北京地鐵五號線多通信協議設備集成解決方案
摘要
在北京地鐵五號線項目設計和實施過程中，遇到的兩個問題，一是多種總線協議標準共存，需要各種總線協議設備互連；二是供應商設備通信接口五花八門，需要統一連接到一種選定的工業通信網絡及現場總線系統中。通過使用PROFIBUS總線橋可以方便的將多家第三方設備集成到PROFIBUS現場總線網絡中，保證設備的實時監控和系統的可靠運行。
1．項目綜述
北京地鐵五號線的“環境與設備監控系統（簡稱BAS）”由25個站級子系統組成，包括：
Ø 16個地下車站站級子系統
Ø 7個地面車站站級子系統
Ø 宋家莊停車場的站級子系統
Ø 太平莊車輛段的站級子系統。
站級子系統的主要功能是要完成車站、停車場、及車輛段主要設備的全面、有效地自動化監控及管理；及時、準確的將監視數據上傳給綜合監控系統（簡稱ISCS）；同時能夠接收ISCS所下達的模式控制、單點控制等控制指令；確保設備處于安全、可靠、高效、節能的最佳運行狀態；從而提供一個舒適的乘車環境。并能在火災或阻塞等災害狀態下，更好地協調車站設備的運行，充分發揮各種設備應有的作用，保證乘客的安全和設備的正常運行。
2．BAS系統及網絡結構
站級BAS子系統通信網絡規范全部采用國際IEC61158-3（即：中國國家標準GB/T20540-2006）PROFIBUS 標準。這是目前國際國內普遍采用的一種現場總線標準。具有高速、可靠、應用范圍廣的優點。目前在歐洲、及我國已有許多地鐵BAS系統采用PROFIBUS通信網絡成功的案例。見下圖：北京地鐵五號線站級BAS通信網絡結構圖。
BAS子系統PROFIBUS網絡結構采用冗余雙環網，即使雙環網上出現兩處故障點，系統仍然能夠正常工作。系統利用Y-LINK設備將雙總線結構轉換為單總線以實現對單總線接口設備聯接的。
3．總線橋實現多種協議設備與PROFIBUS總線的連接
站級BAS子系統監控設備種類很多，供貨廠家不一、涉及多個行業。這些設備包括：暖通空調系統、給排水系統、低壓配電與動力照明系統、電梯系統、安全門系統、車站事故
北京地鐵五號線站級BAS通信網絡結構圖
照明電源系統等。要求上述設備全部具備PROFIBUS通信標準接口，對上述設備供應商來說難度較大，并不現實。采用PROFIBUS總線橋實現多種協議設備連接到PROFIBUS總線是一種常用的方法。在北京地鐵5#線項目之前，南京地鐵1#線項目就使用鼎實科技的總線橋連接顯示設備到PROFIBUS系統，收到很好效果。
4．PROFIBUS總線橋技術與產品
北京鼎實創新科技有限公司為此提出并開發了總線橋系列產品。“總線橋”就是現場總線協議轉換網關。PROFIBUS總線橋就是將具有RS-232/485、CAN及MODBUS等通信協議接口設備連接到PROFIBUS總線上，使該設備成為PROFIBUS總線上的一個從站。目前可提供的PROFIBUS總線橋產品包括：
Ø PROFIBUS<=>MODBUS；
Ø PROFIBUS<=>RS232/485 (自由協議)；
Ø PROFIBUS<=>CAN (自由協議)；
Ø PROFIBUS<=>CANOpen；
Ø PROFIBUS<=>DeviceNet；
Ø PROFIBUS<=>Ethernet (TCP/IP)；
北京鼎實科技還為該項目中使用“企業自由協議” 的設備提供 “總線橋定制”服務。定制協議轉換總線橋可以將各種企業自由協議設備更方便、快捷地連接到PROFIBUS總線上。在該項目中，應急電源EPS、振動監控系統、西門子CS11消防系統(FAS)就使用了鼎實科技定制的PROFIBUS總線橋產品。
5．PROFIBUS總線橋產品在5#BAS上的應用
5.1 實現功能
BAS系統通過使用北京鼎實科技的多協議轉換總線橋將具有不同協議、不同廠家的第三方設備連接到PROFIBUS現場總線系統中。主要協議設備有：
Ø MODBUS協議設備，包括：HMI、冷卻水機組、電梯系統。
Ø RS/232/485企業自由協議設備，包括：應急電源EPS、振動檢測儀、FAS消防系統。
5.2 應用總線橋設備的優點
① 應用簡單：用戶不用了解PROFIBUS和第三方設備技術細節，用戶只需參考總線橋手冊及提供的應用實例，根據要求完成配置，不需要復雜編程，即可在短時間內實現連接通信。
② 透明通信：用戶可以依照PROFIBUS通信數據區和第三方設備通信數據區的映射關系，實現PROFIBUS到第三方設備之間的數據透明通信。
③ 數據完整，實時傳輸：對到第三方設備上傳的參數無丟失，并實時傳輸給PROFBUS-DP。保證數據的完整性。
6．結束語
多種總線協議標準共存、各種企業自由協議設備長期存在，這兩個問題不只是北京地鐵5#線BAS系統遇到的特例，而是整個工業控制網絡領域將長期面臨的現實。北京地鐵5#線BAS系統使用總線橋將各種MODBUS協議、及基于RS-232/485的企業自由協議設備連接到PROFIBUS總線系統，取得很好效果，值得在地鐵環境與設備監控系統推廣應用。
