新一代軌道交通綜合監控培訓與仿真系統設計

葛 淼,李 寅,陸知言

(1.國電南京自動化股份有限公司,江蘇 南京 210031;2.南京國電南自軌道交通工程有限公司,江蘇 南京 210031)

0 引言

城市軌道交通作為推進綠色交通體系建設的最佳選擇,對于解決城市居民出行難題,促進城市文明和諧的重要作用日益凸顯[1]。城市軌道交通綜合監控系統是以現代信息技術、自動化技術及網絡技術為基礎的大型計算機集成系統,具備數據采集、設備控制指令下發、信息集成、子系統互聯、信息共享及展示的作用,可實現日常運營和緊急突發事件處理。伴隨著地鐵規模的快速擴張,滿足要求、技能嫻熟的地鐵運營調度人員嚴重不足,且軌道交通綜合監控系統設計部門眾多、運營組織復雜,對安全性要求較高,人員培訓難度較大。由于綜合監控系統的復雜性和系統設備價格昂貴,同時受到現場環境的應用、安全性能等限制,往往不能直接在現場進行綜合監控系統的學習和培訓。目前傳統的綜合監控培訓與仿真系統大多采用圖片、視頻、紙質理論教材等進行教學,雖都起到了一定作用,但培訓效果不佳。

因此有必要建立一套符合實際運營和操作的綜合監控培訓仿真系統,更加直觀易懂地展示系統和操作,在降低培訓成本的同時,既能提高現場運行的安全性,又能提前為員工進行培訓,使工作人員盡快熟悉工作環境和掌握操作技能[2]。

1 國內外研究概況

在地鐵工作人員的培訓方面,歐美、日本等國家相對較先進,其地鐵運營部門一般都建立培訓基地進行模擬培訓和操作,且大多針對列車駕駛及運行過程仿真[3]。國內多地也已建立軌道交通行業的培訓中心,有些線路也建立小型的模擬培訓系統,致力于提升技能人才專業能力,更好地為軌道交通工作服務[4]。

縱觀全球,當前軌道交通培訓或多或少都存在一些共性問題(如成本高、培訓內容及方式過于單一、學員缺乏交互體驗),學習不夠深入。因此,如何利用發達的計算機仿真技術對地鐵工作人員進行高效、簡捷的綜合監控系統培訓,是亟待研究和解決的問題。

2 系統功能概述

綜上所述,培訓與仿真系統應為學員提供逼真的培訓環境,模擬綜合監控各專業下設備的運行工況,模擬可能出現的各種場景,使學員熟練掌握綜合監控相關業務知識。

系統應能覆蓋綜合監控系統全專業的培訓與仿真,包括PSCDA專業(電力監控系統)培訓與仿真功能、BAS專業(建筑設備自動化系統)培訓與仿真功能、ACS專業(門禁系統)培訓與仿真系統、PA專業(廣播系統)培訓與仿真功能、PIS專業(乘客信息系統)培訓與仿真功能以及CCTV專業(視頻監控系統)培訓與仿真功能。

具體應具備如下仿真功能:

(1)仿真系統數據對象管理功能。

(2)線路仿真功能。

仿真系統支持整條線路的城市軌道交通電力系統仿真功能,支持包括遙信、遙測、遙脈、遙控4種類型數據的仿真。

(3)全線綜合監控系統各專業畫面展示功能。

系統能夠按照要求進行組態,顯示各個站內的各專業系統圖。

(4)數據采集仿真功能。

支持綜合監控系統中各種遙信、遙測、遙脈的數據仿真與采集以及通信通道故障模擬仿真。

(5)控制仿真功能。

支持PSCADA電力監控專業中的控制仿真以及BAS專業、ACS專業、PA專業、PIS專業、CCTV專業中對顯示設備的控制操作。

(6)繼電保護仿真功能。

在電力系統遇到故障時,能給出正確的繼電保護動作信息和斷路器動作信息、支持設置繼電保護裝置的投入/退出狀態、重合閘動作仿真;支持繼電保護的誤動和拒動仿真。

(7)安全自動裝置仿真。

支持設置安全自動裝置的投入/退出狀態;支持安全自動裝置的重合閘動作仿真;支持安全自動裝置的誤動和拒動仿真。

(8)電氣閉鎖仿真。

系統具有電氣閉鎖功能:在接收到遙控命令后,先對當前控制點的設備檢測預先設定好的閉鎖邏輯時,只有在閉鎖邏輯為假時,遙控才能執行成功,否則遙控拒動。

(9)模式表與時間表模擬功能。

支持BAS空調系統模式表控制操作,并可模擬展示模式控制結果以及BAS專業設備時間表編輯及模擬下發、上傳操作。

(10)教案場景設置功能。

支持教案場景的編制和管理,以及教案場景的立即執行、定時執行和條件觸發執行。

(11)操作功能。

支持包括斷路器、隔離開關等的分閘、合閘操作。

(12)仿真模擬功能。

支持按照配置好的場景使設備按既定的工況進行運行;通過場景配置可實現電力監控系統中的線路保護、母線保護、整流器保護、直流保護等的仿真;支持對各種電力系統中設備故障場景的模擬仿真、支持常見操作規程的場景模擬。

