北京地鐵6號線行車綜合自動化系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

金久強，王 浩

（1.中國鐵道科學研究院，北京 100081；2.中國鐵道科學研究院 電子計算技術研究所，北京 100081）

軌道交通信息系統(tǒng)

北京地鐵6號線行車綜合自動化系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

金久強1，王 浩2

（1.中國鐵道科學研究院，北京 100081；2.中國鐵道科學研究院 電子計算技術研究所，北京 100081）

北京地鐵6號線行車綜合自動化系統(tǒng)（TIAS）采用信號系統(tǒng)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)高度集成的設計方案，TIAS建立在統(tǒng)一的國產(chǎn)化軟件平臺RT21上，實現(xiàn)電力監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)、自動列車監(jiān)控系統(tǒng)等不同的業(yè)務應用功能，完成行車信息和機電設備信息之間的聯(lián)動。本文介紹北京地鐵6號線TIAS的結構及其主要業(yè)務模塊功能。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)；系統(tǒng)結構；系統(tǒng)功能；ATS；聯(lián)動功能

城市地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)是一個高度集成的系統(tǒng)，它用系統(tǒng)化的方法集成軌道交通多個子系統(tǒng)，使其形成一個有機的整體，實現(xiàn)原環(huán)控、電力監(jiān)控、通信、機電等系統(tǒng)功能，完成資源共享和信息互通，提高地鐵全線自動化水平。目前，國內(nèi)地鐵運營線路多采用適度集成模式，通信、列車自動監(jiān)控（ATS）等有特殊要求和影響行車安全的系統(tǒng)仍獨立設置。這種結構最大的缺點是不能實現(xiàn)系統(tǒng)間高效的聯(lián)動，一旦行車過程中出現(xiàn)故障，各系統(tǒng)間響應速度不夠，限制了地鐵的運營管理。

北京地鐵6號線行車綜合自動化系統(tǒng)（TIAS）基于現(xiàn)有的ATS和綜合監(jiān)控系統(tǒng)，在不影響各系統(tǒng)使用的前提下，從系統(tǒng)總體架構、網(wǎng)絡、硬件、軟件接口及人機操作界面等方面進行深度集成統(tǒng)一。TIAS建立在統(tǒng)一的國產(chǎn)軟件平臺RT21的基礎上，實現(xiàn)電力監(jiān)控（PSCADA）、環(huán)境與設備監(jiān)控（BAS）、ATS等系統(tǒng)不同業(yè)務應用功能，可以為運營管理提供統(tǒng)一的調度、維護、網(wǎng)絡管理和培訓。本文對北京地鐵6號線TIAS的結構和實現(xiàn)的功能進行詳細介紹。

1 TIAS結構

北京地鐵6號線TIAS主要由位于主控制中心（小營）的中央級TIAS、網(wǎng)絡管理系統(tǒng)（NMS）、設備維護管理系統(tǒng)（DMS），位于各車站的車站級TIAS、DMS，位于停車場的TIAS等組成。

1.1 中央級系統(tǒng)

中央級系統(tǒng)是地鐵6號線的控制中心，TIAS的備用控制中心設置在五里橋車輛段。中央級系統(tǒng)主要為行調、電調、環(huán)調、維調、總調等服務，通過與廣播（PA）、閉路電視監(jiān)控（CCTV）等系統(tǒng)集成、與乘客信息系統(tǒng)（PIS）、時鐘（CLK）、報警（ALM）、線路中心（MLC）、運營指揮中心（TCC）、電能質量管理（PQSS）、不間斷電源（UPS）、換乘線路控制中心等系統(tǒng)互聯(lián)，實現(xiàn)控制中心調度人員對地鐵的集中監(jiān)控。中央級結構如圖1所示。

圖1 中央級結構

中央級系統(tǒng)設計采用分層、分布式設計，應用C/S結構，TCP/IP協(xié)議。中央級TIAS通過通信骨干網(wǎng)將站級信息匯集到0CC，從而實現(xiàn)以行車指揮為核心的多系統(tǒng)綜合自動控制。

1.2 車站級系統(tǒng)

車站級控制系統(tǒng)如圖2所示，它與ATS、PSCADA、BAS、PSD控制系統(tǒng)集成，與ATP/ATO、CLK、火災報警系統(tǒng)（FAS）、UPS系統(tǒng)等互聯(lián)，為車站運營人員服務，通過與其他相關系統(tǒng)集成、互聯(lián)，實現(xiàn)運行控制中心（OCC）調度員及車站值班員對北京地鐵6號線工程的集中監(jiān)控。

