城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)控制權限移交設計

趙琛琛 李永紅

(1.南京南瑞集團公司 南京 211106;2.北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司 北京 100037)

城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)控制權限移交設計

趙琛琛1李永紅2

(1.南京南瑞集團公司 南京 211106;2.北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司 北京 100037)

結合多條城市軌道交通線路情況，根據三級控制結構和操作權唯一的原則，闡述綜合監(jiān)控系統(tǒng)控制權限移交的分類和模式，詳細分析對應分類和模式下權限移交實現的方式和過程。以電力監(jiān)控、環(huán)境與設備監(jiān)控子系統(tǒng)為例，對綜合監(jiān)控深度集成子系統(tǒng)的多級權限移交進行歸納。

城市軌道交通;綜合監(jiān)控系統(tǒng);控制權限;移交

城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)(integrated supervision and control system ISCS)是一套分布式系統(tǒng)，系統(tǒng)中節(jié)點地位平等，只要賦予權限就能在任一節(jié)點進行其權限對應范圍內的各種操作。為了保證某個受控對象在同一時間操作的唯一性，保障設備和人員安全，綜合監(jiān)控系統(tǒng)必須具備對用戶級別和權限進行定義、管理的功能。通過操作權唯一的原則和權限移交的方式，實現控制閉鎖和操作互斥，從而高效協(xié)調各級操作員在不同位置對系統(tǒng)所轄設備的有序控制。因此，控制權限移交設計是保障綜合監(jiān)控系統(tǒng)設備安全、有效運作的基礎。

1 移交分類和原則

綜合監(jiān)控系統(tǒng)的權限移交分為內部和外部兩大類。根據兩級管理、三級控制原則，ISCS主體系統(tǒng)通常由中心級和車站級ISCS構成，采用相同的操作系統(tǒng)和監(jiān)控軟件平臺。內部權限移交是指ISCS主體系統(tǒng)內部(即中心級和車站級之間)轉移操作權限，判斷權限位置的標志位信息、移交和控制閉鎖機制由ISCS主體軟件實現。

外部權限移交是指ISCS主體系統(tǒng)與各個接口系統(tǒng)之間的權限轉移，如與環(huán)控維護工作站、變電所監(jiān)控工作站等的權限轉移。判斷權限位置的標志位信息、移交和控制閉鎖機制由接口系統(tǒng)的主控制器/主服務器與ISCS主體系統(tǒng)配合完成。

每個ISCS集成專業(yè)在系統(tǒng)內都配置了默認的權限所在地，以確保設備操作權限，在同一時間僅隸屬于某個系統(tǒng)的某一級調度員。例如，電力監(jiān)控系統(tǒng)(power supervisory control and data acquisition system，PSCADA)控制權限默認在中心級ISCS，環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)(building automation system，BAS)控制權限默認在車站級ISCS。集成子系統(tǒng)通常與綜合監(jiān)控中心、車站兩級系統(tǒng)之間構成三級權限移交，如果子系統(tǒng)內部存在其他監(jiān)控分級，則可進一步拓展權限移交層次。

在系統(tǒng)正?；虍惓Ｇ闆r下，無論權限移交需求的提出是主動或被動，權限移交通過以下3種模式進行。

1)手動轉移:在ISCS正常運行時，由權限的源所在地向目標所在地發(fā)起權限移交請求，由目標所在地確認接收。

2)強制轉移:在ISCS正常運行或緊急情況下，由一方強制收回，無需對方確定。通常，僅中心級具有強制收回權限。

3)自動轉移:當接口系統(tǒng)與ISCS通信中斷時，權限自動移交至子系統(tǒng)側。例如，PSCADA權限由中心級ISCS自動轉移至變電所監(jiān)控工作站，BAS權限由車站ISCS自動轉移至環(huán)控維護工作站。

