一种基于综合监控系统的模式顺控方法研究

2022-03-21张长开

现代城市轨道交通 2022年3期

张长开，刘佩

（南京南瑞继保电气有限公司，江苏南京 211102）

1 引言

轨道交通综合监控系统[1-5]（ISCS）通过采用先进的计算机技术和控制技术实现城市轨道交通控制系统的集成化、数字化和智能化，大幅提高了城市轨道交通运营的安全性和高效性。而城市轨道交通环境与设备监控系统（BAS）作为综合监控系统深度集成的一个重要子系统，对车站的日常运营起着重要的作用，其中模式控制尤为突出。BAS的模式控制[6-7]属于一种特定的设备组控制，根据工艺设计要求，使一组机电设备按照控制要求和一定顺序完成动作，实现通风、排烟等特定目的。在城市轨道交通行业飞速发展的今天，便捷、高效、安全的模式控制方式越来越受到众多地铁运营单位的重视。

针对模式控制繁杂的特点，目前已有时间表功能来辅助运营人员进行日常的模式控制，时间表功能通过预先定义不同模式的执行时间和要执行的模式号，将时间表下发到车站端的可编程逻辑控制器（PLC），由PLC根据设定的时间执行相应的模式。由于时间表是提前下发于车站，如果遇到临时情况需要修改，修改和下发过程较为麻烦；如果直接进行模式控制则需要切换模式控制方式，再下发模式控制命令，则给调度增加了额外的负担；如果多个车站出现同样的需求，效率就会大幅的降低。因此调度人员急需一种新的模式控制方式来满足日常运营的需要。

基于以上需求，本文提出了一种基于综合监控系统的模式顺控方法（以下简称“模式顺控”），首先建立好针对不同应用场景的模式顺控卡片，可由调度员随时进行在线下发，同时提供人机界面监视预控模式的执行状态、执行结果，极大地方便了调度员的日常模式操作，提高了运营的效率。相对于传统的时间表控制功能，顺控卡片功能有如下优点：①方便运行模式执行，利用模式顺控卡片进行模式控制时，不需要对控制方式进行切换，方便快捷的实现全线车站BAS子系统运行模式的下发和执行；②方便查看执行结果，利用模式顺控卡片可以查看全部模式的执行情况，包括当前的模式号，目标模式号，模式执行状态，模式别名，可以实时了解目标模式的执行情况。

2 模式顺控功能设计与实现

模式顺控功能针对特定的运行场景，通过预设一组目标模式来完成整条线路某个运行场景的切换。模式顺控的控制对象可以是整条线路所有车站的BAS系统，也可以是BAS系统下面单独的某一个系统或多个系统。模式顺控功能可以通过人机界面（HMI）进行手动触发，也支持定时触发。利用模式顺控功能，调度员可以快速方便地实现对全线车站BAS系统模式的控制和切换，提高日常运营效率和突发情况应对效率。

2.1 模型建立

2.1.1 BAS系统组别模型

BAS系统监控的设备有通风空调系统设备、给排水设备、二通阀、射流风机等，进而实现对全线车站及区间环境的全面、有效、自动化监控及管理。BAS系统根据季节、负荷、突发事件（火灾、列车阻塞）等情况，将互相之间有工艺联系的设备归成一组，同时划分了通风大系统、通风小系统、隧道通风系统等，因此，需要通过设置BAS系统组别模型来针对不同的子系统进行区分，一方面是同一个子系统只能运行一种模式的需要，另一方面通过设置BAS系统组别模型，可以方便调度员更快速的选择需要执行的模式，BAS系统模式组别模型信息见图1。

图1中，下发执行模式测点名称，表示下发执行模式测点的名称，下发执行模式是一个模拟量输出点，用于下发模式号；模式执行结果测点名称，表示模式执行结果测点的名称，模式执行结果是一个模拟量输入点，是模式下发后该模式执行的结果对应测点的名称，模式执行结果一般为执行中、执行成功、执行失败；模式投入状态测点名称，表示模式投入状态测点的名称，模式投入状态测点是一个开关量输入测点，用于表示当前模式是否投入；当前运行模式测点名称，表示当前运行模式测点的名称，当前运行模式测点是模拟量输入点，表示当前执行模式结果的测点。

2.1.2 模式组别模型

BAS系统下面的通风大系统、通风小系统、隧道通风系统等每个子系统里面又设计了不同的模式来完成不同的运行场景，例如，大系统里面有小新风空调季、全新风空调季、通风季、排热工况，隧道通风系统里面包括夜间停运状态、正常运行状态、通风换气状态等模式，每种场景都对应一个特殊的模式号，因此，在BAS系统组别模型下面设置模式组别模型来存储相应的模式信息，建立一套完整的描述BAS系统各个模式的模型，包括模式ID号、模式名、模式号和模式描述，实现对各个模式具体描述和实际展示的功能。模式组别模型信息见图2，图2中，模式名称，表示各个模式名称；模式号，表示各个模式对应的模式号；模式描述，表示各个模式的描述。

BAS系统组别模型下面包含模式组别模型，共同构成了模式顺控功能的模型基础。例如，某个车站下面的BAS系统分成了通风大系统、通风小系统、隧道通风系统，则系统组别模型里面就包含通风大系统、通风小系统、隧道通风系统，而通风大系统下面可以有多个模式，则模式组别模型就对应多个模式，其中一个模式叫小新风空调系统，它的模式名是D2，模式号是101，模式描述就是小新风空调系统。基于这个模型，就可以对BAS系统下面各个子系统的各个模式有一个非常清晰的认识。

