綜合監控系統在城市軌道交通工程中的應用

溫玉君 戴孫放

(1.上海申通地鐵集團有限公司,201103,上海;2.上海市城市建設設計研究院,200127,上?！蔚谝蛔髡?高級工程師)

隨著計算機技術、網絡技術和自動控制技術的進步,城市軌道交通各專業系統按照自身的技術特點,不同程度地實現了自動化控制和管理,形成了各自的監控系統和網絡。這些監控系統和網絡相互獨立,分別在運營控制中心(OCC)和車站設置本專業的服務器、監控工作站、控制設備及外圍設備,建立各自的通信傳輸通道,形成一系列孤島系統。這些孤島系統各自封閉,相互間聯絡困難,而且成本高、層次低,不利于實現城市軌道交通運營管理的信息互通及資源共享,降低了綜合可靠性、響應性和運營管理效率。

為提高城市軌道交通運營管理水平,近年來提出了城市軌道交通綜合監控的思想,將車站和控制中心具有相關功能的系統進行集成與互聯,達到多專業系統設備共享、數據信息互通、提高運營管理效率的目的。綜合監控系統與孤島系統在監控范圍、表達方式、工作模式及性能上的主要差異如表1所示。

目前綜合監控系統已在世界范圍內的城市軌道交通工程中獲得廣泛而成功的應用,北美、歐洲,以及新加坡、韓國、香港等有幾十條數百公里的城市軌道交通線路應用了綜合監控系統,提高了集成自動化管理和應對突發事件的能力。

我國城市軌道交通工程應用綜合監控系統剛剛起步,從設計、施工到運營管理都缺乏經驗,還需要從功能需求、系統結構、接口關系、系統集成、設備招標、安裝、調試、運營管理等各個環節對綜合監控系統進行深入地分析和研究,尋找一套可行的,適合國內城市軌道交通工程特點的操作辦法。

1 綜合監控系統的主要內容和總體目標

城市軌道交通工程的弱電系統主要包括信號系統、傳輸系統、公務及專用電話系統、無線通信系統、閉路電視系統、廣播系統、乘客信息系統、時間系統、火災報警系統、氣體滅火系統、設備監控系統、自動售檢票系統、電力監控系統、屏蔽門控制系統等。

綜合監控系統采用集成和互聯的手段,對上述系統進行整合,實現信息互通、資源共享,達到簡化系統設備配置、壓縮設備用房面積、減少綜合投入、提高運營效率、提高應變能力、提高城市軌道交通現代化運營管理水平的目的,并且為優化運營調度和值班模式提供靈活的平臺。

設置綜合監控系統的總體目標為:

(1)保障乘客安全,提供各子系統之間的業務關聯和事件聯動,提高對事件的反應能力和速度,提供內在的控制協調;

(2)保障行車,提供統一的基礎數據平臺,保證各子系統采用相同的基本運行參數,以行車計劃為基礎,制定各系統運行計劃;

(3)提高運營管理效率,提供統一的運行和維護平臺,優化崗位設置,避免業務的重疊和交叉,保障設備維護計劃與運營計劃的協調;

(4)節能降耗,在行車組織計劃的基礎上,提供各系統的協調運行機制,優化設備運行模式,降低能耗,降低運營成本;

(5)作為運營線路的信息中心,為城市軌道交通網絡化管理和上層管理部門提供統一的信息渠道和接口。

2 綜合監控系統主要技術方案

綜合監控系統以車站控制為基本單位,采用控制中心、車站兩級管理,以及控制中心、車站、現場三級控制的模式,分層分布式結構。其基本框架如圖1所示。

車站、停車場采用集中監控方式。車站級綜合監控系統設冗余核心交換機和綜合數據服務器,車控室設綜合監控工作站,綜合管理車站內的供電、照明、空調、通風、排水、電梯、自動扶梯、屏蔽門、防淹門、人防門、售檢票、電視監視、廣播、乘客信息等常規業務,將分散的監控功能予以集成,提供車站設備控制管理的協調。

防災報警系統獨立配置,由獨立的傳輸網絡連接控制中心。防災報警系統與設備監控系統(EMCS)在控制層設接口互連,提供災害工況時的設備控制協調,并且在正常工況時可由車控室管理有關設備信息。

控制中心采用專業調度方式,調度大廳設行車調度、電力調度、環控/防災調度、總調/客運調度以及維修調度臺?？刂浦行募壘C合監控系統設冗余核心交換機和綜合數據服務器,將各子系統在控制中心的設備予以整合。主要的基礎數據服務均由綜合數據服務器支持,并設置相關系統的應用服務器以便于各子系統安排各自的應用和管理。信號系統ATS(列車自動監控)設備的配置與綜合監控系統分開,在信息層設網絡接口連接綜合監控系統,提供全線的行車保障系統以及設備管理系統與行車組織的協調。

根據國內外相關技術發展水平,結合我國城市軌道交通運營管理要求和習慣,以及國內系統集成單位的工程技術條件和工程建設管理技術水平,綜合監控系統集成或互連的內容可分以下層次。

