無錫西漳地鐵車輛段模擬培訓中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)分析與設計

朱浩慶，何元超

(1.上海電氣自動化設計研究所有限公司 工程二部，上海 200223;2.無錫地鐵集團有限公司 設備物資部，江蘇 無錫 214131)

0 引言

地鐵車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)ISCS(Integrated Supervisory Control System)是一個將包括環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)、火災報警系統(tǒng)、信號系統(tǒng)在內(nèi)的多個子系統(tǒng)集成起來進行監(jiān)控和管理的統(tǒng)一平臺。隨著科學技術(shù)的進步和計算機信息集成技術(shù)的快速發(fā)展，在功能強大的上位機集成軟件開發(fā)平臺的支持下，將各個子系統(tǒng)的監(jiān)控信息匯總到一起，車站車控室的值班人員可以通過圖形化的人機界面，了解各個子系統(tǒng)及其下轄的所有設備的實時運行狀態(tài)并對其進行控制，并可以通過光環(huán)網(wǎng)，使該條地鐵線路的各個車站都可以將實時信息上傳至中央級的運營控制中心OCC(Operating Control Center)。本文以無錫西漳地鐵車輛段模擬培訓中心(下文簡稱“培訓中心”或“中心”)的ISCS為例，該中心以地鐵車站值班人員作為培訓對象，對中心的模擬車控室綜合監(jiān)控系統(tǒng)進行需求分析和設計。

1 項目簡介

西漳地鐵車輛段坐落于無錫市惠山區(qū)，承擔著地鐵1號線大部分車輛運營檢修任務。培訓中心位于園區(qū)培訓樓一樓，包括進出站閘機和自動售票機在內(nèi)，部分設備與無錫地鐵車站內(nèi)投入使用的一致，可以模擬乘客進出站以及購票全過程;室內(nèi)還有一節(jié)自帶模擬駕駛室的仿真地鐵車廂，地鐵運營車輛所具有的大部分功能都能在仿真駕駛室得以實現(xiàn)。該培訓中心最主要的任務是對駕駛員、車輛調(diào)度人員、車輛及車站運營、值班、維保人員等進行相關(guān)的專業(yè)培訓，為無錫地鐵輸送后備人才。

2 模擬培訓中心ISCS的分析及設計

2.1 地鐵車站級ISCS的基本構(gòu)成

在總體結(jié)構(gòu)上，無錫地鐵的綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用當前使用最為廣泛的兩級管理(中央、車站)和三級控制(中央、車站、現(xiàn)場)的原則設計，如圖1所示。

2.2 地鐵車站級ISCS子系統(tǒng)分類

本文著重討論的是第二級管理和控制——車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)的分析與設計。和車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)類似，車輛段培訓中心的模擬車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)ISCS從功能上進行劃分，可以分為以下幾個子系統(tǒng):

圖1 地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖

電力監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA);時鐘系統(tǒng)(CLK);廣播系統(tǒng)(PA);閉路電視系統(tǒng)(CCTV);屏蔽門系統(tǒng)(PSD);火災報警系統(tǒng)(FAS);門禁系統(tǒng)(ACS);環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)(BAS)。

地鐵車站級ISCS主要設備介紹:

1)以太網(wǎng)交換機

車輛段培訓中心采用符合IEEE802.3等相關(guān)標準的工業(yè)級以太網(wǎng)交換機，100 Mbps網(wǎng)絡端口連接設備房內(nèi)的服務器、車站前端處理器(FEP)、BAS系統(tǒng)的PLC控制器以及車控室內(nèi)的ISCS圖形工作站、打印機等設備。

2)實時服務器

設備機房內(nèi)采用冗余配置實時服務器，提供實時數(shù)據(jù)服務?？蛇M行如下數(shù)據(jù)交流:

(1)車站通行控制器，采集車站所需要的各種實時監(jiān)控數(shù)據(jù);

(2)向車控室內(nèi)的工作站提供實時數(shù)據(jù)存儲和讀寫，并提供事件和報警歷史存儲服務。

3)前端處理器(FEP)

設備房內(nèi)前端處理器(FEP)用于管理主體系統(tǒng)與各個子系統(tǒng)接口。FEP具有較強的軟件協(xié)議和硬件接口轉(zhuǎn)換能力，可有效地把各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與主體系統(tǒng)進行隔離。

4)綜合后備盤(IBP)

IBP盤位于車控室內(nèi)，是為車站培訓(值班)人員提供車站相關(guān)的后備應急控制裝置。綜合后備盤主要通過和底層各種設備的硬接線連接實現(xiàn)設備的緊急控制功能。包括:

(1)自動扶梯(含電梯)狀態(tài)監(jiān)視及緊急停止控制;

(2)高壓細水霧設備(泵組、補水泵、閥組)狀態(tài)監(jiān)視及設備啟動/關(guān)閉控制;

(3)門禁系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視及緊急釋放控制、手/自動切換控制;

