城市轨道交通综合监控系统设计探讨.doc

城市轨道交通综合监控系统设计探讨电专化铁遁2006年第4期城市轨道交通综合监控系统设计探讨李熙光摘要:结合国内外成功运营的综合监控系统的实际情况,对系统设计过程中功能需求,集成模式及集成对象的确定,主干网的数据流量及带宽选择,大屏幕投影显示系统总体规模的配置,综合监控系统与被集成系统接口分界,以及如何降低系统工程造价等问题进行了探讨.关键词:轨道交通;综合监控系统;设计:探讨Abstract:Combinedwiththedomesticandoverseassuccessfuloperationexperienceinintegratedsupervisionandcontrolsystem,putsforwardthewriterSopinionsinrespectofthefunctiondemands,thedeterminationoftheintegratedmodeandintegratedobject,theselectionofthemainnetwork,theallocationoftheoverallscaleoflargescreen,discussesoftheinterfaceboundaryoftheISCSandthesystembeingintegrated,andthematterhowtolowerthesystemengineeringcost.Keywords:masstransit;integratedsupervisionandcontrolsystem;design;discussion中图分类号:U239.5文献标识码:A文章编号:1007936X(2OO6)040026040引言综合监控系统己在世界范围内的地铁,轻轨中成功应用,如新加坡,韩国,中国香港以及北美,欧洲等国家和地区.从目前的技术发展水平看,综合监控系统是实现国内轨道交通调度自动化管理更上一层楼的重要工具,也是我国城市轨道交通监控系统的主要发展方向,它具有包含的子系统多,监控的对象多,处理的数据量大,涉及的专业面广等特点.在工程设计中,最关键的问题是如何较为准确地提出我国城市轨道交通综合监控系统的合理需求,设计出投资合理,功能适用的综合监控系统.本文就系统设计过程中的几个问题作一探讨.1系统设计过程中几个关键技术问题国内的综合监控系统设计,重点在几个方面的研究:系统的功能需求,系统的集成模式及对象,系统主干网带宽,控制中心大屏幕规模,系统专业接口划分以及工程投资控制等.1.1综合监控系统功能需求功能需求主要体现在以下几个方面:分析各子系统所监控的对象,并提出系统的调度监控画面和系统数据库定义及描述表,以及所实现的功能;分作者简介:李熙光.中铁电气化勘测设计研究院,高级工程师,天津300250,电话:02226021140.26析综合监控系统需要实现的监控功能和调度事务管理功能;分析综合监控系统在正常和异常情况下,相关的互动需求分析,即所采取的调度管理措施分析,真正指导厂家进行系统功能的开发:结合防灾要求,利用综合监控系统本身所具备的系统功能,建立紧急情况下的调度指挥管理预案,真正体现出综合监控系统在调度管理上的优越性.1.2综合监控系统集成模式及集成对象的确定综合监控系统设计应结合国内外系统的集成模式以及国内地铁相关系统的实际特点,提出较为合适的集成方式和集成对象.1.2.1国内外典型综合监控系统简况通过考察新加坡,香港,深圳地铁,发现其中有3条线的综合监控系统有一定的代表性,也体现了当今系统集成的3种模式,即深度集成,适度集成和简单集成.(1)东北线:综合监控系统集成PSCADA,BAS,ATS;互联FAS,PSD,PIS,CLK等系统,PA,CCTV,RS,TEL作了画面集成,此为深度集成模式.(2)西铁:系统在控制中心,车站集成PSCADA,BAS,ACS,FAS,其他互联,此为适度集成模式.(3)深铁1号线:仅集成PscADA,BAs,城市轨道交通综合监控系统设计探讨李熙光FAS(FAS有备用通道),与ATS在中心作简单互联,其余独立设置,此为简单集成模式.1.2.2集成模式建议在传统的独立系统中,无论是PSCADA,FAS,BAS,PSD,还是ATS,其性质是实时监控调度指挥系统,各系统调度人员监控,监视的对象是设备.