PVSS在交通樞紐綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

張林江，孟慶利，李紅勛

（1.天津市中環(huán)系統(tǒng)工程有限責(zé)任公司，天津 300060；2.天津中環(huán)電子信息集團(tuán)有限公司，天津 300191）

綜合交通樞紐集中了多種交通運(yùn)輸方式，包括航空、鐵路、軌道交通、公交車(chē)、社會(huì)車(chē)輛和出租車(chē)等，是多種交通方式的換乘節(jié)點(diǎn)，一旦發(fā)生火災(zāi)等災(zāi)害，若不能及時(shí)處理，各交通方式之間將引起連鎖反應(yīng)，進(jìn)而影響樞紐所依托的城市或地區(qū)的交通系統(tǒng)，危及公共安全。作為樞紐安全保障的綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS），它的完善程度和穩(wěn)定運(yùn)行不僅直接關(guān)系到整個(gè)樞紐工程內(nèi)部設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，也是綜合交通樞紐正常運(yùn)營(yíng)的前提和保證。本次樞紐綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）的研發(fā)基于PVSS的復(fù)雜冗余、高兼容、多點(diǎn)數(shù)、以及面向?qū)ο箝_(kāi)發(fā)的高標(biāo)準(zhǔn)性等特點(diǎn)，結(jié)合綜合監(jiān)控系統(tǒng)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)樞紐綜合監(jiān)控系統(tǒng)中央級(jí)、現(xiàn)場(chǎng)級(jí)系統(tǒng)之間的集成控制。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)以天津機(jī)場(chǎng)樞紐為例進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)，樞紐綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）主要完成對(duì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)（FAS）、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）和電力監(jiān)控系統(tǒng)（PSCADA）進(jìn)行集成，并與廣播（PA）、電視監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）等系統(tǒng)互聯(lián)，同時(shí)可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)及鏈路運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控；采用單級(jí)管理、二級(jí)控制模式，單級(jí)管理為樞紐綜合監(jiān)控室，二級(jí)控制為樞紐綜合監(jiān)控室、設(shè)備就地；綜合監(jiān)控系統(tǒng)ISCS具備模式控制、群組控制以及點(diǎn)控等功能，同時(shí)能夠反映各監(jiān)控對(duì)象的工作狀態(tài)。

系統(tǒng)在樞紐綜合監(jiān)控機(jī)房設(shè)置2臺(tái)實(shí)時(shí)歷史服務(wù)器，設(shè)置2臺(tái)通訊控制器FEP完成和PA、CCTV系統(tǒng)互聯(lián)，設(shè)置防火墻用來(lái)和外部需要接口的系統(tǒng)互聯(lián)。在樞紐綜合監(jiān)控室設(shè)置值班員工作站、網(wǎng)管工作站、維護(hù)管理工作站以及電調(diào)工作站完成整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控及管理。在機(jī)場(chǎng)航站樓設(shè)置相關(guān)值班員工作站完成機(jī)場(chǎng)對(duì)樞紐系統(tǒng)的監(jiān)視。在控制系統(tǒng)中應(yīng)用了4套S7-400H冗余PLC系統(tǒng)和一套S7-300系列PLC，另外系統(tǒng)中包含多個(gè)西門(mén)子設(shè)備搭建的遠(yuǎn)程I/O站點(diǎn)，冗余400H PLC系統(tǒng)通過(guò)PROFINET網(wǎng)絡(luò)通訊連接，全部RIO站基于PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)與PLC主站進(jìn)行連接。PLC主站與服務(wù)器、工作站之間通過(guò)以太網(wǎng)連接，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of system

1.2 PVSS介紹

PVSS采用開(kāi)放構(gòu)架，其內(nèi)部采用自主開(kāi)發(fā)的中間件產(chǎn)品，使整個(gè)系統(tǒng)的各項(xiàng)業(yè)務(wù)既具備高實(shí)時(shí)性、高可靠性和維護(hù)性，又能具備良好的開(kāi)放性和互通性[1]。

其技術(shù)優(yōu)勢(shì)如下：

·平臺(tái)開(kāi)放：支持Windows、Linux和Unix操作系統(tǒng)平臺(tái)；

·處理能力：＞10000000外部信號(hào)點(diǎn)；

·操作：＞2500個(gè)分布式系統(tǒng)；

·代碼開(kāi)放：大部分的腳本代碼都是開(kāi)源的，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中用戶(hù)可以打開(kāi)界面或腳本的源代碼進(jìn)行編輯修改，使之符合自己的應(yīng)用需求；