(4)消防泵組設備狀態(tài)監(jiān)視及啟動/停止控制;

(5)車站環(huán)控(A端小系統(tǒng)、B端小系統(tǒng))和隧道通風系統(tǒng)、消防聯(lián)動控制及阻塞模式下的控制;

(6)車站級屏蔽門(PSD)系統(tǒng)設備狀態(tài)監(jiān)視、整側(cè)/首末開門控制;

(7)信號系統(tǒng)(SIG)的“緊急停車/取消緊急停車”、“扣車/扣車取消”控制。

2.3 綜合監(jiān)控系統(tǒng)的分析與設計

2.3.1 電力監(jiān)控系統(tǒng) (SCADA)

如圖2所示，電力監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)是ISCS重要組成部分之一。電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行對車站和線路正常運營非常重要。有別于普通地鐵車站，培訓中心并不具備高低壓柜、照明配電柜等電力監(jiān)控系統(tǒng)的設備，因此，電力系統(tǒng)SCADA的參數(shù)(包括三相電流、電壓、超溫報警等)只能通過軟件模擬產(chǎn)生和修改。

上述參數(shù)和開關(guān)量信號可預先通過PLC的內(nèi)部寄存器和中間變量IO點進行定義，上位機軟件可對其內(nèi)部寄存器和中間變量IO點進行讀寫控制，ISCS軟件對具體的參數(shù)值進行預設。同時參考實際車站SCADA系統(tǒng)常見問題和故障類型，設置了多種系統(tǒng)故障模式，培養(yǎng)地鐵運營維護人員在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時的應變能力。

SCADA系統(tǒng)排故編程流程圖如圖3所示。

圖3 SCADA系統(tǒng)排故流程圖

2.3.2 時鐘系統(tǒng) (CLK)

地鐵時鐘系統(tǒng)是地鐵通信系統(tǒng)的一個基本組成部分，為各系統(tǒng)提供統(tǒng)一的定時同步信號，使整個地鐵執(zhí)行統(tǒng)一的定時標準，確保通信系統(tǒng)及其他重要控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致［1］。

2.3.3 廣播系統(tǒng) (PA)

地鐵廣播系統(tǒng)(PA)主要用于對站內(nèi)乘客進行信息廣播，包括列車進站信息、尋人啟示以及各種緊急通知，為運營管理及維護人員廣播有關(guān)運營信息;當車站發(fā)生火災或者其它災害時，PA系統(tǒng)兼作防災廣播，對乘客進行安全疏散引導。

中心的PA系統(tǒng)按照地鐵車站級PA系統(tǒng)進行配置，系統(tǒng)設備包括整套廣播機柜和揚聲器。

廣播主機通過網(wǎng)絡與上位機進行通訊，原PA系統(tǒng)自帶的監(jiān)控軟件可進行二次開發(fā)，集成到ISCS平臺。PA系統(tǒng)可以接收多種音源輸入，包括話筒、呼叫臺、播放器(DVD)、音頻文件(.mp3)，可對模擬車控室和站臺區(qū)進行廣播或者分區(qū)廣播。

2.3.4 閉路電視系統(tǒng) (CCTV)

閉路電視系統(tǒng)可為地鐵控制中心調(diào)度員、各車站綜控室值班員、列車司機等提供有關(guān)列車運行、防災環(huán)控以及旅客疏導等方面的視覺信息，使調(diào)度室、值班室人員能及時觀察列車進出站情況和全站客流動態(tài)，以達到有效組織客運工作、提高地鐵運營能力的目的［2］。

中心的閉路電視系統(tǒng)CCTV(Closed Circuit Television System)通過設置在站廳和站臺等多個位置的固定攝像機獲取被監(jiān)視場所的實時圖像，值班人員可在車控室內(nèi)了解到中心各個場所的情況。硬盤錄像機同步錄像功能可根據(jù)安裝的硬盤容量進行長時間的視頻錄像，必要時可追溯尚未被覆蓋的過去事件。CCTV系統(tǒng)留有充足的視頻接口，可將多路視頻信號上傳至模擬車控室，集成到ISCS軟件平臺。

2.3.5 屏蔽門系統(tǒng) (PSD)

隨著人們對地鐵正常運營的考慮，以及對自身及他人人身安全日益重視，屏蔽門系統(tǒng)(PSD)被廣泛地應用到了各個城市的地鐵的站臺之上。

屏蔽門能有效地避免安全事故的發(fā)生，其社會效益顯著［3］。

屏蔽門(PSD)控制系統(tǒng)主要由一下幾個主要部分構(gòu)成:中央接口盤(包括PEDC單元及接口單元)PSC、就地控制盤(PSL)、門控單元(DCU)組、通訊介質(zhì)及通訊接口等設備。

中心屏蔽門采用半高門設計，安裝在模擬地鐵車廂車門一側(cè)。除了具有一般地鐵車站屏蔽門控制系統(tǒng)大部分功能之外，還能夠人為或系統(tǒng)隨機設置一些PSD系統(tǒng)常見故障，該套設故排故系統(tǒng)可以作為無錫地鐵屏蔽門維保人員日常培訓考核之用。

