地鐵綜合監控系統聯動控制功能的應用

馬云飛，王 錚

（同方泰德國際科技（北京）有限公司，北京 100083）

1 綜合監控系統

1.1 綜合監控系統概述

城市軌道交通為了保證人的生命安全、設備的安全運行、列車的有效運營，設置了各種各樣的機電設備和系統，設備系統數量眾多、相互關系復雜。

以往，地鐵內的各個機電自動化系統大多采用分立設置、獨立管理的方式，每個系統均有自己的工作站及人機交互界面；值班操作員需面對大量的子系統接口和各式各樣的子系統操作界面（圖?1）。

雖然各個不同的機電自動化系統是獨立運行的，但是每個系統都是整個地鐵線路組成的一部分，需要各個系統之間協同聯動工作，相互之間有著密切的聯系和依賴。

隨著自動化集成技術的成熟，信息化帶動工業化已成為發展方向，大部分的國內城市軌道交通線路已將綜合監控系統（ISCS）作為各城市地鐵設備監控和管理的首選方式（圖?2）。

城市軌道交通綜合監控系統采用統一的軟硬件平臺，將各個子系統整合為一個單一的綜合監控系統。由集成在其中的專業自動化子系統和互聯的獨立運行的系統構成，構建了一個城市軌道交通線路級的信息共享平臺。

1.2 綜合監控系統的構成

綜合監控系統采用?2?級管理、3?級控制的分層分布式結構。在中央級（控制中心）和車站級（各車站/車輛段）實現集成和互聯系統的設備監控與信息統計管理功能。

圖1 分立系統

根據各系統的接口形式、接入后實現的功能以及人機界面的設置，可將綜合監控系統與各系統的接入方案分為集成、互聯?2?種方式（圖?3）。

圖2 綜合監控系統

不同時期、不同城市、不同線路的綜合監控系統所包含的集成和互聯的對象是有差別的，但集成和互聯系統的范圍正在擴大，通常情況下綜合監控系統集成和互聯的情況如下。

（1）集成對象：變電所綜合自動化系統（SCADA）、環境與設備監控系統（BAS）、火災自動報警系統（FAS）。

（2）界面集成：站臺屏蔽門（PSD）、廣播系統（PA）、閉路電視系統（CCTV）、乘客信息系統（PIS）、防淹門（FG）。

（3）互聯對象：列車自動監控系統（ATS）、時鐘系統（CLK）、自動售檢票系統（AFC）、門禁系統（ACS）、通信集中告警系統（Tel-ALM）、車載信息系統（TIS）。

1.3 綜合監控系統的特點

1.3.1 整合各個子系統

綜合監控系統將各個子系統整合為一個單一系統，將運營人員所關心的監控信息匯集在一起，提供統一的圖形化人機交互界面，使操作員可以簡單方便地處理來自各個子系統的信息，減少了系統間的直接接口數量，并提供了一個各系統信息共享的平臺。

1.3.2 全線宏觀監控

綜合監控系統允許在各個地點對多個車站或是全線進行監控（圖?4）。全線監控不但可以優化地鐵系統的日常運行管理，而且可以幫助操作人員在緊急情況下更好地了解全局情況并處理事件。

圖3 綜合監控系統各子系統間的接口關系

圖4 全線監控

1.3.3 多系統間聯動

綜合監控系統匯集各個子系統的信息，可實現系統之間的信息互通和聯動，以及在正常或危急情況下對地鐵系統實現高效率監視和控制功能。

2 綜合監控系統聯動功能

地鐵綜合監控系統（ISCS）通過與各子系統的接口，可對子系統進行數據采集并控制命令下達通道，可協調系統間的工作資源，實現多樣化、高性能、復雜的聯動控制功能，以使地鐵的運營服務更加安全、方便和高效。

