一種基于綜合監(jiān)控系統(tǒng)的模式順控方法研究

張長開，劉 佩

（南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇南京 211102）

1 引言

軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)[1-5]（ISCS）通過采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)城市軌道交通控制系統(tǒng)的集成化、數(shù)字化和智能化，大幅提高了城市軌道交通運(yùn)營的安全性和高效性。而城市軌道交通環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）作為綜合監(jiān)控系統(tǒng)深度集成的一個重要子系統(tǒng)，對車站的日常運(yùn)營起著重要的作用，其中模式控制尤為突出。BAS的模式控制[6-7]屬于一種特定的設(shè)備組控制，根據(jù)工藝設(shè)計(jì)要求，使一組機(jī)電設(shè)備按照控制要求和一定順序完成動作，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)、排煙等特定目的。在城市軌道交通行業(yè)飛速發(fā)展的今天，便捷、高效、安全的模式控制方式越來越受到眾多地鐵運(yùn)營單位的重視。

針對模式控制繁雜的特點(diǎn)，目前已有時間表功能來輔助運(yùn)營人員進(jìn)行日常的模式控制，時間表功能通過預(yù)先定義不同模式的執(zhí)行時間和要執(zhí)行的模式號，將時間表下發(fā)到車站端的可編程邏輯控制器（PLC），由PLC根據(jù)設(shè)定的時間執(zhí)行相應(yīng)的模式。由于時間表是提前下發(fā)于車站，如果遇到臨時情況需要修改，修改和下發(fā)過程較為麻煩；如果直接進(jìn)行模式控制則需要切換模式控制方式，再下發(fā)模式控制命令，則給調(diào)度增加了額外的負(fù)擔(dān)；如果多個車站出現(xiàn)同樣的需求，效率就會大幅的降低。因此調(diào)度人員急需一種新的模式控制方式來滿足日常運(yùn)營的需要。

基于以上需求，本文提出了一種基于綜合監(jiān)控系統(tǒng)的模式順控方法（以下簡稱“模式順控”），首先建立好針對不同應(yīng)用場景的模式順控卡片，可由調(diào)度員隨時進(jìn)行在線下發(fā)，同時提供人機(jī)界面監(jiān)視預(yù)控模式的執(zhí)行狀態(tài)、執(zhí)行結(jié)果，極大地方便了調(diào)度員的日常模式操作，提高了運(yùn)營的效率。相對于傳統(tǒng)的時間表控制功能，順控卡片功能有如下優(yōu)點(diǎn)：①方便運(yùn)行模式執(zhí)行，利用模式順控卡片進(jìn)行模式控制時，不需要對控制方式進(jìn)行切換，方便快捷的實(shí)現(xiàn)全線車站BAS子系統(tǒng)運(yùn)行模式的下發(fā)和執(zhí)行；②方便查看執(zhí)行結(jié)果，利用模式順控卡片可以查看全部模式的執(zhí)行情況，包括當(dāng)前的模式號，目標(biāo)模式號，模式執(zhí)行狀態(tài)，模式別名，可以實(shí)時了解目標(biāo)模式的執(zhí)行情況。

2 模式順控功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

模式順控功能針對特定的運(yùn)行場景，通過預(yù)設(shè)一組目標(biāo)模式來完成整條線路某個運(yùn)行場景的切換。模式順控的控制對象可以是整條線路所有車站的BAS系統(tǒng)，也可以是BAS系統(tǒng)下面單獨(dú)的某一個系統(tǒng)或多個系統(tǒng)。模式順控功能可以通過人機(jī)界面（HMI）進(jìn)行手動觸發(fā)，也支持定時觸發(fā)。利用模式順控功能，調(diào)度員可以快速方便地實(shí)現(xiàn)對全線車站BAS系統(tǒng)模式的控制和切換，提高日常運(yùn)營效率和突發(fā)情況應(yīng)對效率。