1.3 停車場TIAS

停車場TIAS采用與中心同樣的設計方式，應用標準的TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)信息互聯(lián)。系統(tǒng)通過停車場局域網(wǎng)采集現(xiàn)場級相關信息，從而實現(xiàn)對停車場內(nèi)相關系統(tǒng)的監(jiān)控。當中心TIAS或傳輸骨干網(wǎng)發(fā)生故障時，停車場TIAS仍正常運行并實現(xiàn)原有功能。

1.4 設備維護管理系統(tǒng)

本系統(tǒng)目的在于確定北京地鐵6號線上安裝的DMS適用的功能要求。DMS用于TIAS各類設備及其它相關系統(tǒng)設備維護信息的采集和分析、輔助調度員管理維修作業(yè)等。調度員可借助設備管理系統(tǒng)監(jiān)督設備/系統(tǒng)的運行狀態(tài)，制定維修計劃與安排維修工作，達到比傳統(tǒng)人工方式更加有效的效果。

DMS架構基于Web，其體系結構中應用服務器、數(shù)據(jù)庫等均為冗余、熱備配置。DMS對TIAS各子系統(tǒng)的所有設備運行狀態(tài)進行統(tǒng)一監(jiān)視與集中報警管理，功能定位為就地監(jiān)測和遠程報警。DMS采用標準簡單網(wǎng)管協(xié)議（SNMP）采集TIAS相關設備狀態(tài)信息，只要符合接口標準，即可納入DMS監(jiān)測范圍。DMS主要服務于地鐵工程供電專業(yè)維護人員、機電專業(yè)維護人員、信號專業(yè)維護人員。

1.5 網(wǎng)絡管理系統(tǒng)

圖2 車站級系統(tǒng)結構

網(wǎng)絡管理系統(tǒng)（NMS）負責對TIAS主要設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)測和報警。NMS位于中心及車輛段維修中心系統(tǒng)設備機房。NMS由中心服務器和終端工作站構成，在北京地鐵6號線中主要包括中心NMS服務器、KVM服務器以及備用中心NMS服務器和位于中心網(wǎng)管室的NMS工作站、KVM工作站、打印機等。NMS服務器通過中心網(wǎng)絡交換機連接到骨干網(wǎng)，從全線的TIAS設備上獲取數(shù)據(jù)。

NMS是TIAS的“管理中心”，支持TCP/IP和SNMP標準。NMS負責監(jiān)視的設備主要有：TIAS服務器、TIAS工作站、交換機、FEP前置機。NMS的作用是監(jiān)測TIAS服務器和工作站的硬件狀態(tài)及軟件運行狀態(tài)；監(jiān)測交換機端口的通斷狀態(tài)及網(wǎng)絡情況；監(jiān)測FEP前置機的運行狀態(tài)及與下面各個子專業(yè)的通信情況；在設備發(fā)生故障時，以告警的形式提醒維護人員，并記錄在事件中。

NMS以一定的周期對全線所有的網(wǎng)絡設備運行情況進行掃描，通過SNMP協(xié)議獲取每一臺設備的SNMP代理模塊中設備的運行信息，一旦發(fā)現(xiàn)某一臺設備運行異常，會根據(jù)具體情況自動生成指定的消息格式發(fā)送給報警處理的應用程序，再由該應用程序轉發(fā)給NMS工作站，在HMI監(jiān)視畫面上通過聲光報警提醒維護人員注意。

2 TIAS功能實現(xiàn)

北京地鐵6號線TIAS采用RT21平臺軟件，其通用功能適用于TIAS接入的所有集成和互聯(lián)子系統(tǒng)。北京地鐵6號線的TIAS功能主要包括通用管理、ATS、PSCADA、BAS、聯(lián)動功能、緊急控制、與其它系統(tǒng)集成等功能模塊。

2.1 通用管理

通用管理模塊是對系統(tǒng)正常運行的維護工作，包括數(shù)據(jù)庫管理、操作員與操作站權限的劃分、系統(tǒng)安全域權限劃分、操作互斥與操作授權、歷史數(shù)據(jù)存檔等功能。

2.2 列車自動監(jiān)控（ATS）功能實現(xiàn)

