地鐵是城市軌道交通的一部分，隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)及科技的高速發(fā)展，為了緩解城市交通的緊張狀況地鐵應(yīng)運(yùn)而生。地鐵是在城市中修建的快速，且大量用電力牽引的軌道交通，它的線路通常設(shè)在地下隧道內(nèi)，有的也在城市中心以外的地區(qū)從地下轉(zhuǎn)到地面或高架橋上。地鐵與城市其他交通工具相比，具有以下特點(diǎn)：1)地鐵是在人口密集區(qū)的地下封閉隧道中運(yùn)行的，而在郊外人口不密集區(qū)則是在高架或地面封閉環(huán)境中運(yùn)行的，其占用地面面積較少，能夠避免城市地面擁擠，節(jié)約城市用地；2)地鐵的客運(yùn)量為4～6萬人／小時(shí)以上，其運(yùn)輸能力比一般地面交通工具大7～1O倍；3)地鐵列車以電力作為動(dòng)力，對(duì)空氣污染程度比較小。而其他的地面交通工具一般采用的是汽油、柴油等，不僅消耗能源，還會(huì)造成大量污染。地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)作為保證地鐵正常運(yùn)行的管理系統(tǒng)具有非常重要的作用，這里提出了主要針對(duì)西安地鐵2號(hào)線的綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。
1 地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)
地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成了地鐵各專業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)，它采用統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)硬件和軟件平臺(tái)。無論是電力監(jiān)控還是設(shè)備監(jiān)控，無論是行車調(diào)度還是通信監(jiān)控，它們都是建立在一個(gè)統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，由統(tǒng)一的軟件系統(tǒng)支持。
地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電力監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(BAS)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)(FAS)、屏蔽門(PSD)等系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)系統(tǒng)(SIG)、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)(AFC)、廣播系統(tǒng)(PA)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)(CCTV)、乘客信息系統(tǒng)(PIS)和時(shí)鐘系統(tǒng)(CLK)的互聯(lián)。圖1為地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)組成框圖。
電力監(jiān)控子系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)控制、遙信及信息處理、遙測(cè)及數(shù)據(jù)處理、遙調(diào)以及模塊操作等功能，而環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)則實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、正常顯示、故障顯示以及運(yùn)營(yíng)統(tǒng)計(jì)等功能。
2 地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成
系統(tǒng)集成就是通過結(jié)構(gòu)化的綜合布線系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將各個(gè)分離的設(shè)備(如個(gè)人電腦)、功能和信息等集成到相互關(guān)聯(lián)的、統(tǒng)一和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)之中，使資源達(dá)到充分共享，實(shí)現(xiàn)集中、高效、便利的管理。
綜合監(jiān)控系統(tǒng)從集成的深度來劃分，有現(xiàn)場(chǎng)層集成——完全集成(深度集成)、執(zhí)行層集成——準(zhǔn)集成、管理層集成——表層集成(頂層集成)3種集成方案。
1)頂層集成 在OCC和車站的監(jiān)控層將子系統(tǒng)集成。綜合監(jiān)控系統(tǒng)在管理層面匯集，處理各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)間的信息共享、交互及系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)功能。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但仍然存在車站級(jí)設(shè)備及接口種類多、實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)困難等缺點(diǎn)，這種方案集成度最低。
2)準(zhǔn)集成 現(xiàn)場(chǎng)采集、驅(qū)動(dòng)設(shè)備與執(zhí)行層之間的通信協(xié)議均為系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)議，二層設(shè)備密不可分，一般綜合監(jiān)控系統(tǒng)不選擇在此層面進(jìn)行集成。