2 ISCS主體系統(tǒng)權限移交

2.1 內部權限移交

具有當前控制權限的車站/中心/子系統(tǒng)均允許發(fā)起手動權限移交操作，經目標所在地接收后，完成控制權移交，權限所在地標識同步更新。

默認控制中心(operating control center，OCC)具有最高控制權限。在緊急情況下，中心操作員可以不經過車站操作員的請求確認，而直接將控制權限由車站轉移到中心。原則上，車站不可以強制收回權限，但也可根據功能需求，設置特殊的用戶類實現。ISCS內部權限移交如圖1所示。

圖1 ISCS內部權限移交

2.1.1 手動請求移交

綜合監(jiān)控系統(tǒng)正常運行時，由權限所在地向目標所在地發(fā)起權限移交命令，接收地點的人機界面上權限轉移圖標閃爍，以提醒操作員有移交請求。在預設時間內完成權限接收，則移交成功;如果超出預設時間未接收，則移交失敗。

2.1.2 強制移交

強制轉移在源所在地和目標所在地都可以發(fā)起。在緊急情況下，通常由中心級操作員發(fā)起強制收回。車站原則上不設置強制收回功能，僅當車站與中心通信中斷、同時BAS設備權限在中心且車站ISCS操作員需要控制本站BAS設備時，可設置特殊的用戶類，由車站強制收回權限。在該情況下，如果緊急后備控制盤(IBP)可完成車站主要通風設備的控制，則可以取消車站強收功能。

2.2 外部權限移交

ISCS系統(tǒng)與其他接口系統(tǒng)也可以進行權限交接，如PSCADA系統(tǒng)、BAS等。通常根據雙方接口系統(tǒng)的通信協(xié)議，在通信控制器中設置權限標志位信息點，判斷設備權限位置，以實現邏輯控制閉鎖。

ISCS或者接口系統(tǒng)的操作界面(維護工作站或子系統(tǒng)操作終端)均可以進行權限下發(fā)/權限收回指令，控制權限移交除手動、強制模式外，如果子系統(tǒng)與ISCS通信中斷，則權限自動轉移至接口側。ISCS外部權限移交如圖2所示。

2.2.1 正常情況下權限移交

正常通信情況下，通過權限的下放、接收、強制收回等操作改變標志位狀態(tài)，由通信控制器將權限標識信息同時送往ISCS和接口子系統(tǒng)(以下簡稱IS)，以實現ISCS的外部權限移交。

圖2 ISCS外部權限移交

標識定義如下:LR，單個設備控制權限移交操作;LRD，某組設備或全站設備控制權限移交操作;LE，設備控制權限標志位(0:ISCS，1:IS)。

1)ISCS→IS。由ISCS操作員發(fā)起權限移交操作，根據移交范圍，下發(fā)的操作指令會將通信控制器中的LR或LRD標志置為1，該數值在設定的移交超時時間內保持。在此期間，IS接收權限后，將通信控制器中對應移交范圍內的設備LE標志置為0。LE發(fā)布至ISCS和IS中，各個系統(tǒng)根據LE狀態(tài)進行控制閉鎖。

2)IS→ISCS。由IS操作員發(fā)起權限移交操作，根據移交范圍，下發(fā)的操作指令將通信控制器中的LR或LRD標志置為1，該數值在設定的移交超時時間內保持。在此期間，ISCS接收權限后，將通信控制器中對應移交范圍內的設備LE標志置為0。LE發(fā)布至ISCS和IS中，各個系統(tǒng)根據LE狀態(tài)進行控制閉鎖。

2.2.2 異常情況下權限移交

在通信異常的情況下，由接口子系統(tǒng)服務器/控制器自動完成權限的轉移。同時，在緊急情況下，ISCS或者子系統(tǒng)之間可以互相進行強制權限轉移。

1)ISCS通信中斷。ISCS系統(tǒng)和接口子系統(tǒng)服務器/控制器的通信中斷時，由子系統(tǒng)向通信控制器發(fā)送ISCS故障標志位，同時設置全站設備的LE標志位為1，即控制權限移交至子系統(tǒng)側。通信恢復后，控制權限將繼續(xù)保留在IS，直至ISCS操作員進行控制權限的收回。