2.1 模型建立

2.1.1 BAS系統(tǒng)組別模型

BAS系統(tǒng)監(jiān)控的設(shè)備有通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備、給排水設(shè)備、二通閥、射流風(fēng)機(jī)等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對全線車站及區(qū)間環(huán)境的全面、有效、自動化監(jiān)控及管理。BAS系統(tǒng)根據(jù)季節(jié)、負(fù)荷、突發(fā)事件（火災(zāi)、列車阻塞）等情況，將互相之間有工藝聯(lián)系的設(shè)備歸成一組，同時劃分了通風(fēng)大系統(tǒng)、通風(fēng)小系統(tǒng)、隧道通風(fēng)系統(tǒng)等，因此，需要通過設(shè)置BAS系統(tǒng)組別模型來針對不同的子系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)分，一方面是同一個子系統(tǒng)只能運(yùn)行一種模式的需要，另一方面通過設(shè)置BAS系統(tǒng)組別模型，可以方便調(diào)度員更快速的選擇需要執(zhí)行的模式，BAS系統(tǒng)模式組別模型信息見圖1。

圖1中，下發(fā)執(zhí)行模式測點(diǎn)名稱，表示下發(fā)執(zhí)行模式測點(diǎn)的名稱，下發(fā)執(zhí)行模式是一個模擬量輸出點(diǎn)，用于下發(fā)模式號；模式執(zhí)行結(jié)果測點(diǎn)名稱，表示模式執(zhí)行結(jié)果測點(diǎn)的名稱，模式執(zhí)行結(jié)果是一個模擬量輸入點(diǎn)，是模式下發(fā)后該模式執(zhí)行的結(jié)果對應(yīng)測點(diǎn)的名稱，模式執(zhí)行結(jié)果一般為執(zhí)行中、執(zhí)行成功、執(zhí)行失敗；模式投入狀態(tài)測點(diǎn)名稱，表示模式投入狀態(tài)測點(diǎn)的名稱，模式投入狀態(tài)測點(diǎn)是一個開關(guān)量輸入測點(diǎn)，用于表示當(dāng)前模式是否投入；當(dāng)前運(yùn)行模式測點(diǎn)名稱，表示當(dāng)前運(yùn)行模式測點(diǎn)的名稱，當(dāng)前運(yùn)行模式測點(diǎn)是模擬量輸入點(diǎn)，表示當(dāng)前執(zhí)行模式結(jié)果的測點(diǎn)。

2.1.2 模式組別模型

BAS系統(tǒng)下面的通風(fēng)大系統(tǒng)、通風(fēng)小系統(tǒng)、隧道通風(fēng)系統(tǒng)等每個子系統(tǒng)里面又設(shè)計(jì)了不同的模式來完成不同的運(yùn)行場景，例如，大系統(tǒng)里面有小新風(fēng)空調(diào)季、全新風(fēng)空調(diào)季、通風(fēng)季、排熱工況，隧道通風(fēng)系統(tǒng)里面包括夜間停運(yùn)狀態(tài)、正常運(yùn)行狀態(tài)、通風(fēng)換氣狀態(tài)等模式，每種場景都對應(yīng)一個特殊的模式號，因此，在BAS系統(tǒng)組別模型下面設(shè)置模式組別模型來存儲相應(yīng)的模式信息，建立一套完整的描述BAS系統(tǒng)各個模式的模型，包括模式ID號、模式名、模式號和模式描述，實(shí)現(xiàn)對各個模式具體描述和實(shí)際展示的功能。模式組別模型信息見圖2，圖2中，模式名稱，表示各個模式名稱；模式號，表示各個模式對應(yīng)的模式號；模式描述，表示各個模式的描述。

BAS系統(tǒng)組別模型下面包含模式組別模型，共同構(gòu)成了模式順控功能的模型基礎(chǔ)。例如，某個車站下面的BAS系統(tǒng)分成了通風(fēng)大系統(tǒng)、通風(fēng)小系統(tǒng)、隧道通風(fēng)系統(tǒng)，則系統(tǒng)組別模型里面就包含通風(fēng)大系統(tǒng)、通風(fēng)小系統(tǒng)、隧道通風(fēng)系統(tǒng)，而通風(fēng)大系統(tǒng)下面可以有多個模式，則模式組別模型就對應(yīng)多個模式，其中一個模式叫小新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，它的模式名是D2，模式號是101，模式描述就是小新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)?；谶@個模型，就可以對BAS系統(tǒng)下面各個子系統(tǒng)的各個模式有一個非常清晰的認(rèn)識。