3)深度集成 采用統(tǒng)一軟件平臺(tái)將被集成的子系統(tǒng)完全集成在一起。被集成子系統(tǒng)的中央層、車站監(jiān)控層和控制層被集成在綜合監(jiān)控平臺(tái)上，它們的功能都由綜合監(jiān)控軟件來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)應(yīng)用軟件完全統(tǒng)一，數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)約、迅速，系統(tǒng)間聯(lián)動(dòng)功能種類多、安全、簡(jiǎn)潔，綜合監(jiān)控系統(tǒng)與各子系統(tǒng)之間配合協(xié)調(diào)工作，由綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成商來完成，減輕了建設(shè)方的工程管理工作。
深度集成的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，是我國(guó)地鐵工程實(shí)踐中自主創(chuàng)新出的一種類型。它克服了頂層集成的缺點(diǎn)，采用同一種軟件平臺(tái)將被集成子系統(tǒng)完全融入綜合監(jiān)控系統(tǒng)，軟件平臺(tái)可延伸至現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，可完成實(shí)時(shí)控制與互動(dòng)功能，系統(tǒng)的有效性、響應(yīng)性好。
3 西安地鐵2號(hào)線綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)
3．1 系統(tǒng)功能
綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)是一個(gè)高度集成的綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，其目的主要是通過集成地鐵多個(gè)主要弱電系統(tǒng)，形成統(tǒng)一的監(jiān)控層硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵主要弱電設(shè)備的集中監(jiān)控和管理功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車運(yùn)行情況和客流統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)監(jiān)視功能，最終實(shí)現(xiàn)相關(guān)各系統(tǒng)之間的信息共享和協(xié)調(diào)互動(dòng)功能。通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)的統(tǒng)一用戶界面，運(yùn)營(yíng)管理人員能夠更加方便、有效地監(jiān)控管理整條線路的運(yùn)作情況。
3．2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
綜合監(jiān)控系統(tǒng)由位于控制中心的中央級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)和系統(tǒng)仿真測(cè)試平臺(tái)、位于車站的車站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)，位于車輛段的車輛段綜合監(jiān)控系統(tǒng)等多個(gè)部分組成。通過全線通信傳輸網(wǎng)把車站、車輛段與中央的各級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)連接到一起，從而形成一個(gè)有機(jī)的整體，如圖2所示。
3．2．1 系統(tǒng)層次劃分
綜合監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對(duì)象主要是行車和行車指揮、防災(zāi)和安全、乘客服務(wù)等相關(guān)內(nèi)容。為了滿足兩級(jí)制監(jiān)控和調(diào)度指揮的需求，綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用兩級(jí)管理三級(jí)控制的分層分布式結(jié)構(gòu)。兩級(jí)管理分別是中央級(jí)管理和車站級(jí)管理，三級(jí)控制分別是中央級(jí)控制、車站級(jí)控制和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制。綜合監(jiān)控系統(tǒng)的整體層次劃分如圖3所示。
3．2．2 中央級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)(CISCS)設(shè)計(jì)
中央級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)在控制中心設(shè)置中央級(jí)局域網(wǎng)絡(luò)，通過全線網(wǎng)絡(luò)將各車站監(jiān)控網(wǎng)的監(jiān)控信息傳送到控制中心，并在控制中心與PI-S、AFC、PA、CCTV、CLK、SIG、綜合網(wǎng)絡(luò)管理等系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)相關(guān)接入系統(tǒng)的集中監(jiān)控功能。
1)系統(tǒng)組成 中央級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)在控制中心設(shè)置中央級(jí)局域網(wǎng)絡(luò)，通過全線的主干網(wǎng)絡(luò)將各車站監(jiān)控網(wǎng)的監(jiān)控信息傳送到控制中心，并在控制中心與SIG、AFC、PA、CCTV、PIS、CLK和綜合網(wǎng)絡(luò)管理等系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)相關(guān)接入系統(tǒng)的集中監(jiān)控功能。
中央級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)全線重要監(jiān)控對(duì)象的狀態(tài)、性能等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的收集與處理，通過各種調(diào)度員工作站和綜合顯示屏以圖形、表格和文本的形式顯示出來，供調(diào)度人員參考和使用，并且可根據(jù)一定的邏輯關(guān)系自動(dòng)或由調(diào)度員人工向分布在各站點(diǎn)的被監(jiān)控對(duì)象或系統(tǒng)發(fā)送模式、程控、點(diǎn)控等相關(guān)控制命令，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)全線各弱電系統(tǒng)的集中監(jiān)控。
