地鐵主控系統(tǒng)及機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)接口分析

林立峰

（大連地鐵運(yùn)營有限公司，遼寧 大連 116000）

之所以會(huì)存在地鐵主控系統(tǒng)，關(guān)鍵原因是希望通過其將地鐵系統(tǒng)當(dāng)中各個(gè)分散的模塊借助互聯(lián)網(wǎng)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行整合，讓多個(gè)原本孤立的模塊可以信息共享、資源互通，提高多方面的資源整合能力，在切實(shí)提高自動(dòng)化水平的基礎(chǔ)上，讓城市軌道交通得以生成快速、高效的信息通道。以此為基礎(chǔ)，地鐵機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的存在，能夠從技術(shù)層面切實(shí)提高地鐵對(duì)各類突發(fā)事件的應(yīng)對(duì)能力，特別是今年鄭州特大暴雨所引發(fā)的地鐵事故造成社會(huì)各界高度關(guān)注的情況下，主控系統(tǒng)及機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的分析顯得尤為重要。

1 地鐵主控系統(tǒng)及機(jī)電設(shè)備監(jiān)控管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

地鐵主控系統(tǒng)即Main Control System，簡(jiǎn)稱為“MCS”，是近年來城市軌道交通關(guān)聯(lián)甚廣的技術(shù)性話題，根據(jù)實(shí)現(xiàn)方案以及設(shè)計(jì)目標(biāo)的不同，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系可以做如下劃分。

1.1 以香港機(jī)場(chǎng)為代表的地鐵主控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

香港機(jī)場(chǎng)的MCS 包括了地鐵運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的所有關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)不同環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)采集與專業(yè)監(jiān)控管理。[1]從內(nèi)容來說，香港機(jī)場(chǎng)MCS 主要包括操作員站、主控系統(tǒng)服務(wù)器、遠(yuǎn)程終端單元等接口設(shè)備，主要特點(diǎn)集中在以下幾個(gè)方面。

首先，香港機(jī)場(chǎng)子系統(tǒng)的通信數(shù)據(jù)不允許通過前端處理器直接進(jìn)入到MCS 當(dāng)中，但是和MCS 系統(tǒng)一樣，必須按照一定的通信協(xié)議進(jìn)行工作轉(zhuǎn)換。從其他角度嘗試將子系統(tǒng)接入到MCS 現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的辦法包括：通過遠(yuǎn)程終端設(shè)備轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)，以及現(xiàn)場(chǎng)過程控制系統(tǒng)直接送來的通信數(shù)據(jù)兩種方式。

其次，香港機(jī)場(chǎng)MCS 與現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的接口界面包括就地設(shè)備以及現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)。

最后，香港機(jī)場(chǎng)MCS 內(nèi)部以服務(wù)器為分界，劃分為2層網(wǎng)絡(luò)、3 層服務(wù)結(jié)構(gòu)，通過現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)分離服務(wù)器以及現(xiàn)場(chǎng)子系統(tǒng)，借助監(jiān)控通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系MCS 服務(wù)器與監(jiān)控顯示單元。如此可以在MCS 內(nèi)部最終生成采集、處理以及監(jiān)控于一體的服務(wù)體系。

1.2 傳統(tǒng)地鐵機(jī)電設(shè)備監(jiān)控管理系統(tǒng)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述：傳統(tǒng)地鐵機(jī)電設(shè)備監(jiān)控管理系統(tǒng)分為監(jiān)控系統(tǒng)控制中心以及車站管理中心，其中監(jiān)控系統(tǒng)控制中心屬于主控級(jí)（可以劃分為控制中心、車站以及就地三個(gè)級(jí)別），車站管理中心則為分控級(jí)，二者具體的功能如下所示。

1.2.1 監(jiān)控系統(tǒng)控制中心功能闡釋

首先，要對(duì)地鐵運(yùn)輸線路所涉及的各個(gè)車站站點(diǎn)，其內(nèi)部的通風(fēng)、排水、照明等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控；其次，收集各個(gè)車站站點(diǎn)的試測(cè)溫度、二氧化碳濃度、濕度參數(shù)，并對(duì)全線的用水量進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)；再次，與中央列車的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行銜接，即使接受地鐵在隧道等位置滯留所釋放的信息；再次，對(duì)各個(gè)車間設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行記錄；最后，和防災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行接口，一旦出現(xiàn)災(zāi)害時(shí)，要即刻命令環(huán)境控制系統(tǒng)嚴(yán)格按照災(zāi)害控制模式行使報(bào)警命令。

