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自动化的奥林匹克

文字:[大][中][小] 2016-2-29    浏览次数:875    

绿色奥运

不得不承认,作为主办城市,北京的环境一直饱受诟病,甚至还出现了有运动员以此为理由退出奥运会的情况(姑且不论其中的其他因素)。事实上,北京在2001年获得举办权之后,一直都在努力的对其环境进行着改善。

首先,清洁的能源保证了北京每年拥有更多的蓝天。燃烧煤炭在北京被禁止,太阳能已经在奥运场馆中已经有了一定程度的使用。比如作为体操场馆的国家体育馆,就安装了1124块太阳能电池组件,每天额定输出功率达到100千瓦,并入电网用于2万m2地下场所的照明。这些安装在体育馆屋顶和南面玻璃幕墙中,将吸收到的太阳辐射能转化为直流电,由专项线路统一输送到地下一层太阳能发电控制室,通过逆变器把直流电转化为交流电,再经专用设备并网输送到低压配电系统。瑞士LEM的工程师介绍到,LEM帮助提供的并网光伏发电系统,使用寿命为25年,累计发电232万度,可以节约标准煤约904.8t,减排二氧化碳约2352.5t、二氧化硫约21.7t和氮氧化物约6.3t。

本次奥运会将是新能源汽车集中展示的盛会,例如上海大众配备第四代燃料电池动力系统的汽车将作为VIP接待车和马拉松比赛先导车,奇瑞汽车也将提供100余台BSG轻度混合动力汽车。在控制方面,莱姆公司的双通道电流传感器DHAB,为混合动力以及燃料电池汽车的动力电池管理系统提供精确的电量检测以实现精确的电池荷电管理,此外,北京对汽车的尾气排量做出了严格的限定,不能达到欧IV标准的汽车都不能在奥运期间驶入辖区,这大大减少了汽车尾气排放污染。北京易控微网科技和合作伙伴提供的北京市汽车尾气在线实时检测系统,为实现这一目标提供了保障。

智能场馆

北京为了奥运会新建了几十座体育场馆,再加上酒店和经过改造的训练馆,这上百座建筑都可以当作楼宇自动化的典范。我们不可能在文章里一一介绍,只是把最具代表性的国家体育场—鸟巢和国家游泳中心—水立方,作为管中窥豹的例子。

这两座构思大胆的建筑,注定会在奥运甚至人类建筑史上写下自己的一页。水立方绚烂的艺术灯光景观是奥运场馆中最重大的景观灯光项目,使用40多万支LED,构成世界上最大的LED艺术灯光工程,也构成了近6万个结点构成庞大控制网络。这个三层双网架构中,在设备层使用了188台MOXA EDS-316-T交换机,汇聚层由16台EDS-516A-MM-SC组成,而核心层则使用两台EDS-726模块化交换机。MOXA的以太网产品行销经理蔡中兴告诉笔者:“水立方对于照明控制有着非常严格的要求,网络应具有冗余的能力和相当长的无故障工作时间。同时由于北京的温度变化很大,设备需要支持宽温操作。”与之类似的,北京的很多景观照明都采用了远程监控,北京易控微网科技联合合作伙伴,实现了基于GPRS通信的监控系统。

水立方将承办北京奥运会游泳、跳水、花样游泳、水球等赛事,其水处理自控系统共有三个分别独立的水处理子系统及一个集中水处理监控中心组成分别为为游泳比赛池、跳水池和热身池水处理控制系统。中控技术的总裁金建祥先生告诉笔者:“在水立方,工程师可以通过位于竞赛池水处理机房的监控中心的上位机完成竞赛池、跳水池、热身池水处理机房的全部工艺流程的监控及系统组态的修改。”这家中国本土工控的领先企业,为水立方提供比赛池、热身池、跳水池水处理自动控制及造波、安全气垫系统控制。控制系统的主控制卡为冗余配置,系统内部采用SBUS总线,为内部冗余高速数据公路。过程控制网络采用双高速冗余工业以太网ScnetⅡ网络,以光缆作为通讯介质,将系统的控制站、操作站、通讯接口单元等连接成一个有机的整体。各个水处理子控制系统的水温、PH值、浊度、余氯、ORP值、均衡水池连续液位、水泵状态及所有报警信号等数据,通过该中心的OPC开放软件制作的开放式数据接口通过以太网与BA系统进行数据集成并可通过此接口选取三个子系统中集成的任何需要的数据。