2)IS通訊中斷。在IS維護工作站(或操作終端)和其服務器/控制器的通信中斷時，由子系統(tǒng)向通信控制器發(fā)送IS故障標志位，同時設置全站設備的LE標志位為0。如果原控制權限在ISCS側，則繼續(xù)保留;如果原控制權限在子系統(tǒng)側，則移交至ISCS。

3)緊急情況。在緊急情況下，ISCS控制中心可以強制收回控制權限。該操作命令將設置通信控制器中全站設備的LE標志置為0。在通常情況下，IS不設置強制收回功能，根據實際需求，可在接口信息中增加相應配置。

3 集成子系統(tǒng)權限移交

3.1 PSCADA權限移交

PSCADA采用“中心級ISCS—車站級ISCS(預留)—變電所”三級權限移交?？刂茩嘞抟平涣６瓤梢园凑諉蝹€設備、成組(包括10 kVⅠ段、10 kVⅡ段、750 V 設備、400 VⅠ段、400 VⅡ段)和全站劃分。在ISCS與PSCADA的權限移交中，PSCADA的默認控制權限在控制中心。

1)在控制中心，具有權限的操作員允許手動將控制權下發(fā)到車站或變電所。其操作步驟為:由控制中心操作員發(fā)起，目的地人員進行確認。

2)在控制中心，具有權限的操作員允許強制收回已經下發(fā)到車站或變電所的控制權。其操作步驟為:控制中心操作員執(zhí)行強制收回，無需對端確認。

3)在車站，具有權限的操作員允許手動將控制權交還控制中心或下發(fā)變電所。其操作步驟為:由車站操作員發(fā)起，對應的目的地操作人員進行確認。該移交操作需要視車站級ISCS是否具有電力控制權限而定。

4)在變電所，具有權限的操作員允許手動將控制權交還控制中心或車站。其操作步驟為:由變電所操作員發(fā)起，向ISCS進行權限移交。

5)當車站ISCS和PSCADA通信控制器通信正常但車站ISCS和中心ISCS通信故障時，內部權限下放至車站，并發(fā)布至PSCADA通信控制器。該移交操作需要視車站級ISCS是否具有電力控制權限而定。

6)當PSCADA通信控制器與ISCS通信中斷后，自動在其通信控制器內置位，將控制權限移交到子系統(tǒng)內。ISCS保持當前的內部權限位置(中心或車站)，而外部權限標志在通信恢復后將被更新為“權限在PSCADA側”。通信中斷期間，ISCS側不能發(fā)起控制。

控制權移交流程如圖3所示。

3.2 BAS權限移交

3.2.1 BAS-ISCS 權限移交

圖3 PSCADA權限移交流程

BAS與 ISCS之間采用“中心級 ISCS—車站級ISCS—車站BAS維護工作站”三級權限移交。BAS控制權限移交粒度按組(包括通風空調、低壓照明、水系統(tǒng)和電扶梯)為單位來進行設置。組的細化程度可在不影響功能正常實現的前提下自由調節(jié)，如通風空調組可拆分為A/B端的大/小系統(tǒng)等?？紤]到單個設備手動移交可能導致時間表、模式控制的執(zhí)行失敗，因此BAS不設置單設備的手動移交功能。

在ISCS與BAS之間的權限移交中，BAS的默認控制權限在車站ISCS工作站。

1)在車控室ISCS工作站上，具有權限的操作員允許手動將控制權移交給控制中心或下發(fā)至BAS維護工作站。其操作步驟為:車站操作員發(fā)起，目的地人員確認。

2)在控制中心，具有權限的操作員允許手動將控制權交還給車站ISCS，或下發(fā)給BAS維護工作站。其操作步驟為:控制中心操作員發(fā)起，目的地人員確認。

3)在控制中心，具有權限的操作員允許強制收回車站ISCS或BAS維護工作站控制權。其操作步驟為:控制中心操作員執(zhí)行強制收回，無需對端確認。

4)在BAS維護工作站，具有權限的操作員允許手動將控制權交還控制中心或車站ISCS。其操作步驟為:由環(huán)控維護人員發(fā)起，向ISCS進行權限移交，ISCS內部權限位置即為對應的移交目的地。

