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郭劍鋒，男（1979-），湖北監(jiān)利人，工程師，碩士，主要研究方向?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)總線、嵌入式系統(tǒng)、工業(yè)以太網(wǎng)。
摘要：在軌道交通的項(xiàng)目設(shè)計(jì)和實(shí)施過程中，遇到的兩個(gè)問題，一是多種總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)共存，需要各種總線協(xié)議設(shè)備互連；二是供應(yīng)商設(shè)備通信接口五花八門，需要統(tǒng)一連接到一種選定的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)及現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中。通過使用PROFIBUS總線橋可以方便的將多家第三方設(shè)備集成到PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)中，保證設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控和系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。本文將以北京地鐵5號(hào)線為例進(jìn)行介紹。
關(guān)鍵詞：現(xiàn)場(chǎng)總線；PROFIBUS；多協(xié)議總線橋
在軌道交通的項(xiàng)目設(shè)計(jì)和實(shí)施過程中，遇到的兩個(gè)問題，一是多種總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)共存，需要各種總線協(xié)議設(shè)備互連；二是供應(yīng)商設(shè)備通信接口五花八門，需要統(tǒng)一連接到一種選定的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)及現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中。通過使用PROFIBUS總線橋可以方便的將多家第三方設(shè)備集成到PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)中，保證設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控和系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。本文將以北京地鐵5號(hào)線為例進(jìn)行介紹。
1 項(xiàng)目綜述
北京地鐵5號(hào)線的“環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱BAS）”由25個(gè)站級(jí)子系統(tǒng)組成，包括：
（1） 16個(gè)地下車站站級(jí)子系統(tǒng)
（2） 7個(gè)地面車站站級(jí)子系統(tǒng)
（3） 宋家莊停車場(chǎng)的站級(jí)子系統(tǒng)
（4） 太平莊車輛段的站級(jí)子系統(tǒng)。
站級(jí)子系統(tǒng)的主要功能是要完成車站、停車場(chǎng)及車輛段主要設(shè)備的全面、有效地自動(dòng)化監(jiān)控及管理；及時(shí)、準(zhǔn)確的將監(jiān)視數(shù)據(jù)上傳給綜合監(jiān)控系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱ISCS）；同時(shí)能夠接收ISCS所下達(dá)的模式控制、單點(diǎn)控制等控制指令；確保設(shè)備處于安全、可靠、高效、節(jié)能的最佳運(yùn)行狀態(tài)；從而提供一個(gè)舒適的乘車環(huán)境。并能在火災(zāi)或阻塞等災(zāi)害狀態(tài)下，更好地協(xié)調(diào)車站設(shè)備的運(yùn)行，充分發(fā)揮各種設(shè)備應(yīng)有的作用，保證乘客的安全和設(shè)備的正常運(yùn)行。
2 BAS系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
站級(jí)BAS子系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)范全部采用國(guó)際IEC61158-3（即中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20540-2006）PROFIBUS 標(biāo)準(zhǔn)。這是目前國(guó)際國(guó)內(nèi)普遍采用的一種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。具有高速、可靠、應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。目前在歐洲及我國(guó)已有許多地鐵BAS系統(tǒng)采用PROFIBUS通信網(wǎng)絡(luò)成功的案例。北京地鐵5號(hào)線站級(jí)BAS通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
BAS子系統(tǒng)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用冗余雙環(huán)網(wǎng)，即使雙環(huán)網(wǎng)上出現(xiàn)兩處故障點(diǎn)，系統(tǒng)仍然能夠正常工作。系統(tǒng)利用Y-LINK設(shè)備將雙總線結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為單總線以實(shí)現(xiàn)對(duì)單總線接口設(shè)備聯(lián)接的。
3．總線橋?qū)崿F(xiàn)多種協(xié)議設(shè)備與PROFIBUS總線的連接