(13)遙信遙測聯動仿真功能。

對供電網絡運行狀態的仿真,支持遙測量與帶電狀態的聯動變化。如母線上斷路器斷開后,其后各條線路上的電壓電流遙測量應該都自動變為0;當斷路器合閘,線路上帶電后,其電壓電流遙測量均應為非0的測量值。

(14)告警功能。

支持遙信變位告警及遙測越限告警。

(15)數據單向同步功能。

(16)斷面數據的保存與恢復功能。

斷面數據指在某一個時刻仿真服務器內實時庫中的數據(斷面數據包含的對象類型可配置)。系統支持對任意時間節點斷面的數據進行保存,以及恢復之前時間節點斷面數據的恢復。

(17)權限管理功能。

支持基于用戶名、密碼登錄的基礎權限管理功能,基于用于角色、等級的權限管理功能,按責任區劃分的權限管理功能;以及教員權限和學員權限功能。

(18)動態網絡拓撲著色仿真功能。

(19)時鐘同步功能。

(20)告警歷史查詢培訓功能。

系統支持按日期、告警等級或責任區、關鍵字等條件查詢告警歷史。

(21)支持群體教學功能。

系統支持連接投影儀,提供大屏教學功能。提供教學控制功能,培訓教師具有教學開始、教學暫停、教學結束的權限。

3 系統設計

考慮到需要實現的功能,新一代綜合監控培訓與仿真系統的硬件架構主要包括培訓系統和仿真系統2部分。培訓系統由培訓服務器及培訓工作站組成;仿真系統由仿真服務器與仿真工作站構成。另外配有投影儀和打印機,用于輔助培訓工作的進行。

培訓工作站作為客戶端訪問培訓服務器,可以進行畫面瀏覽及操作。控制命令可以通過104規約、Modbus規約從培訓服務器下發至仿真模擬服務器,并由仿真服務器執行收到的控制命令,將相應的反饋再送回培訓服務器。

仿真服務器則負責軌道交通整條線路的運行仿真,模擬設備裝置處理具體仿真事務。模擬104從站裝置、Modbus從站裝置使用104規約及Modbus規約將數據傳輸至培訓服務器。仿真服務器與仿真工作站之間、培訓服務器與培訓工作站之間依靠平臺自身的實時庫同步機制保持數據同步。

仿真工作站作為客戶端訪問仿真模擬服務器,進行場景、規則預置,預置的數據可以通過104規約從仿真模擬服務及Modbus規約從站仿真服務上送至培訓服務器。

綜合監控培訓與仿真系統包含平臺子系統、教員子系統、學員子系統以及數據處理子系統。平臺為DSC-9000FAO綜合監控平臺系統;教員子系統包括場景配置模塊、場景執行模塊和斷面保存恢復模塊;學員子系統包括仿真模擬數據展示模塊和學員操作GUI模塊;仿真模擬器子系統包括仿真模擬數據處理模塊和規約處理模塊。子系統中各個模塊的功能如下,模塊間的關系如圖1所示。

圖1 新一代綜合監控培訓與仿真系統子模塊間的關系

DSC-9000FAO綜合監控系統平臺:為培訓服務器、仿真模擬服務器提供平臺支撐,2個服務器之間的數據交換由規約程序處理。

場景配置模塊如圖2所示,支持用戶自行根據實際需求,配置需要的場景數據,場景管理樹結構可以用來新增、修改、刪除場景目錄或場景。可以錄入變量、條件表達式和相應的場景執行步驟和執行方式。學員在此可以實現常規場景、故障場景等的配置。

圖2 場景配置模塊

場景執行模塊部署于仿真模擬服務器,允許教師通過教師工作站進行訪問,用于執行已配置的場景。可以通過設定教學開始、教學暫停、教學結束來開始/暫停/結束教學。

模擬仿真數據展示模塊部署于培訓服務器,用于顯示專業設備運行的實際工況,并且展現場景,培訓工作站支持訪問。

學員操作GUI模塊部署于培訓服務器,通過該模塊允許學員操作允許控制的設備、執行權限內的其他操作等。

斷面保存與恢復模塊部署于仿真模擬服務器,支持任意時間節點斷面的保存、刪除和恢復。

4 結語

新一代軌道交通綜合監控培訓與仿真系統提供綜合監控全專業的培訓與仿真功能,培訓與仿真系統通過模擬綜合監控各專業下設備的運行工況,為培訓人員提供高度逼真、安全的培訓環境,學員可以模擬各類場景,反復實踐,提升操作技能,培養對危險情況的敏感性和正確的反應能力,實現降本增效,保障現場安全穩定運行。