无锡西漳地铁车辆段模拟培训中心综合监控系统分析与设计

2015-12-15朱浩庆何元超

电气自动化 2015年5期

朱浩庆，何元超

(1.上海电气自动化设计研究所有限公司工程二部，上海 200223;2.无锡地铁集团有限公司设备物资部，江苏无锡 214131)

0 引言

地铁车站综合监控系统ISCS(Integrated Supervisory Control System)是一个将包括环境与设备监控系统、火灾报警系统、信号系统在内的多个子系统集成起来进行监控和管理的统一平台。随着科学技术的进步和计算机信息集成技术的快速发展，在功能强大的上位机集成软件开发平台的支持下，将各个子系统的监控信息汇总到一起，车站车控室的值班人员可以通过图形化的人机界面，了解各个子系统及其下辖的所有设备的实时运行状态并对其进行控制，并可以通过光环网，使该条地铁线路的各个车站都可以将实时信息上传至中央级的运营控制中心OCC(Operating Control Center)。本文以无锡西漳地铁车辆段模拟培训中心(下文简称“培训中心”或“中心”)的ISCS为例，该中心以地铁车站值班人员作为培训对象，对中心的模拟车控室综合监控系统进行需求分析和设计。

1 项目简介

西漳地铁车辆段坐落于无锡市惠山区，承担着地铁1号线大部分车辆运营检修任务。培训中心位于园区培训楼一楼，包括进出站闸机和自动售票机在内，部分设备与无锡地铁车站内投入使用的一致，可以模拟乘客进出站以及购票全过程;室内还有一节自带模拟驾驶室的仿真地铁车厢，地铁运营车辆所具有的大部分功能都能在仿真驾驶室得以实现。该培训中心最主要的任务是对驾驶员、车辆调度人员、车辆及车站运营、值班、维保人员等进行相关的专业培训，为无锡地铁输送后备人才。

2 模拟培训中心ISCS的分析及设计

2.1 地铁车站级ISCS的基本构成

在总体结构上，无锡地铁的综合监控系统采用当前使用最为广泛的两级管理(中央、车站)和三级控制(中央、车站、现场)的原则设计，如图1所示。

2.2 地铁车站级ISCS子系统分类

本文着重讨论的是第二级管理和控制——车站级综合监控系统的分析与设计。和车站级综合监控系统类似，车辆段培训中心的模拟车站级综合监控系统ISCS从功能上进行划分，可以分为以下几个子系统:

图1 地铁综合监控系统总体结构示意图

电力监控系统(SCADA);时钟系统(CLK);广播系统(PA);闭路电视系统(CCTV);屏蔽门系统(PSD);火灾报警系统(FAS);门禁系统(ACS);环境与设备监控系统(BAS)。

地铁车站级ISCS主要设备介绍:

1)以太网交换机

车辆段培训中心采用符合IEEE802.3等相关标准的工业级以太网交换机，100 Mbps网络端口连接设备房内的服务器、车站前端处理器(FEP)、BAS系统的PLC控制器以及车控室内的ISCS图形工作站、打印机等设备。

2)实时服务器

设备机房内采用冗余配置实时服务器，提供实时数据服务。可进行如下数据交流:

(1)车站通行控制器，采集车站所需要的各种实时监控数据;

(2)向车控室内的工作站提供实时数据存储和读写，并提供事件和报警历史存储服务。

3)前端处理器(FEP)

设备房内前端处理器(FEP)用于管理主体系统与各个子系统接口。FEP具有较强的软件协议和硬件接口转换能力，可有效地把各个系统的数据与主体系统进行隔离。

4)综合后备盘(IBP)

IBP盘位于车控室内，是为车站培训(值班)人员提供车站相关的后备应急控制装置。综合后备盘主要通过和底层各种设备的硬接线连接实现设备的紧急控制功能。包括:

(1)自动扶梯(含电梯)状态监视及紧急停止控制;

(2)高压细水雾设备(泵组、补水泵、阀组)状态监视及设备启动/关闭控制;

(3)门禁系统状态监视及紧急释放控制、手/自动切换控制;

(4)消防泵组设备状态监视及启动/停止控制;

(5)车站环控(A端小系统、B端小系统)和隧道通风系统、消防联动控制及阻塞模式下的控制;

(6)车站级屏蔽门(PSD)系统设备状态监视、整侧/首末开门控制;

(7)信号系统(SIG)的“紧急停车/取消紧急停车”、“扣车/扣车取消”控制。

2.3 综合监控系统的分析与设计

2.3.1 电力监控系统 (SCADA)

如图2所示，电力监控系统(SCADA)是ISCS重要组成部分之一。电力系统安全、稳定运行对车站和线路正常运营非常重要。有别于普通地铁车站，培训中心并不具备高低压柜、照明配电柜等电力监控系统的设备，因此，电力系统SCADA的参数(包括三相电流、电压、超温报警等)只能通过软件模拟产生和修改。