·構(gòu)架開(kāi)放：用戶(hù)可以通過(guò)各類(lèi)API函數(shù)開(kāi)發(fā)包，集成自己的擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)和行業(yè)庫(kù)等；

·無(wú)需中斷過(guò)程就可以改變應(yīng)用程序；

·全球首個(gè)SIL3安全資格認(rèn)證；

·高標(biāo)準(zhǔn)的冗余熱備機(jī)制包括數(shù)據(jù)采集冗余，數(shù)據(jù)處理冗余，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)冗余，最大16：16的冗余；

·內(nèi)部本身內(nèi)嵌有計(jì)劃任務(wù)功能模塊，同時(shí)也可以通過(guò)timedFunc（）來(lái)間接實(shí)現(xiàn)計(jì)劃任務(wù)的功能，timedFunc（）具有非常強(qiáng)大而靈活的功能，它與數(shù)據(jù)類(lèi)型“_timedFunc”關(guān)聯(lián)應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)按間隔時(shí)間執(zhí)行和定時(shí)執(zhí)行2種方式。

基于PVSS開(kāi)發(fā)的樞紐綜合監(jiān)控系統(tǒng)，接入系統(tǒng)部分采用混合接入方式，針對(duì)不同廠(chǎng)商系統(tǒng)設(shè)備，分為互聯(lián)系統(tǒng)部分和集成系統(tǒng)部分，集成部分通過(guò)PVSS數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行直接連接及監(jiān)控點(diǎn)管理，針對(duì)互聯(lián)系統(tǒng)定制協(xié)議多，數(shù)據(jù)格式復(fù)雜，連接方式多樣等特點(diǎn)，采用易與PVSS連接的OPC Server作為互聯(lián)系統(tǒng)通信服務(wù)，使PVSS可以方便安全地與通信服務(wù)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)集成系統(tǒng)與互聯(lián)系統(tǒng)綜合接入，PVSS架構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 PVSS系統(tǒng)構(gòu)架圖Fig.2 Structure diagram of PVSS system

2 系統(tǒng)主要功能

綜合監(jiān)控系統(tǒng)完成對(duì)樞紐重要監(jiān)控對(duì)象的狀態(tài)、性能等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)收集及處理，通過(guò)工作站以圖形、圖像、表格和文本的形式顯示出來(lái)，供值班人員參考和使用[2]。系統(tǒng)根據(jù)一定的邏輯關(guān)系自動(dòng)向分布在現(xiàn)場(chǎng)的被監(jiān)控對(duì)象或系統(tǒng)發(fā)送模式、程控、點(diǎn)控等控制命令，或由值班員人工發(fā)布控制命令，從而完成對(duì)環(huán)境、設(shè)備和乘客的集中監(jiān)控。系統(tǒng)接收火災(zāi)災(zāi)情信息、機(jī)電設(shè)備運(yùn)行信息、電力設(shè)備運(yùn)行信息，對(duì)各子系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控管理；發(fā)布火災(zāi)涉及消防設(shè)備、機(jī)電設(shè)備、電力設(shè)備的控制命令；根據(jù)火災(zāi)具體位置，啟動(dòng)相應(yīng)的火災(zāi)聯(lián)動(dòng)模式；對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，實(shí)施設(shè)備維護(hù)管理趨勢(shì)報(bào)告，提高設(shè)備管理效率等[3]。

正常工況下綜合監(jiān)控系統(tǒng)按照日常監(jiān)控管理模式，通過(guò)人機(jī)接口畫(huà)面監(jiān)管各有關(guān)專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)的監(jiān)控功能，通過(guò)對(duì)環(huán)境參數(shù)檢測(cè)，對(duì)能耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，控制通風(fēng)、空調(diào)設(shè)備優(yōu)化運(yùn)行，提高樞紐環(huán)境的舒適度，降低能源消耗，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，實(shí)施設(shè)備維護(hù)管理趨勢(shì)報(bào)告，提高設(shè)備管理效率。

火災(zāi)模式時(shí)聯(lián)動(dòng)控制，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)設(shè)備確認(rèn)火災(zāi)報(bào)警信息后，系統(tǒng)自動(dòng)切換到全系統(tǒng)的災(zāi)害模式，此時(shí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)將綜合現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警信息，使各有關(guān)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，啟動(dòng)各種防煙、排煙模式，聯(lián)動(dòng)停止通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行，切斷非消防電源，發(fā)布火災(zāi)聯(lián)動(dòng)控制指令，聯(lián)動(dòng)功能觸發(fā)PA廣播，CCTV電視監(jiān)視系統(tǒng)等。