1.2.2 車站管理中心功能闡釋

首先，要對(duì)車站的照明、透風(fēng)、空調(diào)、給排水等系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控管理，針對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)及時(shí)提供報(bào)警措施；其次，需要向控制中心及時(shí)傳送設(shè)備信息，并執(zhí)行相應(yīng)的命令；再次，接收地質(zhì)災(zāi)害或其他突發(fā)性災(zāi)害報(bào)警，并且緊急啟動(dòng)防災(zāi)救治模式；最后，協(xié)調(diào)整個(gè)地鐵站的設(shè)備運(yùn)行，必要時(shí)可以委派人工對(duì)其進(jìn)行修整。

1.3 地鐵主控系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

正常情況下，地鐵主控系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)各個(gè)子系統(tǒng)的調(diào)度以及管理，借此對(duì)相關(guān)業(yè)務(wù)臺(tái)的工作進(jìn)行合理統(tǒng)籌，對(duì)各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全方位的監(jiān)控。[2]

1.3.1 阻塞模式中央聯(lián)動(dòng)功能

一旦出現(xiàn)阻塞的情況，可以結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際情況制定相應(yīng)的緊急處理措施，要協(xié)調(diào)指揮中心的工作人員及時(shí)作出工作決策、有效進(jìn)行指揮工作。如果地鐵在站臺(tái)或者隧道間的運(yùn)行受到阻礙，此時(shí)主控系統(tǒng)會(huì)受到來自ATS的信號(hào)，隨即自動(dòng)進(jìn)入到阻塞模式。此時(shí)，大屏幕會(huì)同步出現(xiàn)阻塞的消息，告知各個(gè)車間的運(yùn)行管理人員系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入阻塞模式，并在顯示屏上明確標(biāo)注地鐵的位置、運(yùn)行方向以及狀態(tài)，促使各個(gè)地區(qū)的子系統(tǒng)以及工作能源能夠及時(shí)協(xié)調(diào)互動(dòng)、消除阻塞。

1.3.2 荷載模式之下的聯(lián)動(dòng)控制功能

一旦出現(xiàn)火情，需要及時(shí)根據(jù)地鐵現(xiàn)場(chǎng)的情況制定緊急措施，并對(duì)車站的應(yīng)急措施進(jìn)行有效的監(jiān)控管理和及時(shí)指揮。當(dāng)車站以及控制中心接收到突發(fā)事件的信息指令時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)應(yīng)變?yōu)榉罏?zāi)控制和指揮中心，自動(dòng)切換至全系統(tǒng)災(zāi)害防治模式。在這樣一種情況下，主控系統(tǒng)可以將列車位置、現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警信息等進(jìn)行高度整合，讓各方面工作得到高度協(xié)調(diào)。[3]

1.3.3 固定模式之下的中央聯(lián)動(dòng)功能

如果系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)故障，直接影響到設(shè)備以及人身安全時(shí)，主控系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)入到相應(yīng)的故障處理模式，此時(shí)大屏幕也會(huì)及時(shí)進(jìn)入故障處理模式，各個(gè)相關(guān)的子系統(tǒng)彼此之間也會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的協(xié)調(diào)與互動(dòng)。

2 接口互聯(lián)及分析

2.1 系統(tǒng)級(jí)接口

系統(tǒng)級(jí)接口主要是針對(duì)子系統(tǒng)信息產(chǎn)生相應(yīng)的功能，涉及眾多的子系統(tǒng)。需要有目的性地針對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能以及性質(zhì)進(jìn)行子系統(tǒng)的整合以及安排，切實(shí)解決信息組織結(jié)構(gòu)規(guī)范化、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)分布以及信息流動(dòng)等現(xiàn)實(shí)問題。

除此之外，系統(tǒng)級(jí)接口還涉及到子系統(tǒng)的權(quán)責(zé)和義務(wù)問題。系統(tǒng)必須把握嚴(yán)格的系統(tǒng)接口規(guī)范對(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行接入，滿足信息集成所需的相關(guān)設(shè)計(jì)要求，及時(shí)解決各個(gè)子系統(tǒng)之間在分布和信息結(jié)構(gòu)方面的問題，不同結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)運(yùn)行過程中所扮演的角色、具體呈現(xiàn)出的作用等。[4]