而通信系统,AFC计算机系统,ACS门禁系统从性质上属于信息类管理系统.而列车自动控制系统是安全性要求很高的系统,面向行车安全,目前主要靠引进国外设备,国产化率很低,专业性强.因此,在现阶段,基于目前国内集成能力(设计,供货)的考虑,并借鉴国外的成功经验,建议综合监控系统采用适度集成模式.也就是说,通信系统,AFC,ACS和ATS等有特殊信息要求和涉及行车安全的系统仍采用分立系统模式,其余的BAS,FAS,PSCADA,PSD和FG等设备监控系统全集成到统一的监控平台上.1.2.3集成和互联对象的确定综合监控系统集成与互联对象的确定,应从系统的安全可靠性要求出发,结合功能需求,运营管理,系统集成供货方式来分析.同时需要考虑系统软件开发的经济性和后期工程调试,接口配合的可实施性.系统互联,集成的系统越多,综合监控系统的软件开发,设计接口配合,后期协调的工作量越大,建设成本也相应增大.基于以上分析,提出以下建议:(1)BAS,PSCADA,PSD,FlG具有相同的监控原理,类似的被控对象,相似的监控功能,由综合监控系统集成.(2)ATS系统按独立系统考虑,中心与综合监控系统互联;在车站级不互联,由信号专业提供终端.AFC系统按独立系统考虑,中心与系统互联;在车站级不互联,由AFC专业提供终端.ACS系统按单独设置考虑.PA,CCTV独立设置,控制中心,车站所有的通信设施由通信专业负责,并在控制中心设置独立通信管理台负责全线通信系统的设备管理.CCTV设备可与综合监控系统实现视频信号的接入.PIS系统在控制中心,车站与综合监控系统简单互联.CLK系统按中心互联考虑.(3)FAS系统与BAS,PSCADA具有相同的监控原理,互动需求密切,在上海,广州,深圳等工程中采用的是集成方式,而在北京采用的是互联方式.建议FAS系统独立设置(全线独立组网,通信控制盘仍由FAS专业设计,供货),但可以采用界面集成的方式,在车站,控制中心由综合监控系统提供终端,提供FAS火灾报警显示终端界面.1.3主干网的数据流量及带宽选择一个车站的总点数约为4000点,在极限情况下,40o0点均在500ms内同时发生变化,每个点均是在一个独立的以太网帧中传输.故此时的数据量为5.632Mb/s.因此车站交换机与主干网的接口采用10100Mb/s即可.在实际运营过程中,主要考虑以一个时间一次车站故障为原则,在一个极限情况下一个故障车站每500ms与相关系统交换一次数据,其余的正常运行车站以其20%的点数刷新数据,则此时全线车站总的接入点个数约为44800个(假设达到23个车站规模),故此时的数据量为31.54Mb/s.再考虑少量的非实时信息,此时主干网实际数据占用的带宽约为32Mb/s.通过以上计算和分析,考虑主干网的网络负载率满足数据传输实时性的要求,在车站规模数不是很大的情况下,建议主干网的带宽考虑100Mb/s.1.4大屏幕投影显示系统总体规模的配置大屏幕投影显示系统总体规模的配置直接涉及到系统的投资,因此确定合理的配置规模特别重要.通过考察新加坡,香港等相关地铁控制中心,其大屏幕的配置规模值得借鉴.新加坡东北线:16个车站,1个车辆段.大屏幕投影采用96英寸(1x4),分2层显示,上层为SCADA信息(供电线带电信息),下层显示行车信息.香港东铁:23个车站(尖沙咀东一罗湖线,大围一乌溪沙线),2个车辆段.大屏幕投影采用50英寸(3x12),显示PSCADA,ATS,CCr等信息.香港西铁:9个车站,1个车辆段.大屏幕投影采用67英寸(2x6),中间上层显示SCADA信电气化铁道2006年第4期息(供电线带电信息lx4),中间下层显示行车信息(1x4),两边各用2xl显示CCTV.结合国外大屏幕系统的配置特点,以及目前国内地铁大屏幕配置的实际效果,建议大屏幕投影的配置应综合考虑各个系统的显示需求,特别是ATS,PSaA,CCTV的显示需求,以及现场调度员工作的舒适性等诸多因素最终确定系统显示规模,PSCADA显示信息主要考虑显示接触网供电分段示意图以及馈线开关的有关信息,变电所主接线图不上显示系统.1.5综合监控系统与被集成系统接口分界的建议综合监控系统设计专业与各相关系统专业的设计分界,设备分界需要明确.