當(dāng)主要系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)重大故障，影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行或危及設(shè)備、人身安全時(shí)，綜合監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入故障模式，樞紐綜合監(jiān)控室工作站發(fā)出進(jìn)入故障模式的消息，報(bào)警體系在樞紐綜合監(jiān)控室、航站樓、停車(chē)場(chǎng)管理室提醒值班員進(jìn)入故障模式，各有關(guān)系統(tǒng)也將協(xié)調(diào)互動(dòng)。

2.1 電力監(jiān)控系統(tǒng)

電力監(jiān)控系統(tǒng)（PSCADA）主要是實(shí)現(xiàn)樞紐內(nèi)的10 kV開(kāi)關(guān)站、400 V變電所內(nèi)的主要電氣設(shè)備的遙控、遙信、遙測(cè)等功能，PSCADA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。系統(tǒng)采用IEC104規(guī)約和各站點(diǎn)的通信控制器實(shí)現(xiàn)通信及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理功能。PVSS軟件本身內(nèi)嵌有電力系統(tǒng)的IEC104規(guī)約驅(qū)動(dòng)，開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)系統(tǒng)管理界面（SysMgm），選擇IEC 60870 101/104 Driver就可方便快捷地成功配置一個(gè)可用的104規(guī)約鏈路，即可實(shí)現(xiàn)與PSCADA通訊控制器建立通訊連接，完成電力監(jiān)控的采集控制。

圖3 PSCADA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Network structure diagram of PSCADA system

2.2 環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）對(duì)樞紐范圍內(nèi)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備、給排水系統(tǒng)設(shè)備、電扶梯系統(tǒng)設(shè)備、動(dòng)力照明系統(tǒng)設(shè)備等進(jìn)行全面、有效地自動(dòng)化監(jiān)控及管理，進(jìn)行程序自動(dòng)、實(shí)時(shí)、定時(shí)、現(xiàn)場(chǎng)就地監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，控制開(kāi)啟和關(guān)停，檢測(cè)環(huán)境參數(shù)，調(diào)控環(huán)境舒適度及節(jié)能管理[4]。

BAS監(jiān)控網(wǎng)分2層布置，第1層為節(jié)點(diǎn)級(jí)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，采用工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)，擔(dān)負(fù)BAS與ISCS的數(shù)據(jù)交換；第2層為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)網(wǎng)絡(luò)，采用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，擔(dān)負(fù)BAS控制器與BAS現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，BAS系統(tǒng)網(wǎng)路結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。系統(tǒng)A、B兩端的主、從冗余PLC控制器以及遠(yuǎn)程I/O控制箱通過(guò)PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通訊，組成BAS底層冗余雙工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

圖4 BAS系統(tǒng)網(wǎng)路結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Network structure diagram of BAS system

BAS系統(tǒng)按照樞紐的運(yùn)行模式一般可分為災(zāi)害運(yùn)行模式、正常運(yùn)行模式。在正常情況下又可按照運(yùn)行時(shí)間分為早、中、晚、夜間運(yùn)行模式，按照運(yùn)行季節(jié)分為過(guò)度季節(jié)運(yùn)行模式和空調(diào)季節(jié)運(yùn)行模式等。

在正常運(yùn)行模式下，BAS系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)樞紐機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)化監(jiān)控，按照溫度（季節(jié)）模式對(duì)樞紐通風(fēng)空調(diào)設(shè)備實(shí)施節(jié)能化管理，根據(jù)設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度等各類(lèi)傳感器的測(cè)量值，計(jì)算判斷現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境情況，控制現(xiàn)場(chǎng)機(jī)電設(shè)備按照相對(duì)適當(dāng)?shù)哪┒素?fù)荷運(yùn)行，有效地控制現(xiàn)場(chǎng)空調(diào)通風(fēng)、送排風(fēng)等設(shè)備，給乘客提供良好的乘車(chē)環(huán)境；按照時(shí)間模式（早、中、晚、夜間）對(duì)樞紐照明進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控，節(jié)能管理，還包括日常情況下對(duì)給排水系統(tǒng)各類(lèi)水泵、水位的監(jiān)視、提供樞紐應(yīng)急照明電源，對(duì)電梯、自動(dòng)扶梯等設(shè)備的狀態(tài)、故障監(jiān)視。