TIAS實現(xiàn)了原ATS系統(tǒng)功能，包括車站現(xiàn)地控制、行車信息顯示以及列車運行時刻管理等。

車站現(xiàn)地控制通過現(xiàn)地工作站的集中設備，車站值班員可對列車進路進行正常控制和特殊控制。車站現(xiàn)地控制包括設置列車進路、設置臨時限速、把信號機設置為自動模式、封鎖軌道區(qū)段、信號機、道岔等的信號元素，跳停、扣車、提前發(fā)車等控制。

行車信息顯示實現(xiàn)了在中央控制室，采用模擬顯示屏顯示本工程的線路、車站、停車場及車輛段布局的全景。在中央控制室及備用控制中心的行車調度臺上，以單元畫面和任意窗口詳細顯示車站、區(qū)間及車輛段、停車場的信號設備狀態(tài)和列車運行狀態(tài)的細景。全景和細景的主要內(nèi)容包括本工程線路、車站、停車場及車輛段的線路布局、目的地碼位置、列車門、安全門的狀態(tài)、ATS通道狀態(tài)信息以及中心和車站及車場電源設備狀態(tài)信息。

列車運行時刻圖/時刻表管理通過調度員輸入基本運行圖的基本數(shù)據(jù)如各區(qū)間運行時間、列車折返要求等，系統(tǒng)能在計算機輔助下自動完成編制，基本運行圖/時刻表作為系統(tǒng)指揮列車運行的一種原始數(shù)據(jù)，編制完畢后以實際時間10倍的速度進行列車運行的模擬和仿真，以在運行圖編輯工作站上通過系統(tǒng)檢測基本運行圖/時刻表編制的可行性和合理性，分類存入數(shù)據(jù)庫內(nèi)，以備調度員隨時調用。

2.3 電力監(jiān)控功能實現(xiàn)

TIAS的電力監(jiān)控（PSCADA）模塊分為中心級監(jiān)控和車站級電力監(jiān)控。中心級TIAS主要實現(xiàn)控制、數(shù)據(jù)采集處理、顯示、報警、查詢等功能。車站級TIAS可以通過測試按鈕向變電所發(fā)送測試信息，當PSCADA收到信息時，變電所內(nèi)繼電器完成相應動作，并由智能測控單元采集繼電器動作信號。變電所自動化系統(tǒng)向車站控制室返回繼電器動作信號。系統(tǒng)還可以顯示供電系統(tǒng)圖、牽引網(wǎng)系統(tǒng)圖、各變電所主接線圖、停送電程控畫面、報警/預告畫面等。此外電力監(jiān)控系統(tǒng)還具有供電系統(tǒng)控制閉鎖功能和遙控屏蔽功能。

2.4 環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)功能實現(xiàn)

TIAS的環(huán)境與設備監(jiān)控（BAS）模塊是對車站環(huán)境設備如暖通空調、給排水等進行全面、有效地自動化監(jiān)控及管理，全面監(jiān)視設備運行狀態(tài)，控制各設備的開啟和關停，以滿足地鐵運營條件。

TIAS實現(xiàn)以下功能。

（1）數(shù)據(jù)采集

車站行車綜合自動化系統(tǒng)負責采集現(xiàn)場的環(huán)境參數(shù)、設備運行狀態(tài)等信息，其結果形成設備運行數(shù)據(jù)和歸檔數(shù)據(jù)實時或定時上傳給中央級，中央級對全線的上傳數(shù)據(jù)進行處理和歸檔，實時監(jiān)測各車站機電設備的運行狀態(tài)和車站環(huán)境狀況，刷新數(shù)據(jù)庫的相關記錄，必要時進行設備調控。

（2）監(jiān)視功能

中央級TIAS操作站具有多級動態(tài)圖形顯示功能。顯示北京地鐵6號線工程線路概貌圖，反映出各車站的地理位置并宏觀顯示車站級設備工作狀態(tài)（主要指環(huán)控設備）。在概貌圖上，用顏色變化及聲光區(qū)分車站環(huán)控設備的運行狀態(tài)，用顏色交替閃爍方式、聲光報警顯示車站級環(huán)控設備的故障情況，以引起操作人員的注意。

（3）模式控制

模式控制是由被集成的外部系統(tǒng)執(zhí)行的一個順序控制，如發(fā)生隧道阻塞和緊急狀況時順序啟動對應的風閥和風機。行車綜合自動化系統(tǒng)將從BAS中獲得模式狀態(tài)，并顯示在模式表中。

2.5 聯(lián)動功能實現(xiàn)