2)中央級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的接入系統(tǒng) 在控制中心，綜合監(jiān)控系統(tǒng)中央級(jí)一方面必須實(shí)現(xiàn)供電設(shè)備、車站機(jī)電設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測(cè)、火災(zāi)報(bào)警、屏蔽門等的主要監(jiān)控功能，另一方面可按照系統(tǒng)工作模式實(shí)現(xiàn)必要的聯(lián)動(dòng)功能。在中央實(shí)現(xiàn)的互聯(lián)系統(tǒng)包括：信號(hào)系統(tǒng)(SIG)、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)(AFC)、廣播系統(tǒng)(PA)、閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)(CCTV)、乘客信息系統(tǒng)(PIS)、綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)、時(shí)鐘系統(tǒng)(CLK)。
3)中央級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備組成 在控制中心，中央級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備由2臺(tái)實(shí)時(shí)服務(wù)器(冗余配置)、2臺(tái)歷史服務(wù)器(冗余配置)、1套R(shí)AID5磁盤陣列、1套LTO磁帶機(jī)、2臺(tái)帶路由功能的工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)(冗余配置)、2套前端處理器(FEP)(冗余配置)、2套在線式后備電源(UPS)、6套調(diào)度員工作站(其中環(huán)調(diào)、電調(diào)各1套，行調(diào)2套，維調(diào)和值班調(diào)度各1套)、4套CCTV監(jiān)視器(其中行調(diào)2套，環(huán)調(diào)和值班調(diào)度各1套)、6臺(tái)事件打印機(jī)、1臺(tái)報(bào)表打印機(jī)、1臺(tái)彩色打印機(jī)和綜合顯示屏等組成。
3．2．3 車站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)(SISCS)設(shè)計(jì)
車站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過分布在本站(或車輛段)范圍內(nèi)的站級(jí)局域網(wǎng)絡(luò)，將本站范圍內(nèi)的各有關(guān)機(jī)電系統(tǒng)(SCADA、BAS、FAS和PSD等)集成在一起，并與站點(diǎn)的PA、CCTV、AFC和PIS等系統(tǒng)互聯(lián)，使它們能相互協(xié)調(diào)工作。其中，車輛段范圍內(nèi)的機(jī)電系統(tǒng)只包括SCADA、BAS和FAS，無互聯(lián)系統(tǒng)。
1)系統(tǒng)組成 車站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)包括西安市城市快速軌道交通二號(hào)線(鐵路北客站——韋曲段)工程各車站的車站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)，車輛段是作為一個(gè)特殊站點(diǎn)考慮，車輛段綜合監(jiān)控系統(tǒng)、控制中心大樓綜合監(jiān)控系統(tǒng)屬于站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)的范疇。在主變電站所集成系統(tǒng)就近接入相鄰車站的車站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)。
車站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過分布在本站點(diǎn)范圍內(nèi)的站級(jí)局域網(wǎng)絡(luò)，將本站點(diǎn)范圍內(nèi)的各有關(guān)機(jī)電系統(tǒng)集成在一起，并與車站PA、CCTV和PIS等系統(tǒng)互聯(lián)，使它們能相互協(xié)調(diào)工作。車站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)本站范圍內(nèi)監(jiān)控對(duì)象的狀態(tài)、性能等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的收集，通過車站操作員工作站以圖形、表格和文本的形式顯示出來，供車站值班人員參考和使用，并且可根據(jù)一定的邏輯關(guān)系自動(dòng)或由調(diào)度員人工向分布在本站的被監(jiān)控對(duì)象或系統(tǒng)發(fā)送模式、程控、點(diǎn)動(dòng)控制等相關(guān)控制命令。
當(dāng)車站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)工作在正常模式時(shí)，車站級(jí)的各種狀態(tài)信息均上傳至中央級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)，控制命令主要由中央級(jí)直接下達(dá)。除個(gè)別需要車站監(jiān)控的控制命令外，車站級(jí)僅進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視，無控制權(quán)。當(dāng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)工作在災(zāi)害模式、故障模式及阻塞模式時(shí)，控制中心視具體情況下放控制權(quán)限，使車站級(jí)可以在一定權(quán)限范圍內(nèi)對(duì)車站設(shè)備進(jìn)行控制。系統(tǒng)恢復(fù)正
