行業(yè)可全面替代進(jìn)口產(chǎn)品，在功能上和性能上均滿(mǎn)足軌交BAS系統行業(yè)應用需求，同時(shí)具有以下推廣價(jià)值：

降低投資成本：相比既有線(xiàn)路進(jìn)口品牌PLC，在自主化國產(chǎn)PLC的應用替代后，單站BAS系統的投資成本可降低至原來(lái)的70%；

提升國產(chǎn)化率：BAS系統作為軌道交通行業(yè)中重要的關(guān)鍵系統，其國產(chǎn)化需求越來(lái)越強烈，目前發(fā)改委已相繼出臺了多份對于軌道交通國產(chǎn)化需求的文件，通過(guò)BAS系統的國產(chǎn)化落地應用，大大的提升了關(guān)鍵設備核心系統的國產(chǎn)化率，對項目整體的國產(chǎn)化率提升具有重要意義。

解決卡脖子問(wèn)題：在國外疫情嚴重、芯片短缺等多種不確定因素下，國產(chǎn)控制系統能夠按照預期時(shí)間節點(diǎn)要求供貨并投入調試，確保線(xiàn)路順利開(kāi)通。同時(shí)，中控PLC也已實(shí)現器件全國產(chǎn)化的研發(fā)并已投入市場(chǎng)，有效的解決了器件斷供和卡脖子問(wèn)題。

降低信息安全風(fēng)險：自主控制系統已實(shí)現了通訊接口協(xié)議私有化，底層控制內核和網(wǎng)絡(luò )內核物理隔離，同時(shí)具備了內建信息安全的功能，并且已通過(guò)了國家權威機構的信息安全鑒定，在BAS系統整個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò )架構下，具有非常出色的抗信息安全風(fēng)險的能力。