2.3.6 火災報警系統(tǒng) (FAS)

通過手報按鈕和各種煙感、溫感探頭等探測器，當探測到火情時，火災報警主機收到報警信號和該報警設備的地址編碼，值班人員調(diào)閱火災發(fā)生地點附近的監(jiān)控，確認是否為誤報，火情屬實則采取相應火災預案。在發(fā)生火災后能自動啟動報警裝置并聯(lián)動相關(guān)環(huán)控設備［4］。

模擬車控室靠近屏蔽門的立柱上設有手動報警按鈕，未來可根據(jù)需要將手報按鈕信號接入PLC的開關(guān)量輸入(DI)模塊，當PLC收到該輸入信號之后，綜合監(jiān)控系統(tǒng)平臺可彈出火災報警提示框，告知相關(guān)工作培訓人員。

FAS系統(tǒng)工作流程圖如圖4所示。

圖4 FAS系統(tǒng)工作流程圖

2.3.7 門禁系統(tǒng) (ACS)

門禁系統(tǒng)(ACS)是實現(xiàn)員工進出管理的自動化系統(tǒng)。通過ACS可實現(xiàn)自動識別員工身份，自動根據(jù)系統(tǒng)設定開啟門鎖，自動記錄交易，自動采集數(shù)據(jù)，自動統(tǒng)計、產(chǎn)生報表;通過系統(tǒng)設定實現(xiàn)人員權(quán)限、區(qū)域管理和時間控制;并可實現(xiàn)員工考勤管理功能［5］。

車站級ACS由車站門禁管理工作站、門禁網(wǎng)絡控制器和車站門禁系統(tǒng)管理軟件構(gòu)成。車站門禁管理工作站對本車站內(nèi)所有門禁終端進行監(jiān)控，具有終端設備監(jiān)控、網(wǎng)絡＆數(shù)據(jù)庫管理及數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計、保存和查詢等功能。車站ACS管理軟件可通過二次開發(fā)，集成到ISCS平臺。管理人員可以通過圖形化人機界面了解到系統(tǒng)終端設備的實時運行狀態(tài)。

2.3.8 環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng) (BAS)

如圖5所示，BAS系統(tǒng)是將現(xiàn)代科技的計算機及網(wǎng)絡技術(shù)結(jié)合機電設備自動化控制原理，以專門的地鐵環(huán)境通風空調(diào)及防災處理等理論為基礎的自動化控制系統(tǒng)，利用分布式微機控制系統(tǒng)對地鐵車站及區(qū)間隧道內(nèi)機電設備進行全面運行管理與控制，在發(fā)生火災或列車阻塞等事故情況時，能夠及時迅速地進入防災運行模式，根據(jù)FAS系統(tǒng)發(fā)送的著火點信息或列車自動控制系統(tǒng)發(fā)送的阻塞點信息自動調(diào)度送風和排風，進行通風排煙，引導人員疏散，極大地提高地鐵運營的智能化和安全性［6］。

圖5 BAS系統(tǒng)監(jiān)控對象范圍

BAS系統(tǒng)的各個現(xiàn)場級設備信號、參數(shù)通過PLC的內(nèi)部寄存器和中間變量IO點進行定義，ISCS的圖形工作站可對其內(nèi)部存儲器和中間變量IO點進行讀寫控制，對參數(shù)進行預設，改變設備運行狀態(tài)。

3 結(jié)束語

地鐵車輛段培訓中心的ISCS是PLC、軟件、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)等綜合應用成果，通過將整個中心內(nèi)所有的設備數(shù)據(jù)集中采集(模擬)、統(tǒng)一處理、單獨存儲與查詢，使得人員能夠在中心對現(xiàn)場所有設備進行了解和操作。該系統(tǒng)投入使用后，能有效提高無錫地鐵車站運營、管理效率，為無錫地鐵安全平穩(wěn)運營提供了高科技保障。

［1］譚明勇，方薇，隋志國.用GPS同步地鐵時鐘系統(tǒng)［J］.鐵道通信信號，2002，46(2):17-18.

［2］劉鐵群，閆研.地鐵既有閉路電視系統(tǒng)改造方案［J］.鐵道通信信號，2014，58(3):75.

［3］朱士祥.論地鐵站臺屏蔽門系統(tǒng)的作用及常見故障［J］.科技創(chuàng)新導報，2010，7(24):115.

［4］周瓊.淺析地鐵火災報警系統(tǒng)的風險管理［J］.機車電傳動，2012，53(4):66.

［5］張亞社.地鐵門禁系統(tǒng)及故障處理淺析［J］.中國科技縱橫，2013，12(6):141.

［6］臧正保，張慧萍.南京地鐵一號線BAS系統(tǒng)［J］.山東農(nóng)業(yè)大學學報:自然科學版，2005，36(3):415.