本着分工明确,责任到位的原则,建议设计分界就是设备接口分界.综合监控系统与被集成系统的接口分界主要从2方面考虑,即被集成系统的运行管理模式和独立系统的传统供货模式.建议如下:(1)在目前的运营管理体制下,综合监控系统的设计,功能开发应以保证PSCADA,BAS功能为中心,PSCADA,BAS的中心级,车站级监控功能均由综合监控系统负责实现,并实现电力监控系统的完全集成,综合监控系统应包含变电所综合自动化设备(即通信控制盘,当地监控机),维持原有的与开关柜的接口分界.(2)采用目前在建地铁综合监控系统的接口划分模式,接口分界在BAS主冗余控制器的上侧,BAS主冗余控制器及以下设备仍由BAS专业供货.综合监控系统集成BAS后,最理想的方式是与PSCADA一样,所有的BAS设备(控制中心设备,车站监控终端,ECS控制器,BS控制器,就地控制器)均由综合监控集成商负责.但考虑目前的一些客观因素,仍维持既有的接口分界.(3)仍采用目前在建地铁综合监控系统的接口划分模式,接口分界分别在PSD,FG主控制器的上侧,PSD,FG主控制器及以下设备仍分别由PSD,FG专业供货.PSD,FG系统与综合监控系统实现集成后(实际上是监控界面的集成),综合监控系统在控制中心,车站控制对安全门,防淹门只监不控,只在紧急情况下车站值班员通过IBP盘28实现对防淹门的紧急控制.(4)与其他系统的接口分界建议在综合监控系统FEP设备的外侧.2降低系统工程造价的建议措施以上几个关键问题控制的好坏,本身直接关系到系统的投资,此外,就如何进一步降低系统工程造价,笔者提出以下建议措施.2.1采用合理的技术标准和供货方式目前综合监控系统工程造价之所以较高的主要原因有以下几点:(1)系统技术集成主要是国外集成商负责,还未完全实现国产化,导致系统造价较高.(2)目前国外有成功经验的集成商都具备集成ATS,通信系统的能力,因此,这些厂家的软件应用平台是基于完全集成模式开发,其软件费用高.即使国内不集成ATS,仅考虑互联,若采用国外产品,国外厂家仍采用完全集成ATS,通信系统的软件平台进行开发,故其软件报价仍然很高,也是导致系统造价较高的原因.(3)采用国内厂家牵头,国外厂家技术支持的联合投标方式也是导致系统造价较高的原因,2个承包商参与工作和1个承包商参与工作,对系统设备的投资是有影响的.(4)追求系统的先进性,由于互联系统过多,从而使软件开发成本增加,系统的配合工作量也相应增加.要降低综合监控系统的造价,具体方案设计过程中应考虑以下3个方面:(1)作好综合监控系统的集成,互联相关系统的必要性和功能的实用性分析,避免盲目追求系统的大而全,忽略系统的实用性,减少接口配合,避免系统硬件的过高标准及过分冗余配置,同时降低系统安装调试难度.(2)较复杂的综合监控系统(如完全集成ATS,通信系统等)的建设,建议采用先引进,后自主的策略,借助国内综合监控系统建设初期,先引进国外技术,通过合作,培养国内的系统集成商,从而完全实现系统的国产化.但是对仅集成PSCADA,BAS,FAS,PSD,FG,与其他系统城市轨道交通综合监控系统设计探讨李熙光实现互联的综合监控系统,完全可以采用国内集成完全供货的方式,实现完全国产化.(3)在系统功能的开发上,需要结合工程特点,设计部门,供货商解决好关键技术点,做好用户需求分析,以保证系统功能的实用性.系统设计过程中,让系统的使用单位早期介入,从而保证系统功能的实用性和后期工程交接的衔接性.2.2优化系统结构和减少后期运行维护成本根据国内目前现状,在系统设计过程中,通过简化系统接口,在满足系统功能要求前提下适当降低系统集成互联难度.另外关键设备应适度冗余配置,并优先选用免维护或少维护的设备,延长使用寿命,减少后期运行维护成本.2.3通过优化设备布置来节省土建投资可以将一些弱电系统的设备用房作进一步整合,通过优化设备布置来减少占用空间,从而节省土建,房建投资.总体设计工作可以由控制中心的设计单位或综合监控系统的设计单位牵头考虑.3结束语随着我国城市轨道交通的迅速发展,综合监控系统的应用将更为广泛,因此设计之初,应对综合监控系统的需求进行合理定位,同时应认识到,综合监控系统仅仅是一个先进的管理手段和指挥工具,在紧急情况下的调度管理指挥,例如恐怖袭击,真正依靠的是完善的应急处理预案和