上述参数和开关量信号可预先通过PLC的内部寄存器和中间变量IO点进行定义，上位机软件可对其内部寄存器和中间变量IO点进行读写控制，ISCS软件对具体的参数值进行预设。同时参考实际车站SCADA系统常见问题和故障类型，设置了多种系统故障模式，培养地铁运营维护人员在电力系统出现故障时的应变能力。

SCADA系统排故编程流程图如图3所示。

图3 SCADA系统排故流程图

2.3.2 时钟系统 (CLK)

地铁时钟系统是地铁通信系统的一个基本组成部分，为各系统提供统一的定时同步信号，使整个地铁执行统一的定时标准，确保通信系统及其他重要控制系统协调一致［1］。

2.3.3 广播系统 (PA)

地铁广播系统(PA)主要用于对站内乘客进行信息广播，包括列车进站信息、寻人启示以及各种紧急通知，为运营管理及维护人员广播有关运营信息;当车站发生火灾或者其它灾害时，PA系统兼作防灾广播，对乘客进行安全疏散引导。

中心的PA系统按照地铁车站级PA系统进行配置，系统设备包括整套广播机柜和扬声器。

广播主机通过网络与上位机进行通讯，原PA系统自带的监控软件可进行二次开发，集成到ISCS平台。PA系统可以接收多种音源输入，包括话筒、呼叫台、播放器(DVD)、音频文件(.mp3)，可对模拟车控室和站台区进行广播或者分区广播。

2.3.4 闭路电视系统 (CCTV)

闭路电视系统可为地铁控制中心调度员、各车站综控室值班员、列车司机等提供有关列车运行、防灾环控以及旅客疏导等方面的视觉信息，使调度室、值班室人员能及时观察列车进出站情况和全站客流动态，以达到有效组织客运工作、提高地铁运营能力的目的［2］。

中心的闭路电视系统CCTV(Closed Circuit Television System)通过设置在站厅和站台等多个位置的固定摄像机获取被监视场所的实时图像，值班人员可在车控室内了解到中心各个场所的情况。硬盘录像机同步录像功能可根据安装的硬盘容量进行长时间的视频录像，必要时可追溯尚未被覆盖的过去事件。CCTV系统留有充足的视频接口，可将多路视频信号上传至模拟车控室，集成到ISCS软件平台。

2.3.5 屏蔽门系统 (PSD)

随着人们对地铁正常运营的考虑，以及对自身及他人人身安全日益重视，屏蔽门系统(PSD)被广泛地应用到了各个城市的地铁的站台之上。

屏蔽门能有效地避免安全事故的发生，其社会效益显著［3］。

屏蔽门(PSD)控制系统主要由一下几个主要部分构成:中央接口盘(包括PEDC单元及接口单元)PSC、就地控制盘(PSL)、门控单元(DCU)组、通讯介质及通讯接口等设备。

中心屏蔽门采用半高门设计，安装在模拟地铁车厢车门一侧。除了具有一般地铁车站屏蔽门控制系统大部分功能之外，还能够人为或系统随机设置一些PSD系统常见故障，该套设故排故系统可以作为无锡地铁屏蔽门维保人员日常培训考核之用。

2.3.6 火灾报警系统 (FAS)

通过手报按钮和各种烟感、温感探头等探测器，当探测到火情时，火灾报警主机收到报警信号和该报警设备的地址编码，值班人员调阅火灾发生地点附近的监控，确认是否为误报，火情属实则采取相应火灾预案。在发生火灾后能自动启动报警装置并联动相关环控设备［4］。

模拟车控室靠近屏蔽门的立柱上设有手动报警按钮，未来可根据需要将手报按钮信号接入PLC的开关量输入(DI)模块，当PLC收到该输入信号之后，综合监控系统平台可弹出火灾报警提示框，告知相关工作培训人员。

FAS系统工作流程图如图4所示。

图4 FAS系统工作流程图

2.3.7 门禁系统 (ACS)

门禁系统(ACS)是实现员工进出管理的自动化系统。通过ACS可实现自动识别员工身份，自动根据系统设定开启门锁，自动记录交易，自动采集数据，自动统计、产生报表;通过系统设定实现人员权限、区域管理和时间控制;并可实现员工考勤管理功能［5］。

车站级ACS由车站门禁管理工作站、门禁网络控制器和车站门禁系统管理软件构成。车站门禁管理工作站对本车站内所有门禁终端进行监控，具有终端设备监控、网络＆数据库管理及数据采集、统计、保存和查询等功能。车站ACS管理软件可通过二次开发，集成到ISCS平台。管理人员可以通过图形化人机界面了解到系统终端设备的实时运行状态。

2.3.8 环境与设备监控系统 (BAS)

如图5所示，BAS系统是将现代科技的计算机及网络技术结合机电设备自动化控制原理，以专门的地铁环境通风空调及防灾处理等理论为基础的自动化控制系统，利用分布式微机控制系统对地铁车站及区间隧道内机电设备进行全面运行管理与控制，在发生火灾或列车阻塞等事故情况时，能够及时迅速地进入防灾运行模式，根据FAS系统发送的着火点信息或列车自动控制系统发送的阻塞点信息自动调度送风和排风，进行通风排烟，引导人员疏散，极大地提高地铁运营的智能化和安全性［6］。