鸟巢和水立方场馆都十分巨大,监测它们的建筑安全、确保运动员和观众的安全也成为了中国政府的一大课题。与其它新近建造的大型建筑一样,中国地震局需要选择尖端的建筑健康监测系统在场馆内监测――包括任何可能影响建筑物的波动――从自然地质的震动到在场观众造成的震动,以确保安全(如果四川的建筑能够受到同样的重视,5.12地震所造成的影响一定会大大减小)。CGM工程公司的SeismoCast建筑监测方案被甄选为上述建筑物的监测管理系统。通过美国国家仪器公司的LabVIEW 软件和CompactRIO硬件平台进行系统的设计、原型、发布,CGM在不到一年的时间里就完成了两套满足中国政府的特定需求的系统。鸟巢采用了9套64通道的CompactRIO系统,水立方则是2套36通道的系统,每套系统分别与嵌入式单板电脑相连并安置在坚固的NEMA 4机箱中,各个机箱再以客户端-服务器的构架与主服务器连接后分布在各结构关键点进行监测与预警。系统的主要任务在于测量结构振动和加速度,因此保证各通道之间的同步是非常重要的,这使得研究人员可以同步监测多个位置的振动,从而更好地理解和描述整个建筑结构所受的影响。

而场馆的输配电同样不能忽视。北京奥运主场馆输配电监控系统对国家体育馆(鸟巢)、国家游泳中心(水立方)、北京射击馆、老山自行车馆等31个奥运主场馆的电力配电系统进行监控,监控范围包括变电站、分界室、刀闸室等,监控业务包括视频信息、远动信息。为这套系统提供了SICOM3024产品作为监控通信接入平台的东土科技的工程师向记者介绍说:“输配电系统的运动业务与视频业务进行隔离传输,东土采用先进的基于VLAN的DT-Ring技术,接入网络具有双归网络模式,信息平台安全、可靠;接入网络具有良好的QOS策略。拟制和隔离广播风暴,并且符合IEC61850规约要求的电磁特性和温度特性。”

快捷交通

和每一个国际大都市一样(尤其那些处在发展中国家的),北京的交通也是一直困扰人们的问题。于是,在奥运会之前,庞大的大众交通基础设施计划开始实施了。首当其冲的就是修建轻轨和地铁。根据报道,仅在2007年12月8日一天,北京就同时开工建设5条,总计长度达140km的地铁线路。到2015年,北京的地铁总里程将达到561km,换乘车站90座以上,日运输旅客最高将达到900万人次。

这个惊人的计划对工控自动化厂商也意味着大量的机会。例如,地铁的售检票系统通常是整个地铁系统的一个瓶颈,一旦出现故障,就会有大量的人群拥集于此。北京地铁的自动售检票系统(AFC)由中央计算机系统(CC)、车站计算机系统(SC)、自动售票机(ATVM)、半自动售票机(S-ATVM)、进/出站检票机(EnG/ExG)、增值机(AVM)、验票机(TCM)以及查票机(PCA)、编码机(ES)、光传输网以太网、车站局域网(LAN)等设备组成。根据东土科技的工程师介绍说,北京站内系统采用百兆的工业交换机,根据实际情况可以组成双星型网络或环形网络,保证各种数据的安全性和可靠性,同时由于城铁的特点,要求站内设备都具有良好的温度、电磁、湿度等适应特性。东土科技的SICOM6224/SICOM6424三层千兆工业交换机构成了AFC系统的骨干通信网络,SICOM3024组成双纤冗余环网连接各AFC终端,而SICOM3000/SICOM3016则应用闸机管理系统中,实现了地铁轨道交通售票、检票、计费、收费、统计、清分、管理等全过程的自动化系统。