圖1 綜合監控系統框架結構

1)系統平臺集成:在系統平臺級集成的子系統不再設置獨立的網絡系統和數據服務系統,所需的系統資源由綜合監控系統統一分配。SCADA、EMCS、PSD、FG 、PIS、ACS具有在系統平臺級集成的條件。

2)監控功能集成:監控功能級集成的系統可以擁有獨立的網絡和系統資源,其與運營有關的設備的監控功能被集成到綜合監控系統。綜合監控系統可以在統一的操作界面上調用這些系統的部分功能,操作這些系統的部分設備。AFC、FAS、CCTV、PA、時間系統等具有在監控功能級集成的條件。

3)數據信息互連:進行數據信息互聯的系統相互獨立設置,其間沒有功能調用關系,但設置通信接口交換各自的運行信息和報警信息,以實現相互間的控制協調。ATS、公務電話、調度電話、無線通信、綜合故障監管等采用數據信息互聯的方式。

3 綜合監控系統在控制中心的配置

控制中心對全線的行車、環境、災害、客流、供電、服務及車站主要設備的運行情況進行全面監控,并根據不同情況啟動相應的預設工作模式和應急預案,協調全線各子系統的聯動控制。其功能包括直接監控和運行聯動兩部分。直接監控功能在調度員工作站上實現,運行聯動功能由相關事件觸發產生。

1)行車調度(由信號專業設置):監視列車運行,對 ATS、PA、CCTV 等子系統的操控。完成列車識別、跟蹤、車次號顯示、進路控制,顯示全線列車運行狀態和信號設備狀態;進行選站廣播或選路廣播;監視各站的運行秩序。

2)電力調度:監視變電所的運行,完成對高壓、中壓、低壓設備的遙信、遙測、遙控和遙調;實施與城市電網的調度配合,處理停電事故,進行系統內的倒閘操作和電能分配,控制緊急斷電。

3)環控及防災調度:監視全線機電設備、消防設施運行,監視全線環境狀況、客流狀況,并做出對策;非正常運行模式下的設備控制協調,阻塞模式的監控,以及進行防災廣播、防災監視等。

4)總調度或客運調度:總調度或客運調度臺兼有行車調度、電力調度、環控及防災調度的功能。正常情況下,總調度或客運調度負責全線各子系統的調度管理工作,協調相關調度臺之間的工作配合,監視全線客運,并根據客流情況組織調整行車計劃;非正常情況下,作為救災減災指揮,根據現場的實際情況制定相關的應急處理措施,并監督、協調防災調度臺和各業務臺完成各項程序。

5)維修調度:對全線各系統設備的運行狀態實時監視,收集和管理各子系統設備的報警信息、維修信息,制定維修計劃,實施維護管理,組織指揮定期或臨時的現場設備的維修工作;針對各種可能發生的突發事件,編制事故搶修、災害救援方案,由突發事件觸發調出相應處理預案,快速處理故障,減輕故障及災害影響范圍。

6)媒體信息編輯和播放:控制中心設置媒體信息編輯室,用于編輯乘客信息顯示的版面、預設廣播內容以及播放時間表。

7)身份認證和權限設置:控制中心統一管理全線員工的身份注冊和識別,設定員工的活動范圍和權限。注冊和設定的內容被下載到各級門禁控制器內。

8)網絡管理:全線綜合監控系統網絡由控制中心網管工作站統一管理。采用專用的網絡管理軟件,對網絡進行圖形化管理或菜單管理。

9)運行模擬:運行模擬用于輔助決策、運行優化、故障定位、趨勢預測、系統調試、操作培訓等方面?？刂浦行目梢栽诓桓淖儸F場設備實際狀態的同時,觀察系統對某種操作或事件的響應。

10)培訓:用于培訓控制中心各專業調度員、車站值班員、車輛段值班員和調度員,使他們能夠掌握綜合監控系統的操作和管理。

4 綜合監控系統在車站的配置

車站級監控是綜合監控系統的基本運行單位,其功能包括直接監控和運行聯動兩個部分。直接監控功能在值班員工作站上實現;運行聯動功能由相關的事件觸發產生,其中部分需要在值班員工作站上進行確認。

1)值班員工作站:車站控制室監控內容包括車站內的通風空調設備、給排水設備、照明設備、變電所設備、電梯、自動扶梯、屏蔽門(安全門)、防淹門、人防門、消防設備、售檢票設備、電源設備、閉路電視、廣播設備、乘客信息設備、門禁設備等。在車站的值班員工作站上,可以實現運行監視、設備控制、參數調節、數據查詢、事件記錄、故障報警、報表處理等功能。

2)綜合后備應急控制盤:車站控制室設綜合后備操作盤(IBP),以硬線連接的方式,提供重要防災設備的應急控制手段。將各系統的后備應急控制按鈕集中設置,使車站控制室布置更整齊。事故風機、排煙風機、屏蔽門(安全門)、防淹門、消防水泵等重要防災設備均在車站控制室設置后備應急控制。

5 結語

采用綜合監控系統對弱電系統進行有機的集成,是城市軌道交通建設的發展趨勢,也會為優化運營調度和值班模式提供靈活的平臺,是一項減少綜合投入,提高運營管理效率和應變能力的重要舉措。

本文闡述的綜合監控系統已成功應用于上海軌道交通7號線工程。

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