ISCS?的聯動是指?ISCS?系統能夠根據相關邏輯判斷條件自動觸發控制命令，指揮集成和互聯的子系統執行一系列的控制動作（包括現場設備動作、監控畫面切換動作等），并可以對運營人員提供相關的操作提示和建議。

2.1 聯動控制的功能需求

綜合監控系統建立了?1?個統一的運行平臺和集中監控系統，實現了各系統基礎數據的統一管理以及系統之間的數據共享；聯動控制功能實現了不同系統之間的業務關聯與事件聯動以及協調，提高了對事件的反應能力和速度，提高了城市軌道交通的服務質量和綜合運營效率。例如：當火災發生時，FAS?系統發出火災報警信息，它將影響相關的自動化系統，使這些系統進入火災防災模式，各個相關系統動用一切資源進行防災救災。

因此，聯動控制功能是綜合監控系統最重要的核心功能，是綜合監控系統的價值體現，是綜合監控系統的精髓所在。在正常運營過程中，簡化了值班操作人員的操作流程，減輕了值班操作人員的工作壓力，降低了操作錯誤的發生概率和勞動強度；在緊急情況下，提高了各專業子系統的執行響應速度和可靠性，提高了地鐵運營服務質量、管理水平和應急處理能力。

2.2 聯動設計原則

ISCS?的聯動功能應根據運營緊急事件處理需求和日常運營管理需求進行設計。因此，ISCS?的聯動功能設計和實施應遵循以下原則。

2.2.1 基本原則

聯動功能既可以由系統自動激活執行，也可以作為1?個控制序列由操作員手動執行。

2.2.2 子系統的支持

必須得到子系統的支持，要求子系統必須能提供相應的信息輸入，并支持必要的控制輸出。

2.2.3 啟動邏輯條件

觸發聯動功能的所有邏輯條件的計算均可以通過邏輯表達式完成。

2.2.4 明確執行位置

需要明確該聯動的執行位置：車站、控制中心。

2.2.5 明確結果輸出位置

聯動執行結果輸出到子系統的位置應明確，例如，輸出到子系統（如?PA、CCTV?等），輸出到車站或中心的操作員工作站（如?CCTV?的視頻接口、雙屏顯示器等），輸出到大屏幕等。

2.2.6 權限管理

聯動功能的執行需要有完善的權限管理，不同的聯動功能可以設置不同的操作權限，根據不同操作人員的權限執行不同權限的聯動功能。

2.2.7 安全性、可靠性、實時性原則

聯動功能包含的內容因項目需求不同而有所不同。很多情況下，考慮到?ISCS?集成和互聯的子系統眾多，有一定的信息處理和傳輸時延，因此，ISCS?主要實現各子系統之間與安全關系不大的聯動，而與安全相關的聯動則保留底層子系統之間的直接接口。對操作和時間有嚴格要求的聯動直接在相關子系統內完成。

一般而言，重要的聯動，如火災、阻塞等工況下的聯動功能，均需要操作人員手動確認后，聯動功能才能被順序執行，避免系統誤報或操作人員誤操作。

2.2.8 經濟性原則

如果聯動功能由綜合監控系統實現更加經濟（比如可以減少接口等）或更便于以后的維護，或者現有的ISCS?與子系統接口功能已具備聯動功能實現的條件，則由?ISCS?實現聯動功能。

2.2.9 滿足運營需要的原則

聯動功能主要以用戶提供的功能需求為依據，通過系統配置實現。

2.3 聯動的分類

2.3.1 按聯動等級劃分

按照覆蓋范圍或區域，綜合監控系統的聯動主要分為中央級聯動和車站級聯動。

中央級聯動功能主要用于需要多個車站的系統和設備協調動作的情況下；車站級聯動功能主要用于本站所轄的各系統和設備需要協調動作的情況下，同時也可以作為中央級聯動的一部分。ISCS?的聯動功能有些配置在中央級，有些配置在車站級，還有些需要中央級和車站級共同配置；中央級?ISCS?和車站級?ISCS?作為一個有機的整體，共同執行相應的聯動命令，以實現對整條線路的聯動控制功能。