当然,城市的交通不仅仅限于内部的交通,还包括与其他城市和地区的互连互通。北京最近建成并投入使用的的首都机场三号航站楼和京津高速铁路,就帮助外地乃至外国的旅游者更方便快速的进入北京。京津高速铁路从北京南站到天津站全程约116km,基础部分设计时速350km。其信号控制系统是列车运行直接指挥、管理的技术装备;它是以列车运行调整计划控制为中心,兼顾列车与调车作业的高度自动化调度指挥系统。系统由调度中心子系统、车站子系统和调度中心与车站之间的网络子系统三部分组成,采用双以太环型网络、网络设备电磁防护特性符合IEC61000的四级、网络冗于时间小于50ms。东土科技为这套控制系统提供了交换机产品,包括SICOM6248分布在机械室、SICOM3048分布在控制大厅、SICOM3024分布在北京南站、亦庄站、永乐站、武清站、天津站、机械室、电气室。同样,东土科技的产品也应用在首都机场新航站楼电力SCADA系统,其中SICOM3000/KIEN6000应用在机场调度中心和变电站之间的通信,实现双网冗余;KIEN3016应用在机场35KV变电站内的双网通信系统中。


安全保障

同历届奥运会一样,北京奥运会的安全保障也是重中之重。奥运场馆安保系统涵盖视频监控系统、出入口控制及报警系统、智能消防报警系统、行李安检系统、爆炸物及毒品检测系统等多个方面。其中,自动火灾探测控制报警系统在五棵松体育馆、北京大学体育馆、国家体育馆等多个场馆应用,它集成了光截面感烟探测技术,双波段火灾探测技术和消防炮自动定位技术。场馆的工作人员向笔者介绍,在火灾演习中,这些装备研华工控机的系统定位准确、灭火效率高、保护面积大、反应速度快。此外,奥组委的总控制中心可以监视下属所有区域的消防报警和故障情况,在有紧急情况发生时,中心的中文GCC 屏幕上可以立即显示相应位置,对情况做出反应。

安全保障也不仅仅局限在比赛场馆的安全监控,各种运动员的生活必需品也要纳入保障体系,比如说食品。北京奥运会食品安全委员会的工作人员向记者介绍,每头供应给奥运村的肉牛,都会被颁发一个“电子身份证”--通过射频识别(RFID)技术,在距离活牛50厘米范围内,将肉牛的全部信息输入到电子标签内--包括父母血统、饲养环境、生产过程以及饲养屠宰前的肉牛的各种数据指标,全部被记录到为这头肉牛建立的安全数据库中。屠宰时,电子耳标转化为二维条码,根据各部位的不同加贴到每块肉上,实现“从农场到餐桌”全过程的跟踪和追溯,包括运输、包装、分装、销售等流转过程中的全部信息,如生产基地、加工企业、配送企业等都能在数据库中查询,以确保使用牛肉的绝对安全。

本土企业崭露头角

既然称作自动化的奥林匹克,全球的顶尖大厂自然不能缺席。比如,西门子提供的首都机场新的第三个航站楼的行李处理系统、数个体育馆的安全系统和其它技术服务项目,清河水厂的水处理控制系统;艾默生为“鸟巢”中央空调提供的变频器以及奥运火炬中的调压器;施耐德为鸟巢安装的照明控制系统、以及水立方、首都机场3号航站楼整体配电系统;罗克韦尔的奥运会基础设施建设自动化解决方案;霍尼韦尔的城市交通管理和控制解决方案以及为国家体育场提供的智能化管理控制系统;ABB在奥运配套的电网建设中发挥了巨大作用,以及作为奥运合作伙伴GE提供了会议中心和酒店电力系统。

另外一个方面,尽管总体规模和历史业绩还不能同国际巨头相比,但是主场作战的优势还是帮助中国的工控自动化企业在奥运会中发挥了自己巨大的作用。比如,之前提到的东土科技,产品就在北京和奥运相关的很多设施中有应用;易控微网作为近几年快速发展的本土企业,产品还应用于机场高速机电监控、奥运水上公园动力监测。中国领先的自动化厂商和利时公司为北京地铁10号线一期提供工程电力监控系统和环控集成系统;研祥科技的产品在奥运场馆安防系统、自动检票系统以及北京的空气质量监测系统有着多项应用。


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