城市軌道交通并行程控卡片設(shè)計(jì)

陳輝 劉懿

(成都地鐵有限責(zé)任公司 成都610081)

程序自動(dòng)控制是城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)的最大特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。通過預(yù)先的程序設(shè)定實(shí)現(xiàn)一組或一系列開關(guān)的連續(xù)自動(dòng)控制，大大縮短了人工遠(yuǎn)程操作的時(shí)間，提升了設(shè)備操控的自動(dòng)化水平。

程控卡片是一系列停送電程序組的統(tǒng)稱，每張卡片由一組需要連續(xù)操作和控制的開關(guān)序列組成。程控卡片執(zhí)行的效率直接關(guān)系到夜間檢修作業(yè)的可用時(shí)間，與線網(wǎng)條件下的運(yùn)營維護(hù)和檢修息息相關(guān)。

如何在現(xiàn)有程控卡片設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)控制策略，提升執(zhí)行效率，具有重要意義。

1 傳統(tǒng)電力監(jiān)控系統(tǒng)程控卡片

1.1 傳統(tǒng)程控卡片的設(shè)計(jì)

電力監(jiān)控系統(tǒng)中的程控(即程序遙控)是一系列單獨(dú)遙控的控制序列組合，在程控功能執(zhí)行過程中，不需要調(diào)度人員干預(yù)，可自動(dòng)完成一系列設(shè)備的操作，因此大大節(jié)省了設(shè)備的操作時(shí)間，提升了操作效率。

城市軌道交通程控卡片的設(shè)計(jì)采用開關(guān)序列順序控制(串行)的方式，即一個(gè)開關(guān)動(dòng)作完成后，執(zhí)行下一個(gè)開關(guān)的動(dòng)作指令。一旦指令執(zhí)行失敗，該條程控卡片失敗，返回或者需要人工干預(yù)選擇重試。以城市軌道交通晚間停運(yùn)后全線停電的程控卡片為例，其設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)全線停電程控卡片執(zhí)行流程

由于地鐵電力監(jiān)控系統(tǒng)(包括集成綜合監(jiān)控系統(tǒng))設(shè)備間的通信一般都采用IEC 60870-5-104協(xié)議，操作對象在操作時(shí)都按照“選中—反校—執(zhí)行—反饋”的流程，因此單個(gè)對象的操作時(shí)間要比一般被控對象長，現(xiàn)場實(shí)測在1～3 s。

1.2 傳統(tǒng)程控卡片的優(yōu)點(diǎn)

傳統(tǒng)地鐵程控卡片的實(shí)施，提升了電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備操作的自動(dòng)化水平，主要體現(xiàn)在3個(gè)方面。

一是操作速度更快。設(shè)備自動(dòng)化程度更高，操作更迅速，縮短了操作時(shí)間，提升了管理水平。

二是自動(dòng)化水平更高。全部由程序進(jìn)行控制，減少了調(diào)度員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

三是操作可靠性更高。在執(zhí)行過程中不需要人工干預(yù)，減少了人員誤操作的可能。

1.3 傳統(tǒng)程控卡片的不足

當(dāng)軌道交通線路較長時(shí)(超過10個(gè)牽引變電所)，全線執(zhí)行一次停送電需要操作近百個(gè)對象，由于程控卡片控制是逐個(gè)進(jìn)行的，一次全線停電程控卡片執(zhí)行下來，仍然需要10～20 min，控制效率仍有進(jìn)一步提升空間。

2 程控卡片的設(shè)計(jì)改進(jìn)

2.1 由串行到并行控制的可行性分析

傳統(tǒng)的程控卡片受早期計(jì)算機(jī)設(shè)備處理能力和軟件平臺(tái)的限制，采用逐個(gè)開關(guān)串行控制的方式。隨著自動(dòng)化水平的飛速發(fā)展，特別是地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的大規(guī)模推廣和應(yīng)用，為多線程同時(shí)并行執(zhí)行多個(gè)開關(guān)設(shè)備提供了可能。

開關(guān)并行控制為多線程控制的理念，由計(jì)算機(jī)設(shè)備同時(shí)分別執(zhí)行相互沒有邏輯干擾的牽引變電所回路的停送電作業(yè)。主變電所間、回路間、開關(guān)間通過適當(dāng)?shù)目刂撇呗詢?yōu)化，可以大大縮短設(shè)備在“選擇—反?！鄙系臅r(shí)間浪費(fèi)，從而通過并發(fā)控制縮短整體操控時(shí)間。并行程控卡片的設(shè)計(jì)流程見圖2。

2.2 并行控制下的安全策略

并發(fā)控制的首要任務(wù)是保障安全，應(yīng)充分考慮不同供電分區(qū)之間的相互影響和不安全因素，并采取相應(yīng)的安全控制措施。

一是同一牽引變電所下可以并發(fā)控制開關(guān)的數(shù)量應(yīng)結(jié)合軟件能力進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化和調(diào)整，不同開關(guān)在最后的分合閘瞬間應(yīng)進(jìn)行時(shí)序控制(可設(shè)置統(tǒng)一定時(shí)器，確保每個(gè)定時(shí)器一定時(shí)間范圍內(nèi)只有一條控制指令發(fā)出)，以避免多開關(guān)同時(shí)分合閘造成沖擊。

