南京地铁一号线南延线综合监控系统集成模式

2011-03-13彭昶

电气化铁道 2011年1期

彭昶

0 引言

南京地铁一号线南延线工程项目（以下简称“该项目”）线路全长17.954 km，共设12 座车站，工程范围包括供电系统、信号系统、通信系统、旅客资讯系统、电扶梯系统、环境监控系统、火灾自动报警和气体灭火系统、通风空调给排水系统等。各子系统通过标准接口和综合监控系统相连，实现全过程、全方位监控。在实施过程中，鉴于国内外地铁在综合监控系统运行中已经碰到的问题，本文就该项目在实施过程中的综合监控系统集成模式进行阐述。

1 监控目标

在该项目中，如何将综合监控集成技术和项目实际相结合，以达到最佳实施效果是工程前期考虑的重点。该监控系统主要包括环境与设备监控系统（BAS）、电力监控系统（SCADA）和其他监控系统，详见表1。

表1 综合监控系统监控目标表

2 综合监控系统集成平台

现代化的地铁运营管理要求管理系统能提供一个可实现信息互通和资源共享的平台。综合监控系统的主要功能包括对机电设备的实时集中监控功能和各系统之间协调联动功能2 大部分。一方面，通过综合监控系统可实现对电力设备、火灾报警信息及其设备、车站环保设备、区间环保设备、环境参数、屏蔽门设备、防淹门设备、电扶梯设备、照明设备、门禁设备、自动售检票设备、广播和闭路电视设备、乘客信息显示系统的播出信息和时钟信息等进行实时集中监视和控制的基本功能；另一方面，通过综合监控系统还可实现晚间非运营情况下、日间正常运营情况下、紧急突发情况下和重要设备故障情况下各相关系统设备间协调互动等高级功能。

3 现有集成模式的选择

3.1 现有集成模式的分类

根据国内外地铁综合监控系统的最新发展状况，按照集成规模和深入程度分类，目前综合监控系统的集成模式主要包括2 种：顶层信息集成模式（也称为适度集成模式）和深度系统集成模式。

3.1.1 顶层信息集成模式

国内外早期建设的地铁综合监控系统皆采用顶层信息集成模式，该模式是在中央、车站和车辆段将集成系统和互联系统的重要监控信息统一汇集处理，然后再显示到中央和车站的图形化人机界面上，其实质就是将早期分立监控模式下各子系统的上下位机结构拆分成2 个独立部分进行设计、实施和调试。接口设备（如前端处理器FEP）实现与各接入系统的数据通信和信息隔离，这样的系统划分方式将导致综合监控系统独享上层已搭建的网络资源。顶层信息集成模式下各系统划分示意图如图1 所示。

图1 顶层信息集成模式下各系统划分示意图

3.1.2 深度系统集成模式

深度系统集成模式是在总结国内外地铁建设经验教训的基础上，对顶层信息集成模式的一种继承和发展。深度系统集成模式的综合监控系统的内容也相应扩大，包括了原来顶层集成模式的综合监控系统、电力监控子系统（PSCADA）、环境与设备监控子系统（BAS）、火灾自动报警子系统（FAS）和门禁子系统（ACS）等多个部分。其主要特点是将分立监控系统上下位机结构作为一个整体进行考虑，原来分立系统的功能统一在综合监控系统软硬件平台上完成。深度系统集成模式在接入方式上进行了优化设计，多个控制层设备（如PSCADA控制器、BAS 控制器、FAS 报警盘和ACS 控制器等）皆直接连接到综合监控系统的站级局域网络上，该设计在简化网络层次的同时，还满足相关子系统设备异地通信和远程访问等功能需求。深度系统集成模式下各系统划分如图2 所示。

图2 深度系统集成模式下各系统划分示意图

3.2 2 种集成模式的特点

自20 世纪90 年代中期开始，随着网络和计算机技术的发展，综合监控集成技术在国外早期建设的地铁工程中逐渐得到推广应用。该时期的综合监控系统的集成模式大多采用顶层信息集成模式，强调对综合监控系统的自身性能保护，通过网关接口设备（前端处理器FEP）将各接入系统上传的监控信息进行有选择性的筛选，有效地控制子系统上传点数的总体规模，从而保证自身系统的稳定性和实时性。虽然系统基本满足运营调度指挥的需要，但在实际工程实施过程中却发现，由于硬件构架上的限制，采用顶端信息集成模式的系统存在网络利用率低、软件功能不强和实施维护性差等缺陷。

相对于顶端信息集成模式而言，深度系统集成模式具备以下优势：

（1）在控制整体投资成本的同时，强化系统功能和实现网络资源共享。由于该模式的综合监控系统在上下位机的连接方式上采用主要控制层设备直接接入综合监控系统站级局域网的方式，这样控制层设备之间的站间通信功能和远程访问、下载和维护功能，皆可以通过综合监控系统构建的全线网络来实现，这在以往顶端信息集成模式中是无法实现的。采用深度系统集成模式的综合监控系统，既满足运营指挥调度人员的功能需求，又兼顾运营维护管理人员的功能需求，系统实现功能更加强大。同时，由于共享网络资源，集成子系统不再需要单独组网，因此整体工程的投资略有下降，系统性价比也更高。

（2）系统性能更强大。从软件数据采集和处理来看，由于该模式的综合监控系统采用同一厂商的开放性软件集成平台，使得大多数监控数据可采用一次数据采集、数据处理和数据表示的处理方式，而不需进行顶端信息方式常见的数据转换和数据再处理等过程，因此减少了中间环节，系统实时响应性得到了保证，系统监控点数的规模也可相应扩大，从而使得系统实现的功能更加完善和强大。

（3）降低了整体工程的实施难度。由于该模式的综合监控系统采用一体化设计思路，具有系统构架简约、层次简化和软件平台一体化等特点，因此在工程实施过程中，调试工作易于协调和统筹安排，部分调试工作安排在实验室即可进行，从而使整个系统的现场调试工作量减少，现场调试时间相应缩短，现场联调次数也减少，故障诊断和系统维护较为方便。该特点正好与南京地铁一号线南延线项目工期较短的建设特点相适应。

3.3 集成模式的选择

综合上述分析，2 种集成模式的综合监控系统各有特点且结构各异，结合该项目的监控需求，决定采用深度集成模式的综合监控系统。

4 基于深度集成模式的综合监控系统方案

该项目最终综合监控系统全系统采用分层分布式结构，监控系统分3 层：以珠江路地铁控制中心OCC 与监控中心以太网组成的系统顶层；由12个车站和车辆段的车站综控室与车站级以太网组成的车站监控层；供电、环控等子系统组成的基础自动化层。

网络分为3 层体系结构：3 层网络的顶层网为通信骨干网支持的高速交换冗余以太网，作为全线监控中心的网络；车站层采用100 Mb/s 交换以太网；底层是车站里的各子系统的实时控制网络和现场总线。

系统软件也分为3 层：I/O 接口及通信级软件，用于子系统数据的收集；数据处理级软件；操作级软件，用于对现场的监视和控制命令，包括设备遥控、设定等。

硬件系统平台设计时，充分考虑硬件平台系统整体的平衡，避免出现薄弱环节，以保证硬件平台的整体性能和效率。在以硬件平台作为网络系统组建时，充分考虑必要的冗余和系统的负荷裕量，以保证数据传输的畅通和效率。在单元设备选用时坚持采用成熟的产品，以适用于环境相对恶劣的场所。系统最终由中央监控系统、车站监控系统、车站设备层和骨干网组成。由于采用了开放式、模块式的设计模式，系统平台统一，接口完善，界面友好，运行效果良好。