2.1.3 模式順控模型

模式順控功能是針對全線所有車站的BAS系統(tǒng)進(jìn)行模式控制，為方便調(diào)度員能夠?qū)崟r監(jiān)視模式的執(zhí)行情況，模式順控模型除了目標(biāo)模式號之外，還要包含該模式的其他信息以實(shí)現(xiàn)對該模式運(yùn)行情況的全景監(jiān)控，模式順控的具體信息見圖3，圖3中，車站名，表示被控模式所在的車站；子系統(tǒng)名，表示被控模式所在的子系統(tǒng)；目標(biāo)模式名，表示被控模式對應(yīng)的目標(biāo)模式的名稱；目標(biāo)模式值，表示目標(biāo)模式對應(yīng)的數(shù)值，是系統(tǒng)需要下發(fā)的實(shí)際控制值，比如，目標(biāo)模式值199對應(yīng)模式名“D0”；當(dāng)前模式別名，表示被控模式對應(yīng)的目標(biāo)模式的常規(guī)描述，模式別名是對模式名的一個補(bǔ)充，代表其具體的模式，例如，模式名叫“D0”，模式別名叫“清零狀態(tài)”；工況，表示被控模式對應(yīng)的名稱；當(dāng)前模式執(zhí)行結(jié)果，表示被控模式實(shí)際的執(zhí)行結(jié)果，一般是失敗、執(zhí)行中、執(zhí)行成功；當(dāng)前模式投入狀態(tài)，表示被控模式當(dāng)前的投入狀態(tài)。

基于以上模式順控模型信息，調(diào)度員可以快速了解每個車站、每個模式的具體信息，在實(shí)際的操作中也可以快速發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。

2.2 模式順控編輯

模式順控功能以模式順控卡片的形式體現(xiàn)在實(shí)際的綜合監(jiān)控系統(tǒng)里面。針對不同的運(yùn)行場景，系統(tǒng)可以增加不同的模式順控卡片來進(jìn)行應(yīng)對。在新增順控卡片之前，首先按照各個車站預(yù)先定義好的模式信息將每個車站的BAS系統(tǒng)組別模型和模式組別模型定義完整，方便調(diào)度員快速選擇不同車站的不同目標(biāo)模式。

定義完模式相關(guān)的信息之后，可以開始進(jìn)行順控卡片的編輯。調(diào)度員可以利用綜合監(jiān)控系統(tǒng)提供的在線監(jiān)視工具新增一張順控卡片表，用于某種特定的模式控制場景，例如，“全線大系統(tǒng)開啟”。新增完順控卡片之后，再在卡片里面針對不同的車站添加對應(yīng)的目標(biāo)模式。新增模式控制命令時，在線工具會自動到上述BAS系統(tǒng)組別模型和模式模型里面查找相關(guān)信息，依次選擇車站、該車站BAS系統(tǒng)組別下面的對應(yīng)子系統(tǒng)、該子系統(tǒng)下面的目標(biāo)模式，選擇完目標(biāo)模式之后進(jìn)行信息保存，之后上述信息將被保存在綜合監(jiān)控系統(tǒng)里面，調(diào)度員可以按照這個順序依次將各個車站的目標(biāo)模式添加進(jìn)去，形成一張完整的順控卡片。

順控卡片編輯功能見圖4，其具有沖突執(zhí)行檢查的功能，它可以允許單個車站內(nèi)多個子系統(tǒng)的模式號同時運(yùn)行，而不允許同一個子系統(tǒng)的多個模式號同時運(yùn)行。

2.3 模式順控下發(fā)

綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式系統(tǒng)，因此模式順控功能中目標(biāo)模式的下發(fā)也是分層執(zhí)行的。調(diào)度人員在針對不同應(yīng)用場景定制好不同的模式順控卡片之后，在HMI上選擇需要下發(fā)的順控卡片進(jìn)行模式控制的下發(fā)。