在北京地鐵五號線項目設計和實施過程中，遇到的兩個問題，一是多種總線協議標準共存，需要各種總線協議設備互連；二是供應商設備通信接口五花八門，需要統一連接到一種選定的工業通信網絡及現場總線系統中。通過使用PROFIBUS總線橋可以方便的將多家第三方設備集成到PROFIBUS現場總線網絡中，保證設備的實時監控和系統的可靠運行。
1．項目綜述
北京地鐵五號線的“環境與設備監控系統（簡稱BAS）”由25個站級子系統組成，包括：
Ø 16個地下車站站級子系統
Ø 7個地面車站站級子系統
Ø 宋家莊停車場的站級子系統
Ø 太平莊車輛段的站級子系統。
站級子系統的主要功能是要完成車站、停車場、及車輛段主要設備的全面、有效地自動化監控及管理；及時、準確的將監視數據上傳給綜合監控系統（簡稱ISCS）；同時能夠接收ISCS所下達的模式控制、單點控制等控制指令；確保設備處于安全、可靠、高效、節能的最佳運行狀態；從而提供一個舒適的乘車環境。并能在火災或阻塞等災害狀態下，更好地協調車站設備的運行，充分發揮各種設備應有的作用，保證乘客的安全和設備的正常運行。
2．BAS系統及網絡結構
站級BAS子系統通信網絡規范全部采用國際IEC61158-3（即：中國國家標準GB/T20540-2006）PROFIBUS 標準。這是目前國際國內普遍采用的一種現場總線標準。具有高速、可靠、應用范圍廣的優點。目前在歐洲、及我國已有許多地鐵BAS系統采用PROFIBUS通信網絡成功的案例。見下圖：北京地鐵五號線站級BAS通信網絡結構圖。
BAS子系統PROFIBUS網絡結構采用冗余雙環網，即使雙環網上出現兩處故障點，系統仍然能夠正常工作。系統利用Y-LINK設備將雙總線結構轉換為單總線以實現對單總線接口設備聯接的。
3．總線橋實現多種協議設備與PROFIBUS總線的連接
站級BAS子系統監控設備種類很多，供貨廠家不一、涉及多個行業。這些設備包括：暖通空調系統、給排水系統、低壓配電與動力照明系統、電梯系統、安全門系統、車站事故
北京地鐵五號線站級BAS通信網絡結構圖
照明電源系統等。要求上述設備全部具備PROFIBUS通信標準接口，對上述設備供應商來說難度較大，并不現實。采用PROFIBUS總線橋實現多種協議設備連接到PROFIBUS總線是一種常用的方法。在北京地鐵5#線項目之前，南京地鐵1#線項目就使用鼎實科技的總線橋連接顯示設備到PROFIBUS系統，收到很好效果。
4．PROFIBUS總線橋技術與產品
北京鼎實創新科技有限公司為此提出并開發了總線橋系列產品。“總線橋”就是現場總線協議轉換網關。PROFIBUS總線橋就是將具有RS-232/485、CAN及MODBUS等通信協議接口設備連接到PROFIBUS總線上，使該設備成為PROFIBUS總線上的一個從站。目前可提供的PROFIBUS總線橋產品包括：
Ø PROFIBUS<=>MODBUS；
Ø PROFIBUS<=>RS232/485 (自由協議)；
Ø PROFIBUS<=>CAN (自由協議)；
Ø PROFIBUS<=>CANOpen；
Ø PROFIBUS<=>DeviceNet；
Ø PROFIBUS<=>Ethernet (TCP/IP)；
北京鼎實科技還為該項目中使用“企業自由協議” 的設備提供 “總線橋定制”服務。定制協議轉換總線橋可以將各種企業自由協議設備更方便、快捷地連接到PROFIBUS總線上。在該項目中，應急電源EPS、振動監控系統、西門子CS11消防系統(FAS)就使用了鼎實科技定制的PROFIBUS總線橋產品。
5．PROFIBUS總線橋產品在5#BAS上的應用
5.1 實現功能
BAS系統通過使用北京鼎實科技的多協議轉換總線橋將具有不同協議、不同廠家的第三方設備連接到PROFIBUS現場總線系統中。主要協議設備有：
Ø MODBUS協議設備，包括：HMI、冷卻水機組、電梯系統。
Ø RS/232/485企業自由協議設備，包括：應急電源EPS、振動檢測儀、FAS消防系統。
5.2 應用總線橋設備的優點
① 應用簡單：用戶不用了解PROFIBUS和第三方設備技術細節，用戶只需參考總線橋手冊及提供的應用實例，根據要求完成配置，不需要復雜編程，即可在短時間內實現連接通信。
② 透明通信：用戶可以依照PROFIBUS通信數據區和第三方設備通信數據區的映射關系，實現PROFIBUS到第三方設備之間的數據透明通信。
③ 數據完整，實時傳輸：對到第三方設備上傳的參數無丟失，并實時傳輸給PROFBUS-DP。保證數據的完整性。
6．結束語
多種總線協議標準共存、各種企業自由協議設備長期存在，這兩個問題不只是北京地鐵5#線BAS系統遇到的特例，而是整個工業控制網絡領域將長期面臨的現實。北京地鐵5#線BAS系統使用總線橋將各種MODBUS協議、及基于RS-232/485的企業自由協議設備連接到PROFIBUS總線系統，取得很好效果，值得在地鐵環境與設備監控系統推廣應用。
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