5)當BAS-PLC與ISCS通信中斷后，自動在PLC內部置位，將控制權限移交到子系統(tǒng)內。ISCS保持當前的內部權限位置(中心或車站)，而外部權限位置在通信恢復后將被更新為“權限在BAS側”。通信中斷期間，ISCS側不能發(fā)起控制。

控制權移交流程如圖4所示。

圖4 BAS權限移交流程

3.2.2 BAS 內部權限移交

以地下站為例，BAS系統(tǒng)的軟件按功能結構如圖5所示。

圖5 BAS軟件結構

BAS維護工作站及維護終端(觸摸屏)作為BAS維護設備，為車站ISCS工作站的后備手段，可以在脫離車站ISCS的干預下實現對整站設備的單操、模式控制。維護工作站針對整站設備，維護終端只針對車站B端的現場設備。因而，BAS內部存在兩級權限移交，通過在BAS維護工作站和維護終端之間設置一個內部信息點，用以定義BAS側內部的權限位置，默認情況下為維護工作站。

當權限在BAS維護工作站時，可以向車站ISCS工作站或B端觸摸屏移交權限，經目的地人員確認后，完成移交。在緊急情況下，車站ISCS工作站可強制收回控制權限，維護工作站無需主動請求，僅做相關信息的提示。

控制權限在觸摸屏維護終端時，可向BAS維護工作站移交權限，經目的地人員確認后完成移交。在緊急情況下，維護工作站可強制收回控制權限，維護終端無需主動請求，僅做相關信息的提示。

4 結語

隨著城市化進程的推進，以及擴大內需和發(fā)展低碳經濟的需要，城市軌道交通憑借其運量大、速度快、安全、準點、環(huán)保、節(jié)能等特點，已成為實現城市交通可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。綜合監(jiān)控系統(tǒng)憑借統(tǒng)一的軟硬件平臺，可實現最大化的信息互通、資源共享，得到了越來越廣泛的應用。由于各級各類操作員體系龐大，且監(jiān)控范圍不可避免地存在交叉，因此不同操作員在多個位置均能對某個受控對象進行控制操作。如果不進行管理，可能會造成人為操作事故，影響線路運營。因此，權限移交功能是從技術層面、管理角度保障系統(tǒng)內設備安全可靠運行的基礎，通過移交分類、原則和設計方案，總結了國內多條地鐵線路的實施經驗，可在今后的工程設計實施中加以借鑒。

［1］GB 50157—2003地鐵設計規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2003.

［2］GB 50636—2010城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)工程設計規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2010.

［3］魏曉東.城市軌道交通自動化系統(tǒng)與技術［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2004.

［4］北京地鐵5號線綜合監(jiān)控系統(tǒng)招標文件［G］.北京，2005.

［5］北京軌道交通房山線綜合監(jiān)控系統(tǒng)招標文件［G］.北京，2008.

［6］北京地鐵9號線綜合監(jiān)控系統(tǒng)招標文件［G］.北京，2009.

Design of Control Authority Transfer of Integrated Supervision and Control System in Urban Rail Transportation

Zhao Chenchen1Li Yonghong2
(1.NARI Group Corporation，Nanjing 211106;2.Beijing Urban Construction Design＆ Development Group Co.，Ltd.，Beijing 100037)

Abstract:Based on the applications in several rail transit lines，the classification and pattern of control authority transfer of Integrated Supervision and Control System(ISCS)is summarized according to the principle of three-level control structures and uniqueness of operation right.Furthermore，the method and process of realization of control authority transfer of each classification are analyzed in detail.The multistage transfer of control authority of the integration system of ISCS，such as power supervisory control and data acquisition system，building automation system，are concluded.

Key words:urban rail transit;Integrated Supervision and Control System(ISCS);control authority;transfer

U231.8

A

1672-6073(2014)01-0104-04

10.3969/j.issn.1672-6073.2014.01.025

收稿日期:2013-04-25

2013-05-31

作者簡介:趙琛琛，女，碩士研究生，工程師，項目經理，從事軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)技術研究和工程實施，cc.z@163.com

(編輯:郭 潔)