模式控制命令首先下發(fā)到控制中心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，控制中心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)的順控服務(wù)收到模式順控卡片的控制命令后會對控制命令進(jìn)行解析和梳理，并進(jìn)行模式投入狀態(tài)的校驗(yàn)和控制權(quán)限的校驗(yàn)，如果控制權(quán)限校驗(yàn)不通過，則不會對相應(yīng)車站的綜合監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)控制命令；如果校驗(yàn)通過后，則將各個車站的目標(biāo)模式控制命令下發(fā)到對應(yīng)車站的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，車站的綜合監(jiān)控系統(tǒng)收到控制中心下發(fā)的模式控制命令后，只對模式控制命令本身進(jìn)行簡單的校驗(yàn)，如果滿足控制條件則將其發(fā)送到對應(yīng)的BAS系統(tǒng)，由BAS系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的模式；BAS系統(tǒng)收到模式控制命令后開始執(zhí)行目標(biāo)模式，并將執(zhí)行信息返回到車站的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，車站的綜合監(jiān)控系統(tǒng)再將模式執(zhí)行信息返回到控制中心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)。以上就是一個完整的順控卡片的控制過程和信息的返回過程流程，見圖5。經(jīng)此流程，調(diào)度員可以通過控制中心的HMI查看到各個車站的目標(biāo)模式執(zhí)行的具體過程和具體結(jié)果信息，包括目標(biāo)模式號、當(dāng)前模式號、工況和模式的執(zhí)行狀態(tài)。

3 模式順控應(yīng)用

通過上述模式順控功能及流程的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，就可以在城市軌道交通的綜合監(jiān)控系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)模式順控功能。

3.1 在環(huán)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

在實(shí)際的環(huán)調(diào)工作中，每天早晨調(diào)度員需要對全線車站的大系統(tǒng)進(jìn)行通風(fēng)，以便做好線路運(yùn)營前的準(zhǔn)備。調(diào)度員可以利用綜合監(jiān)控系統(tǒng)的HMI，添加一個模式順控卡片，名為“全線大系統(tǒng)早間啟動”，將所有車站的大系統(tǒng)模式添加到模式順控卡片中去。

每天早晨，調(diào)度員可以打開模式順控卡片的控制界面，選中“全線大系統(tǒng)早間啟動”卡片，點(diǎn)擊下發(fā)按鈕，則全線所有車站BAS系統(tǒng)的大系統(tǒng)都會執(zhí)行目標(biāo)模式，調(diào)度員可以在線監(jiān)視每個車站的大系統(tǒng)模式控制的執(zhí)行情況，當(dāng)出現(xiàn)執(zhí)行失敗時，可以聯(lián)系車站值班人員快速檢查問題，保證每個車站的模式控制順利執(zhí)行。

如果遇到特殊情況，例如，應(yīng)對假日的大客流或者惡劣天氣的情況，調(diào)度員可以利用綜合監(jiān)控系統(tǒng)提供的 HMI，快速地新增一張新的模式順控卡片用于這些特定的運(yùn)營場景，利用簡單的操作就可以實(shí)現(xiàn)這些場景的應(yīng)對。

正常情況下，模式順控卡片功能主要實(shí)現(xiàn)全線多個車站的并行模式控制，因此僅有中央調(diào)度員有權(quán)限進(jìn)行編輯和下發(fā)。實(shí)際使用時，系統(tǒng)也支持車站內(nèi)不同子系統(tǒng)的多個模式同時下發(fā)，中央級和車站級模式控制的控制權(quán)限可以通過權(quán)限移交功能進(jìn)行切換。

3.2 與時間表功能比較

綜合監(jiān)控時間表功能一般針對特定車站編輯特定的時間表，排定當(dāng)天各個時間點(diǎn)需要執(zhí)行的模式。例如，在早上開站時執(zhí)行大系統(tǒng)通風(fēng)模式，在晚間關(guān)站時執(zhí)行夜間停站的模式，這些內(nèi)容都需要提前固定好，以方便調(diào)度員的實(shí)時調(diào)整。當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)情況，需要執(zhí)行特殊模式時，尤其是多個車站或者整條線路需要執(zhí)行特殊模式時，時間表則無法實(shí)現(xiàn)模式的快速下發(fā)。模式順控功能很好地解決了這些問題，本文針對模式順控與時間表功能進(jìn)行對比，結(jié)果見表1。

表1 模式順控與時間表功能對比

4 結(jié)束語

模式順控功能作為綜合監(jiān)控系統(tǒng)的另一種高級應(yīng)用，可以使調(diào)度員快速簡單地在線添加、修改、控制全線車站的BAS系統(tǒng)模式，操作過程簡單，操作結(jié)果查詢方便，遇到問題可以快速反應(yīng)，體現(xiàn)了綜合監(jiān)控系統(tǒng)的核心價(jià)值。實(shí)踐證明，模式順控卡片功能大幅簡化了模式管控的過程，使得綜合監(jiān)控系統(tǒng)可更好地服務(wù)于地鐵運(yùn)營。