2.1.3 模式顺控模型

模式顺控功能是针对全线所有车站的BAS系统进行模式控制，为方便调度员能够实时监视模式的执行情况，模式顺控模型除了目标模式号之外，还要包含该模式的其他信息以实现对该模式运行情况的全景监控，模式顺控的具体信息见图3，图3中，车站名，表示被控模式所在的车站；子系统名，表示被控模式所在的子系统；目标模式名，表示被控模式对应的目标模式的名称；目标模式值，表示目标模式对应的数值，是系统需要下发的实际控制值，比如，目标模式值199对应模式名“D0”；当前模式别名，表示被控模式对应的目标模式的常规描述，模式别名是对模式名的一个补充，代表其具体的模式，例如，模式名叫“D0”，模式别名叫“清零状态”；工况，表示被控模式对应的名称；当前模式执行结果，表示被控模式实际的执行结果，一般是失败、执行中、执行成功；当前模式投入状态，表示被控模式当前的投入状态。

基于以上模式顺控模型信息，调度员可以快速了解每个车站、每个模式的具体信息，在实际的操作中也可以快速发现问题并解决问题。

2.2 模式顺控编辑

模式顺控功能以模式顺控卡片的形式体现在实际的综合监控系统里面。针对不同的运行场景，系统可以增加不同的模式顺控卡片来进行应对。在新增顺控卡片之前，首先按照各个车站预先定义好的模式信息将每个车站的BAS系统组别模型和模式组别模型定义完整，方便调度员快速选择不同车站的不同目标模式。

定义完模式相关的信息之后，可以开始进行顺控卡片的编辑。调度员可以利用综合监控系统提供的在线监视工具新增一张顺控卡片表，用于某种特定的模式控制场景，例如，“全线大系统开启”。新增完顺控卡片之后，再在卡片里面针对不同的车站添加对应的目标模式。新增模式控制命令时，在线工具会自动到上述BAS系统组别模型和模式模型里面查找相关信息，依次选择车站、该车站BAS系统组别下面的对应子系统、该子系统下面的目标模式，选择完目标模式之后进行信息保存，之后上述信息将被保存在综合监控系统里面，调度员可以按照这个顺序依次将各个车站的目标模式添加进去，形成一张完整的顺控卡片。

顺控卡片编辑功能见图4，其具有冲突执行检查的功能，它可以允许单个车站内多个子系统的模式号同时运行，而不允许同一个子系统的多个模式号同时运行。

2.3 模式顺控下发

综合监控系统采用分层分布式系统，因此模式顺控功能中目标模式的下发也是分层执行的。调度人员在针对不同应用场景定制好不同的模式顺控卡片之后，在HMI上选择需要下发的顺控卡片进行模式控制的下发。

模式控制命令首先下发到控制中心的综合监控系统，控制中心的综合监控系统的顺控服务收到模式顺控卡片的控制命令后会对控制命令进行解析和梳理，并进行模式投入状态的校验和控制权限的校验，如果控制权限校验不通过，则不会对相应车站的综合监控系统下发控制命令；如果校验通过后，则将各个车站的目标模式控制命令下发到对应车站的综合监控系统，车站的综合监控系统收到控制中心下发的模式控制命令后，只对模式控制命令本身进行简单的校验，如果满足控制条件则将其发送到对应的BAS系统，由BAS系统执行相应的模式；BAS系统收到模式控制命令后开始执行目标模式，并将执行信息返回到车站的综合监控系统，车站的综合监控系统再将模式执行信息返回到控制中心的综合监控系统。以上就是一个完整的顺控卡片的控制过程和信息的返回过程流程，见图5。经此流程，调度员可以通过控制中心的HMI查看到各个车站的目标模式执行的具体过程和具体结果信息，包括目标模式号、当前模式号、工况和模式的执行状态。

3 模式顺控应用

通过上述模式顺控功能及流程的设计和实现，就可以在城市轨道交通的综合监控系统上实现模式顺控功能。

3.1 在环控系统中的应用

在实际的环调工作中，每天早晨调度员需要对全线车站的大系统进行通风，以便做好线路运营前的准备。调度员可以利用综合监控系统的HMI，添加一个模式顺控卡片，名为“全线大系统早间启动”，将所有车站的大系统模式添加到模式顺控卡片中去。

每天早晨，调度员可以打开模式顺控卡片的控制界面，选中“全线大系统早间启动”卡片，点击下发按钮，则全线所有车站BAS系统的大系统都会执行目标模式，调度员可以在线监视每个车站的大系统模式控制的执行情况，当出现执行失败时，可以联系车站值班人员快速检查问题，保证每个车站的模式控制顺利执行。

如果遇到特殊情况，例如，应对假日的大客流或者恶劣天气的情况，调度员可以利用综合监控系统提供的 HMI，快速地新增一张新的模式顺控卡片用于这些特定的运营场景，利用简单的操作就可以实现这些场景的应对。

正常情况下，模式顺控卡片功能主要实现全线多个车站的并行模式控制，因此仅有中央调度员有权限进行编辑和下发。实际使用时，系统也支持车站内不同子系统的多个模式同时下发，中央级和车站级模式控制的控制权限可以通过权限移交功能进行切换。

3.2 与时间表功能比较

综合监控时间表功能一般针对特定车站编辑特定的时间表，排定当天各个时间点需要执行的模式。例如，在早上开站时执行大系统通风模式，在晚间关站时执行夜间停站的模式，这些内容都需要提前固定好，以方便调度员的实时调整。当出现突发情况，需要执行特殊模式时，尤其是多个车站或者整条线路需要执行特殊模式时，时间表则无法实现模式的快速下发。模式顺控功能很好地解决了这些问题，本文针对模式顺控与时间表功能进行对比，结果见表1。