2.2 管理級(jí)接口

其主要是指系統(tǒng)開發(fā)過程中所需要提供支持的各種管理功能，通過多個(gè)廠家合作構(gòu)成的集成系統(tǒng)內(nèi)部所需的各種軟硬件離不開各個(gè)廠家的協(xié)同與配合。而且一個(gè)具體接口的技術(shù)規(guī)范出臺(tái)之后，各方面也就存在了共同的目標(biāo)，成功開發(fā)管理級(jí)接口也就有可能變成現(xiàn)實(shí)。為了切實(shí)達(dá)到監(jiān)控管理和控制的目的，地鐵主控系統(tǒng)需要和地鐵機(jī)電設(shè)備監(jiān)控管理控制系統(tǒng)的接口進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)交換。地鐵主控系統(tǒng)不僅借助全段處理器獲得互聯(lián)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，而且還可以借助前端處理器將被繼承和互聯(lián)的數(shù)據(jù)、命令進(jìn)行連接。鑒于目前地鐵主控系統(tǒng)以及機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展水平，接口分析可以從主控系統(tǒng)互聯(lián)和集成兩個(gè)角度來展開。

2.2.1 借助地鐵主控系統(tǒng)的主干網(wǎng)絡(luò)和機(jī)電設(shè)備監(jiān)控管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和交換

如果僅僅進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，那么通信介質(zhì)的選擇一般是以太網(wǎng)。但是因?yàn)閭鹘y(tǒng)以太網(wǎng)的帶寬只有10M，很有可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)阻塞或者丟失的情況，往往需要中間設(shè)備來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。但是因?yàn)榻陙硪蕴W(wǎng)發(fā)展的速度比較迅猛，很多帶寬已經(jīng)達(dá)到了100M 以上，再加上IPV6 技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，地鐵主控系統(tǒng)讓機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)，其必將成為主流的控制方式。

如此可以讓兩個(gè)看似獨(dú)立的系統(tǒng)之間擁有銜接的方式，即使獨(dú)立的系統(tǒng)出現(xiàn)故障和問題，也不會(huì)影響到整體的運(yùn)行和管理。

2.2.2 將機(jī)電設(shè)備控制系統(tǒng)作為主控系統(tǒng)的一個(gè)被控端

這意味著地鐵主控系統(tǒng)可以直接對(duì)機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行操作管理，此時(shí)不同的系統(tǒng)之間大多并不會(huì)采用以太網(wǎng)的連接方式，而是設(shè)置專門的控制器設(shè)備。這樣的操作方式可以讓地鐵主控系統(tǒng)直接對(duì)機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和控制，能夠有效調(diào)度資源，降低管理成本。但是如果地鐵主控系統(tǒng)發(fā)生故障，那么機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)則很難實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制，而是必須配備相應(yīng)的后備措施。也就是說，兩個(gè)系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)性過高，很難實(shí)現(xiàn)真正意義上的獨(dú)立運(yùn)行。此時(shí)機(jī)電設(shè)備控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高度集成，讓地鐵主控系統(tǒng)與機(jī)電設(shè)備監(jiān)控管理系統(tǒng)之間的連接借助控制器來有所實(shí)現(xiàn)。[5]對(duì)于地鐵主控系統(tǒng)以及機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的接口，其主要有這樣兩種方式：首先，局域網(wǎng)數(shù)據(jù)接口，其主要采用RJ45 類接口；其次，串行數(shù)據(jù)接口，其主要采用RS422 和RS485 類型接口。

3 結(jié)論與展望

總而言之，步入新時(shí)期，很多城市的地鐵交通建設(shè)進(jìn)入到全新的發(fā)展階段，為其構(gòu)建相應(yīng)的集中管理和信息共享平臺(tái)是一種趨勢(shì)，也慢慢發(fā)展成為必需品。在技術(shù)不斷發(fā)展和革新的情況下，可以預(yù)見的是未來作用于這一系統(tǒng)當(dāng)中的技術(shù)還會(huì)有更為廣闊的發(fā)展前景。當(dāng)下，主控系統(tǒng)已被全面應(yīng)用于地鐵機(jī)電設(shè)備監(jiān)控管理和控制的過程中，相關(guān)研究也處在有條不紊的推進(jìn)過程中，這對(duì)于行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了一定的促進(jìn)和推動(dòng)作用。