為了提高運營效率，TIAS設計了系統(tǒng)聯(lián)動功能。聯(lián)動功能的實現(xiàn)主要是基于預先定義的邏輯/描述，通過配置數(shù)據(jù)庫完成。TIAS能夠接收處理接口系統(tǒng)的報警，然后將事先編輯好的聯(lián)動命令自動發(fā)送到接口系統(tǒng)，在此過程中無需操作人員干預。

2.5.1 后臺應用模塊之間聯(lián)動

無需人工干預的聯(lián)動觸發(fā)，在事故發(fā)生時TIAS接收處理接口系統(tǒng)的報警，通過消息總線，后臺服務器應用模塊之間直接交換聯(lián)動觸發(fā)消息，TIAS自動發(fā)送相關的控制命令到事故點，完成相關系統(tǒng)聯(lián)動，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)聯(lián)動

2.5.2 客戶端視圖之間聯(lián)動

電調/環(huán)調內(nèi)部的聯(lián)動觸發(fā)，與原綜合監(jiān)控系統(tǒng)類似，按照預先定義的聯(lián)動方案，順序執(zhí)行即可。當行調和電調/環(huán)調業(yè)務之間的聯(lián)動，采用平臺提供的聯(lián)動機制，當需要進行跨業(yè)務交互時，利用控件提供的事件觸發(fā)機制和方法調用機制實現(xiàn)，如圖4所示。

圖4 聯(lián)動觸發(fā)事件

TIAS的聯(lián)動功能為軌道交通提供安全保證，是提高救援效率、減少事故影響及損失等至關重要的一環(huán)，TIAS能夠簡化各子系統(tǒng)之間的聯(lián)系，更好地實現(xiàn)聯(lián)動。

2.6 與其它系統(tǒng)集成

北京地鐵6號線TIAS除了將ATS、PSCA-DA、BAS等統(tǒng)一納入一個綜合數(shù)據(jù)信息平臺外，主用控制中心TIAS還與PA、CCTV系統(tǒng)集成，與PIS、CLK、ALM、MLC、TCC、PQSS、UPS、換乘線路控制中心聯(lián)動，TIAS與界面集成和互聯(lián)子系統(tǒng)是采用松耦合的結構，信息只是有限度的接入，主要是接收報警信息，必要時進行各系統(tǒng)相關的聯(lián)動。TIAS還接收各子系統(tǒng)的設備運行信息，進行統(tǒng)一的設備管理工作。子系統(tǒng)與TIAS有數(shù)據(jù)交換但其數(shù)據(jù)處理相對獨立。由于各界面集成和互聯(lián)系統(tǒng)在中央OCC擁有自己的信息處理中心獨立運行，故車站各互聯(lián)系統(tǒng)信息由其各自的中心系統(tǒng)管理，TIAS通過車站綜合后備盤（IBP），以硬連線方式互聯(lián)PSCADA、FAS、AFC、CCTV、屏蔽門（PSD），供緊急處理用。

3 結束語

北京地鐵6號線TIAS是國內(nèi)首個將傳統(tǒng)信號系統(tǒng)和綜合監(jiān)控系統(tǒng)進行高度集成的項目，突破了國內(nèi)地鐵基本采用各系統(tǒng)獨立的方式，承載ATS、 PSCADA、BAS等不同的業(yè)務應用功能，各業(yè)務功能模塊之間采用統(tǒng)一的平臺接口協(xié)議、實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫、人機界面以及網(wǎng)絡結構，實現(xiàn)了與車站級控制中心、中央級控制中心的數(shù)據(jù)共享。目前該系統(tǒng)已調試完畢，現(xiàn)場運行穩(wěn)定，具有抗干擾性強、信息獲取全面迅速、可靠性高等優(yōu)勢，在城市交通軌道系統(tǒng)中可廣泛推廣應用。

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責任編輯 陳 蓉

Traffic Integrated Automation System in Beijing Metro Line 6

JIN Jiuqiang1, WANG Hao2
( 1.China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China; 2.Institute of Computer Technologies, China Academy of Railway Science, Beijing 100081, China )

Signal System and Integrated Supervision and Control System were highly integrated in Traffic Integrated Automation System(TIAS) of Beijing Metro Line 6. The TIAS was established on the unif i ed home-made software platform RT21 to implement the different service function of PSCADA, BAS, ATS, and the linkage between traff i c information and electromechanical equipment information. This article introduced the structure and functions of TIAS of Beijing Metro Line 6.

Integrated Supervision and Control System; system structure; system function; ATS; linkage function

U231.7∶TP39

A

1005-8451（2015）08-0056-06

2015-05-26

金久強，在讀碩士研究生；王浩，助理研究員。