圖2 并行全線停電程控卡片執(zhí)行流程

二是斷路器與隔離開關(guān)之間的順序控制關(guān)系不能改變，操作前仍然需要進(jìn)行聯(lián)鎖檢查，以確保安全。一旦設(shè)備操作失敗，相應(yīng)聯(lián)鎖條件影響范圍內(nèi)的開關(guān)控制也應(yīng)終止。

三是每個(gè)牽引變電所不同分區(qū)的停送電應(yīng)單獨(dú)設(shè)計(jì)為小的程控卡片。通過開關(guān)分組，把有影響關(guān)系的供電臂開關(guān)關(guān)聯(lián)起來，一個(gè)開關(guān)故障，只終止與其有關(guān)聯(lián)的開關(guān)組操作，與其無關(guān)的供電分區(qū)仍可并行執(zhí)行相關(guān)操作，減少影響范圍。

2.3 并行控制下的人機(jī)界面優(yōu)化

程控卡片最終需要通過人機(jī)界面的形式供給電力調(diào)度員使用，在人機(jī)界面設(shè)計(jì)上應(yīng)體現(xiàn)充分的靈活性。通過研究，筆者將全線的程控卡片分解為若干個(gè)小的程控卡片，每個(gè)小程控卡片的執(zhí)行是一個(gè)獨(dú)立的單元，若在并行執(zhí)行過程中出現(xiàn)意外，與該程控卡片無關(guān)的程控卡片仍將執(zhí)行到位，相關(guān)的人機(jī)界面見圖3所示。

圖3 全線停電程控卡片人機(jī)界面

從圖中可以看出，全線的程控卡片可以分解為多個(gè)小的程控卡片，在執(zhí)行全線停送電時(shí)可以選擇“全線、上行、下行和自定義勾選”等多種方式，后臺(tái)程序根據(jù)選擇范圍，采用并行執(zhí)行的方式進(jìn)行停送電操作。每個(gè)子程控卡片執(zhí)行狀態(tài)和結(jié)果以文本信息方式在文本框中顯示。若出現(xiàn)子程控卡片執(zhí)行失敗，調(diào)度操作人員可以點(diǎn)擊詳細(xì)信息進(jìn)入具體信息頁面，選擇單獨(dú)操作或者子程控卡片重試操作，為調(diào)度人員提供了更多靈活性。

3 成都地鐵并行程控卡片科研情況

3.1 科研過程

成都地鐵1、2號(hào)線從2014年7月起啟動(dòng)了綜合監(jiān)控系統(tǒng)并行程控卡片的科研立項(xiàng)和相關(guān)測試工作。成都地鐵1號(hào)線于2014年12月15日率先實(shí)現(xiàn)了全線并行程控，預(yù)計(jì)從2015年12月22日開始試用，使整體效率得到大幅提升。

3.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

并行程控卡片的研究僅僅是利用綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件平臺(tái)的軟件開發(fā)進(jìn)行完善，不需要投入單獨(dú)的硬件成本。軟件前期開發(fā)過程中投入不超過40萬元，一旦開發(fā)成功，在后續(xù)線路綜合監(jiān)控中還可以進(jìn)行無成本大規(guī)模推廣，降低整體成本。

從實(shí)際使用效果看，成都地鐵1號(hào)線全線(包括一期和二期工程)采用并行程控卡片后，早晚停送電時(shí)間節(jié)省20～30 min，快速停送電不僅減少了牽引系統(tǒng)的空載能耗，還大大增加了線路的夜間停電檢修作業(yè)時(shí)間，這從軌道交通線網(wǎng)日益緊張的檢修時(shí)間來看，節(jié)省的時(shí)間成本是非常高的。

3.3 實(shí)際應(yīng)用情況測評

成都地鐵1號(hào)線一期工程(17座車站)綜合監(jiān)控系統(tǒng)并行程控卡片試用期間的相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 成都地鐵程控卡片使用情況

從設(shè)備動(dòng)作看，并行控制的設(shè)備操作時(shí)間只是串行控制的1/10，操作效率明顯提高。目前是使用階段，尚需要人工對設(shè)備操作后的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行再次核實(shí)，使用成熟后完全可以優(yōu)化掉SOE(事件順序記錄)人工核查時(shí)間。從實(shí)際測試數(shù)據(jù)看，優(yōu)化后的程控卡片效率得到大幅提升，大大提高了運(yùn)營企業(yè)的夜間檢修作業(yè)水平和效率。

4 結(jié)語

通過對綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成后的電力監(jiān)控程控卡片的功能分析和設(shè)計(jì)優(yōu)化，長大線路的早晚停送電時(shí)間將縮短30 min，這對每日夜間只有5 h左右檢修時(shí)間的運(yùn)營企業(yè)來講，意義非常重大。并行程控方案在滿足控制安全邏輯的前提下，增加了多線程同時(shí)操控的概率，提升了自動(dòng)化水平。

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