火災(zāi)時(shí)接受FAS系統(tǒng)指令，轉(zhuǎn)為災(zāi)害運(yùn)行模式，配合進(jìn)行防排煙工作。

2.3 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

FAS系統(tǒng)功能為監(jiān)視范圍內(nèi)的火災(zāi)災(zāi)情并報(bào)警，聯(lián)動(dòng)控制消防泵、噴淋泵、氣體滅火設(shè)備、防火卷簾門(mén)、應(yīng)急照明等。

FAS系統(tǒng)主報(bào)警控制器通過(guò)RS485通訊接口和BAS主控PLC相連，在火災(zāi)時(shí)將報(bào)警信息傳輸給BAS系統(tǒng)，使BAS系統(tǒng)轉(zhuǎn)為火災(zāi)模式運(yùn)行，聯(lián)動(dòng)控制相關(guān)設(shè)備等。FAS系統(tǒng)主報(bào)警控制器和綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)冗余RJ45以太網(wǎng)方式相連，使綜合監(jiān)控系統(tǒng)能夠獲取到火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，對(duì)火災(zāi)報(bào)警進(jìn)行確認(rèn)，同時(shí)完成FAS系統(tǒng)到綜合監(jiān)控系統(tǒng)的集成。當(dāng)有火災(zāi)報(bào)警信號(hào)時(shí)，PVSS會(huì)自動(dòng)彈出報(bào)警窗口，提示報(bào)警位置。

FAS系統(tǒng)對(duì)火災(zāi)報(bào)警要求ISCS系統(tǒng)在報(bào)警發(fā)生時(shí)第一時(shí)間彈出報(bào)警提示窗口，對(duì)于普通數(shù)量的報(bào)警信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警對(duì)系統(tǒng)資源的消耗有限，但此ISCS系統(tǒng)中包含5400點(diǎn)以上數(shù)量的需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的FAS報(bào)警信息的數(shù)據(jù)點(diǎn)，為了減少系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)，根據(jù)對(duì)FAS報(bào)警數(shù)據(jù)點(diǎn)的分析，采用了“頂層報(bào)警下層搜索”的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)警彈窗提示功能，即使用dp-Connect（）來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頂層（分區(qū)報(bào)警）報(bào)警數(shù)據(jù)點(diǎn)，當(dāng)頂層發(fā)生報(bào)警時(shí)，再去輪詢(xún)下層（各檢測(cè)傳感器）報(bào)警數(shù)據(jù)點(diǎn)，搜索到下層報(bào)警后彈出報(bào)警提示窗口，報(bào)告給用戶(hù)具體的報(bào)警分區(qū)及傳感器等的描述或編號(hào)。

2.4 廣播與電視監(jiān)控系統(tǒng)

PA和CCTV系統(tǒng)通過(guò)Modbus TCP協(xié)議與PVSS進(jìn)行通訊。PVSS可以完成對(duì)PA系統(tǒng)的查詢(xún)和廣播控制等功能；同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)CCTV系統(tǒng)的控制及緊急情況下的系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，將PA、CCTV等報(bào)警信息在PVSS中顯示。

2.5 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)是通過(guò)PVSS內(nèi)嵌的SNMP網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議完成對(duì)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的功能，監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)網(wǎng)絡(luò)部件的運(yùn)行狀態(tài)以及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)鏈路的狀態(tài)信息。對(duì)于不支持SNMP的網(wǎng)絡(luò)部件，可使用ICMP協(xié)議偵測(cè)其是否在線(xiàn)。

用戶(hù)可以在PVSS中打開(kāi)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備查看其具體運(yùn)行狀態(tài)。

3 結(jié)語(yǔ)

交通樞紐安全問(wèn)題在當(dāng)前社會(huì)發(fā)展以及日常運(yùn)營(yíng)中顯得尤為突出，對(duì)樞紐綜合監(jiān)控系統(tǒng)也即提出了更新的要求[5]。通過(guò)PVSS開(kāi)發(fā)的交通樞紐監(jiān)控平臺(tái)使整個(gè)綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性、可靠性、容錯(cuò)性、在線(xiàn)擴(kuò)展及在線(xiàn)維護(hù)的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)滿(mǎn)足了不斷發(fā)展變化的監(jiān)控系統(tǒng)的要求。本文闡述的綜合監(jiān)控系統(tǒng)已成功應(yīng)用于天津機(jī)場(chǎng)交通樞紐工程中，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

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