站級(jí)BAS子系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備種類很多，供貨廠家不一、涉及多個(gè)行業(yè)。這些設(shè)備包括：暖通空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、低壓配電與動(dòng)力照明系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、安全門系統(tǒng)、車站事故
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圖1 北京地鐵5號(hào)線站級(jí)BAS通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 |
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照明電源系統(tǒng)等。要求上述設(shè)備全部具備PROFIBUS通信標(biāo)準(zhǔn)接口，對(duì)上述設(shè)備供應(yīng)商來(lái)說(shuō)難度較大，并不現(xiàn)實(shí)。采用PROFIBUS總線橋?qū)崿F(xiàn)多種協(xié)議設(shè)備連接到PROFIBUS總線是一種常用的方法。在北京地鐵5號(hào)線項(xiàng)目之前，南京地鐵1號(hào)線項(xiàng)目就使用鼎實(shí)科技的總線橋連接顯示設(shè)備到PROFIBUS系統(tǒng)，收到很好效果。
4 PROFIBUS總線橋技術(shù)與產(chǎn)品
“總線橋”就是現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)。PROFIBUS總線橋就是將具有RS-232/485、CAN及MODBUS等通信協(xié)議接口設(shè)備連接到PROFIBUS總線上，使該設(shè)備成為PROFIBUS總線上的一個(gè)從站。目前北京鼎實(shí)創(chuàng)新科技有限公司可提供的PROFIBUS總線橋產(chǎn)品包括：
（1） PROFIBUS<=>MODBUS；
（2） PROFIBUS<=>RS232/485 (自由協(xié)議)；
（3） PROFIBUS<=>CAN (自由協(xié)議)；
（4） PROFIBUS<=>CANOpen；
（5） PROFIBUS<=>DeviceNet；
（6） PROFIBUS<=>Ethernet (TCP/IP)；
北京鼎實(shí)科技還為該項(xiàng)目中使用“企業(yè)自由協(xié)議” 的設(shè)備提供 “總線橋定制”服務(wù)。定制協(xié)議轉(zhuǎn)換總線橋可以將各種企業(yè)自由協(xié)議設(shè)備更方便、快捷地連接到PROFIBUS總線上。在該項(xiàng)目中，應(yīng)急電源EPS、振動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)、西門子CS11消防系統(tǒng)(FAS)就使用了鼎實(shí)科技定制的PROFIBUS總線橋產(chǎn)品。
5 PROFIBUS總線橋產(chǎn)品在5#BAS上的應(yīng)用
5.1 實(shí)現(xiàn)功能
BAS系統(tǒng)通過使用北京鼎實(shí)科技的多協(xié)議轉(zhuǎn)換總線橋?qū)⒕哂胁煌瑓f(xié)議、不同廠家的第三方設(shè)備連接到PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中。主要協(xié)議設(shè)備有：
（1） MODBUS協(xié)議設(shè)備，包括：HMI、冷卻水機(jī)組、電梯系統(tǒng)。
（2） RS/232/485企業(yè)自由協(xié)議設(shè)備，包括：應(yīng)急電源EPS、振動(dòng)檢測(cè)儀、FAS消防系統(tǒng)。
5.2 應(yīng)用總線橋設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)
① 應(yīng)用簡(jiǎn)單：用戶不用了解PROFIBUS和第三方設(shè)備技術(shù)細(xì)節(jié)，用戶只需參考總線橋手冊(cè)及提供的應(yīng)用實(shí)例，根據(jù)要求完成配置，不需要復(fù)雜編程，即可在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)連接通信。
② 透明通信：用戶可以依照PROFIBUS通信數(shù)據(jù)區(qū)和第三方設(shè)備通信數(shù)據(jù)區(qū)的映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)PROFIBUS到第三方設(shè)備之間的數(shù)據(jù)透明通信。
③ 數(shù)據(jù)完整，實(shí)時(shí)傳輸：對(duì)到第三方設(shè)備上傳的參數(shù)無(wú)丟失，并實(shí)時(shí)傳輸給PROFBUS-DP。保證數(shù)據(jù)的完整性。
6 結(jié)束語(yǔ)
多種總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)共存、各種企業(yè)自由協(xié)議設(shè)備長(zhǎng)期存在，這兩個(gè)問題不只是北京地鐵5號(hào)線BAS系統(tǒng)遇到的特例，而是整個(gè)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域?qū)㈤L(zhǎng)期面臨的現(xiàn)實(shí)。北京地鐵5號(hào)線BAS系統(tǒng)使用總線橋?qū)ODBUS協(xié)議及基于RS-232/485的企業(yè)自由協(xié)議設(shè)備連接到PROFIBUS總線系統(tǒng)，取得很好效果，值得在地鐵環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)推廣應(yīng)用。
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)