基于大尺寸触摸屏的电子综合后备盘设计与实施

何晶江开雄吴泰峰肖小峰

基于大尺寸触摸屏的电子综合后备盘设计与实施

何晶1，2江开雄2吴泰峰2肖小峰3

（1．北京城建设计发展集团股份有限公司，100037，北京；2．同方股份有限公司，100083，北京；3．武汉纺织大学机械工程与自动化学院，430073，武汉//第一作者，工程师）

针对传统马赛克综合后备盘（IBP）的缺点，武汉轨道交通4号线综合监控系统在国内首次采用大尺寸触摸屏作为IBP盘面。重点研究电子IBP的设计和实施方案：整套设备采用一体化结构，由触摸屏、马赛克盘面、梯形机柜、操作台等组成，柜内预留空间安装可编程逻辑控制器、防灾报警系统网关、输入/输出模块、继电器；根据运营功能需求和大尺寸触摸屏特点，采用虚拟三维场景盘面和少量马赛克盘面相结合的方案，监视、控制车站重要机电设备；系统数据通过冗余以太网、现场总线进行传递。性能分析及其投入地铁运营的效果显示，基于触摸屏的电子IBP具有外观美观、形象直观、冗余可靠、画面可柔性布置与扩展等优点。

城市轨道交通；综合监控系统；电子综合后备盘；大尺寸触摸屏

First-author′s addressBeijing Urban Construction Design &DevelopmentGroup Co.，Ltd.，100037，Beijing，China

综合后备盘（IBP）是为提高紧急情况下车控室值班人员的防灾救灾能力而设置［1］。正常情况下，由控制中心调度人员指挥全线路的运行，在特殊情况下，由控制中心授权车站来完成运营管理，此时IBP发挥作用，通过IBP对本车站进行应急管理，为故障处理或抢险争取第一时间。通过IBP可实现的紧急控制功能包括：

（1）供电系统的直流开关控制；

（2）环境与设备监控中隧道通风、车站通风的控制，监控车站和区间内防排烟风机等设备；

（3）AFC（自动售检票）闸机的紧急释放；

（4）信号系统站级控制；

（5）紧急停车、扣车和放行，并显示启动信息；

（6）站台屏蔽门紧急控制；

（7）火灾自动报警系统中消防泵的控制；

（8）电梯控制，监控直梯及扶梯状态，故障报警；

（9）门禁系统监控。

当前地铁项目中IBP普遍采用的马赛克盘面具有安装方便、维护成本低、技术成熟等优点［2］，但也存在如下缺点：需要布置大量按钮、指示灯来满足功能要求；一些按钮因布置过高引起操作不便；指示灯不能直观、逼真地显示出监控设备的状态，不利于紧急情况下车控室值班人员做出正确判断与处理；盘面布置方案一旦实施就很难调整。针对传统马赛克盘面的不足，武汉轨道交通4号线综合监控系统采用电子触摸屏作为IBP盘面［3］，本文重点研究电子触摸屏IBP的设计和实施方案。

1 电子IBP的组成设计

电子IBP三维结构如图1所示。IBP采用落地式结构，盘体的前上部安装3块139.7 cm（55 in）的液晶触摸屏，中部由3块1 325 mm×125 mm（宽×高）马赛克盘面拼接组成，表面安装按钮、状态指示灯、钥匙开关，雕刻文字。落地柜体连接IBP盘体和操作台，采用梯形箱体设计，内部可安装控制器、通信模块、PLC（可编程逻辑控制器）输入输出模块、继电器等设备，同时安装线槽和端子排。车站控制室的一体化控制台（综合操作台）呈U型布置，由触摸屏、马赛克盘面、梯形机柜、操作台等组成。操作台上可放置相关系统显示器、标准键盘（小），并提供操作人员工作的平台。考虑IBP柜内设备的需求，设置了安装背板、工作站主机固定式安装板、线槽、接线端子、电源插座、接地排、防尘盖板等配件。IBP一体化柜总体按5°夹角弧形布置，机柜前、后设快卸门。

图1 电子IBP三维结构爆炸图

2 电子IBP的功能设计

2.1系统描述

IBP主要由2台触摸屏、1台无触摸功能的显示器和一部分马赛克组成，其工作原理如图2所示。

1#和2#触摸屏分别配1台工作站，工作站中均装有ezISCS软件平台和数据库软件。2台工作站同时与现场BAS（环境与设备监控系统）主PLC进行数据连接，以保证2台工作站数据的一致性。同时，每台工作站中都装有两个触摸屏所需的画面，若其中1台触摸屏或者工作站发生故障，在另1台的触摸屏和工作站上可通过画面切换的功能实现紧急操作，实现冗余配置。3#显示屏不具备触摸功能，只用于显示实时监控录像。

图2 电子IBP控制原理图

2块触摸屏盘面内所包含的专业通过硬线与IBP端子建立连接，信号进入IBP内的I/O（输入/输出）模板中，然后通过IBP的PLC进行数据处理，处理后的数据通过车站网络传到2台工作站的软件中。

马赛克盘面包含与行车安全联系紧密的系统，马赛克盘面所包含的专业通过硬线与IBP端子建立连接，通过IBP内的继电器和硬线来达到显示和控制目的。

2.2功能分区设计

2.2.1 1#触摸屏和马赛克区域

如图3所示，电子屏区域三维图元直观显示安全门和电扶梯各种状态，另外配置左右画面切换按钮实现系统冗余备份功能；马赛克区域布置旋钮下发站台屏蔽门紧急开门控制命令，布置按钮和指示灯用于紧急情况下监控消防泵。