2.3.2 按聯動功能劃分

按照聯動功能的執行目的，聯動功能可分為正常聯動、緊急聯動（包括嚴重事件、災害、阻塞、故障等）。

（1）為滿足運營管理和使用需求，提高正常運營情況下事件處理的便利性而執行的聯動功能稱之為正常聯動。正常聯動一般可按時間表自動激活或操作員手動啟動執行。

（2）對于處置發生在地鐵車站及線路的各類緊急事件，ISCS?需要對事件及時做出反應，迅速進入緊急聯動模式。緊急聯動一般由事故觸發或操作員手動觸發。

2.3.3 按觸發方式劃分

按聯動功能的觸發方式分為全自動、半自動、手動3?種類型。

（1）全自動聯動是指無需人工干預，當觸發的邏輯判斷條件滿足時，ISCS?系統將自動處理并向接口系統發送相關控制命令（控制命令還可以包括圖形或畫面自動彈出的形式）；操作員不能在人機界面（HMI）層禁止此聯動功能。例如，“列車到站自動廣播”的聯動功能（圖5）。

圖5 全自動聯動

（2）半自動聯動是指當與預定義的聯動功能相關的信息點觸發動作后，將在人機界面上通過對話框提醒操作員有待執行的聯動，操作員確認后，綜合監控系統自動向需要聯動的系統發出控制指令。例如：1?列列車在隧道中阻塞（在檢測到信號阻塞報警信號時自動激活），在操作站人機界面彈出?1?個報警窗口，操作員判斷確認后，綜合監控系統自動給相關車站?BAS?系統下發“啟動環控阻塞模式”的控制命令（圖?6）。

（3）手動聯動是指運營操作人員人工選擇啟動1組涉及多個系統的順序控制序列，綜合監控系統自動按照順序和閉鎖條件向不同的子系統下發指令。

圖6 半自動聯動

對于正常聯動通常采用全自動方式，而對于火災、阻塞等可能會導致重大影響的聯動功能則一般采用人工確認的半自動和手動方式，即需要操作人員手動確認后，聯動控制才能被順序執行。

2.4 聯動功能的應用

結合長沙地鐵?1?號線綜合監控系統，舉例說明在車站火災工況下，聯動功能在綜合監控系統中的實際應用情況。

車站火災聯動屬于災害工況下的聯動功能，關系重大，因此，采用半自動的聯動方式。

（1）車站發生火災時，FAS?探測器將信息傳給?FAS主機，車控室值班人員確認有火災發生后，FAS?主機根據探測器所在的位置，將相應防火分區火災對應的模式信息發給?BAS，將?FAS?探測器的信息以及火災報警信息發送給?ISCS；同時啟動?FAS?系統內的消防泵、防火閥、卷簾門等設備，并通過綜合后備控制盤（IBP）上的硬線分別控制?ACS?緊急釋放門禁和?AFC?釋放閘機，方便人員疏散。

（2）BAS?接收到防火分區火災對應的模式信息后，根據模式號啟動對應的火災模式，控制風機、風閥等設備動作。BAS?系統同時將置位“車站火災”信號點，并將該點信息傳送給?ISCS；與此同時?BAS?控制IBP上對應的模式燈閃亮、蜂鳴器鳴叫，并反饋模式的執行狀態。

（3）ISCS?系統接收到“車站火災”信息后，觸發“車站火災聯動?PA-PIS?啟動”的聯動程序。該聯動程序配置為半自動模式，觸發后，操作員界面會跳出上述聯動觸發的信息提示框，下方有“立即處理”和“稍后處理”按鈕，同時操作員界面下方工具條“聯動”按鈕紅色閃爍。操作人員看到消息框彈出后，點擊消息框下部“立即處理”按鈕，此時跳出聯動執行頁面（圖?7）。聯動列表中有待執行的“車站火災聯動?PIS-PA?啟動”的聯動，選中，然后點擊右側執行所選。此時聯動觸發?PA與?PIS?啟動火災模式，PA?系統在車站所有廣播區廣播火災警示內容，PIS?在車站所有液晶顯示屏發布緊急的火災警示信息。