图3 电子IBP 1#触摸屏效果图

2.2.2 2#触摸屏和马赛克区域

如图4所示，电子屏区域布置紧急模式按钮，并通过三维图元显示车站和隧道紧急模式执行状态，另外画面配置上下切换按钮降低操作高度；马赛克区域布置按钮和指示灯，用于紧急情况下监控门禁和闸机，并设置模式使能开关、触摸屏使能开关和试灯按钮。

2.2.3 3#显示屏和马赛克区域

如图5所示，3#显示屏不具备触摸功能，用于显示CCTV监控录像（视频源来自CCTV专业的四画面分割器DVI输出接口）；马赛克区域布置按钮和指示灯，用于紧急情况下监控列车信号专业。

2.3典型操作界面举例

以某区间车头火灾模式为例介绍下发操作过程。典型车站隧道紧急模式布置如图6所示。

（1）点击图6中相应区间紧急模式按钮，弹出图7所示隧道紧急模式下发对话框，选择“车头首选”并确认下发模式。

图4 电子IBP 2#触摸屏效果图

图5 电子IBP 3#显示屏效果图

（2）列车所停隧道区间的车头火灾模式执行后，如图8所示，车头变红并有绿色风向箭头配合状态指示。

图6 典型车站隧道紧急模式布置图

图7 隧道紧急模式下发对话框

图8 车头火灾工况紧急模式执行状态

3 电子IBP盘的性能分析

3.1可靠性

（1）UPS（不间断电源）供电。轨道交通综合监控系统的UPS供电分为站级集中式（专设UPS集中对各子系统供电）和站级分散式（各子系统设独立UPS）两种，本案例采用站级集中式对电子IBP进行不间断供电，保证了系统设备运行环境的可靠性。

（2）马赛克部分。马赛克盘面所包含的专业通过硬线与IBP端子建立连接，各专业的控制指令与状态指示不经过PLC模块，直接通过继电器和指示灯来工作，中间环节少，减少了故障率，可靠性较高。

（3）电子屏部分。电子屏硬件及数据流采用全冗余配置，如图9所示。每台触摸屏配1台工作站主机，每台工作站都配置相同的图形软件和数据库软件；每台工作站配置双网卡，保证网络的冗余性；电子屏所包含的专业通过AB的I/O模块进入到IBP盘的PLC中，进行数据处理后通过冗余的现场总线和冗余的以太网将信息传到工作站中，可以保障数据流的可靠性；任一触摸屏或者工作站发生故障，可通过其他的触摸屏和工作站完成工作，保证整个系统的可靠性。

3.2安全性

（1）马赛克部分。马赛克盘面采用带铅盖的按钮，可避免误操作的发生。

图9 电子IBP冗余数据流

（2）电子屏部分。控制指令的下发必须通过选择设备→选择控制指令→确认下发三步实现；对于车站和隧道的紧急模式，在马赛克盘面上设置模式使能钥匙开关，避免误操作的发生。

3.3可维护性

（1）马赛克部分。马赛克盘面的电气元件均采用嵌入式安装，当元件发生故障时直接更换即可，便于维护。

（2）电子屏部分。触摸屏采用挂装方式，更换比较简单，但由于屏体较大，更换工作量较大；工控机采用卧式工控机，直接安装在IBP柜内，更换较方便，但需专业人士进行软件安装和设置工作。

4 结语

观、盘面冗余可靠、画面可柔性布置与扩展等优点，已应用于武汉轨道交通4号线综合监控系统。自电子IBP交付武汉轨道交通4号线以来，运营一切正常，其车控室现场照片如图10所示。

基于触摸屏的电子IBP具有外观美观、形象直

图10 电子IBP车控室现场实景照

［1］魏晓东．城市轨道交通自动化系统与技术［M］．北京：电子工业出版社，2004．

［2］刘晓军，吉荣燕，马筱燕．综合后备控制盘（IBP）设计问题的探讨［J］．都市快轨交通，2007，20（2）：44-46．

［3］李爱军，张发明．城市轨道交通车站IBP盘功能实现分析［J］．现代城市轨道交通，2009（1）：10-12．

Design and Imp lement of Integrated Backup Panel Based on Large Touch Screen

HE Jing，JIANG Kaixiong，WU Taifeng，XIAO Xiaofeng

To avoid defects of the traditionalmosaic IBP，the ISCS system of Wuhan metro Line 4 uses large touch screen as IBP for the first time in China.In this paper，design and implementation of the electronic IBP system aremainly studied. The whole equipment adopts an integrated structure which is composed of touch screen，mosaic panel，trapezoidal cabinet and counter，providing enough room to install PLC controller，FAS gateway，IO module and electric relay.According to the functional demands and features of large touch screen，virtual 3D scene isadopted and combined w ith smallamountofmosaic panel，in order to monitor and control the important equipment at station，where the systematic data is passed and

by the top Ethernet and bottom control net.The performance analysis and the effect inmetro service show that the electronic IBP has nice appearance，visual image，reliable redundancy，flexible layoutand expansion.

urban rail transit；ISCS（integrated supervisory control system）；electronic IBP（integrated backup panel）；large touch screen

U284．48

10.16037/j.1007-869x.2017.07.023

2016-05-06）