（4）火警解除后，值班員手動將?FAS?系統響應設備探測器狀態復位，此時?FAS?系統將防火分區火災對應的模式復位信息發送至BAS?系統和?ISCS?系統。BAS?系統收到該信息后，將“車站火災”信號復位信息發送至?ISCS。ISCS?以自動方式觸發“車站火災聯動PA停止”聯動，將?PA?系統的警示廣播停掉。另外，值班員需在界面上手動停止?PIS?系統的警示信息，手動執行?BAS?的災后恢復模式。

2.5 聯動功能的配置

結合長沙地鐵?1?號線綜合監控系統，簡單介紹同方股份有限公司的?ezISCS?綜合監控系統軟件的聯動功能人機界面。

聯動功能編輯的主界面如圖?8?所示，顯示目前系統中已經配置好的聯動功能，可按動作類型、所屬車站進行查找，并可以增加或刪除。

聯動定義的編輯界面如圖?9?所示，顯示目前系統中已經定義的聯動內容，并可以增加或刪除。

聯動設置的編輯界面如圖10所示，顯示目前系統中已經設置好的聯動功能，并可以根據需要增加或刪除，包括設置觸發模式、執行模式、表達式等內容。

圖7 車站火災聯動執行頁面

圖8 聯動功能編輯主界面

圖9 聯動定義編輯界面

2.6 聯動功能的建議

隨著綜合監控系統自身功能的不斷發展、集成和互聯對象的不斷增多，可以實現的聯動功能也越來越豐富。在使用的過程中，可以根據實際需要，配置一些便于操作人員使用的手工聯動功能。例如：節假日運行、惡劣天氣、客流量調整、定時廣播的啟停、車站節電、車站運行暫停、車站重新開始運行、維護模式等，具體的聯動內容可根據用戶的使用需要靈活配置。

實際運營過程中，受制于用戶長久以來的使用習慣和對綜合監控軟件平臺的熟悉程度，造成聯動功能的實際使用率較低，系統集成商可以根據自身軟件平臺的特點，積極引導用戶，培養用戶的使用習慣。

對于配置和使用過程中的一些具體操作，可以根據用戶的要求進行規范化、標準化、模板化以及模塊化的設置和管理，以減少用戶操作和配置的復雜程度。

例如，對于災害情況下（火災、阻塞、應急等）的聯動功能，可將其作為規范化的預案，配置完成后不允許隨意修改，使聯動功能作為消防聯動控制功能的一部分；對于日常的啟運、停運等聯動功能，可做成模板供用戶選擇，使用戶可根據實際需要在模板的基礎上生成自定義的聯動功能配置；對于節假日、惡劣天氣等特殊情況下的聯動功能，可將其細化為不同的小模塊，并可以按需要調用模塊化的聯動功能以生成用戶需要的聯動功能。

聯動功能的執行過程可配置為串行、并行或者分組實現串行與并行的結合，觸發的邏輯條件可通過邏輯表達式完成。

圖10 聯動功能設置界面

3 結束語

地鐵綜合監控系統中的聯動功能已成為綜合監控系統的發展方向之一，聯動功能深刻體現了綜合監控系統降低人工工作強度、提高操作的速度和準確率、縮短緊急事件的處理時間、提高設備控制能力的設計理念。在實際應用中，應充分利用綜合監控系統自身的信息集成優勢，以“安全第一”為基礎，堅持高度集中、統一指揮的原則，設計出與實際運營需求緊密結合、功能完善的聯動功能，提高地鐵運營服務水平。

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