張林江，孟慶利，李紅勛

（1.天津市中環(huán)系統(tǒng)工程有限責(zé)任公司，天津 300060；2.天津中環(huán)電子信息集團(tuán)有限公司，天津 300191）

綜合交通樞紐集中了多種交通運輸方式，包括航空、鐵路、軌道交通、公交車、社會車輛和出租車等，是多種交通方式的換乘節(jié)點，一旦發(fā)生火災(zāi)等災(zāi)害，若不能及時處理，各交通方式之間將引起連鎖反應(yīng)，進(jìn)而影響樞紐所依托的城市或地區(qū)的交通系統(tǒng)，危及公共安全。作為樞紐安全保障的綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS），它的完善程度和穩(wěn)定運行不僅直接關(guān)系到整個樞紐工程內(nèi)部設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，也是綜合交通樞紐正常運營的前提和保證。本次樞紐綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）的研發(fā)基于PVSS的復(fù)雜冗余、高兼容、多點數(shù)、以及面向?qū)ο箝_發(fā)的高標(biāo)準(zhǔn)性等特點，結(jié)合綜合監(jiān)控系統(tǒng)特點，實現(xiàn)樞紐綜合監(jiān)控系統(tǒng)中央級、現(xiàn)場級系統(tǒng)之間的集成控制。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)設(shè)計以天津機(jī)場樞紐為例進(jìn)行相關(guān)設(shè)計，樞紐綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）主要完成對火災(zāi)自動報警系統(tǒng)（FAS）、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）和電力監(jiān)控系統(tǒng)（PSCADA）進(jìn)行集成，并與廣播（PA）、電視監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）等系統(tǒng)互聯(lián)，同時可通過網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)對整個網(wǎng)絡(luò)及鏈路運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控；采用單級管理、二級控制模式，單級管理為樞紐綜合監(jiān)控室，二級控制為樞紐綜合監(jiān)控室、設(shè)備就地；綜合監(jiān)控系統(tǒng)ISCS具備模式控制、群組控制以及點控等功能，同時能夠反映各監(jiān)控對象的工作狀態(tài)。

系統(tǒng)在樞紐綜合監(jiān)控機(jī)房設(shè)置2臺實時歷史服務(wù)器，設(shè)置2臺通訊控制器FEP完成和PA、CCTV系統(tǒng)互聯(lián)，設(shè)置防火墻用來和外部需要接口的系統(tǒng)互聯(lián)。在樞紐綜合監(jiān)控室設(shè)置值班員工作站、網(wǎng)管工作站、維護(hù)管理工作站以及電調(diào)工作站完成整個系統(tǒng)的監(jiān)控及管理。在機(jī)場航站樓設(shè)置相關(guān)值班員工作站完成機(jī)場對樞紐系統(tǒng)的監(jiān)視。在控制系統(tǒng)中應(yīng)用了4套S7-400H冗余PLC系統(tǒng)和一套S7-300系列PLC，另外系統(tǒng)中包含多個西門子設(shè)備搭建的遠(yuǎn)程I/O站點，冗余400H PLC系統(tǒng)通過PROFINET網(wǎng)絡(luò)通訊連接，全部RIO站基于PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)與PLC主站進(jìn)行連接。PLC主站與服務(wù)器、工作站之間通過以太網(wǎng)連接，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of system

1.2 PVSS介紹

PVSS采用開放構(gòu)架，其內(nèi)部采用自主開發(fā)的中間件產(chǎn)品，使整個系統(tǒng)的各項業(yè)務(wù)既具備高實時性、高可靠性和維護(hù)性，又能具備良好的開放性和互通性[1]。

其技術(shù)優(yōu)勢如下：

·平臺開放：支持Windows、Linux和Unix操作系統(tǒng)平臺；

·處理能力：＞10000000外部信號點；

·操作：＞2500個分布式系統(tǒng)；

·代碼開放：大部分的腳本代碼都是開源的，在開發(fā)過程中用戶可以打開界面或腳本的源代碼進(jìn)行編輯修改，使之符合自己的應(yīng)用需求；

·構(gòu)架開放：用戶可以通過各類API函數(shù)開發(fā)包，集成自己的擴(kuò)展驅(qū)動和行業(yè)庫等；

·無需中斷過程就可以改變應(yīng)用程序；

·全球首個SIL3安全資格認(rèn)證；

·高標(biāo)準(zhǔn)的冗余熱備機(jī)制包括數(shù)據(jù)采集冗余，數(shù)據(jù)處理冗余，數(shù)據(jù)存儲冗余，最大16：16的冗余；

·內(nèi)部本身內(nèi)嵌有計劃任務(wù)功能模塊，同時也可以通過timedFunc（）來間接實現(xiàn)計劃任務(wù)的功能，timedFunc（）具有非常強(qiáng)大而靈活的功能，它與數(shù)據(jù)類型“_timedFunc”關(guān)聯(lián)應(yīng)用，可以實現(xiàn)按間隔時間執(zhí)行和定時執(zhí)行2種方式。

基于PVSS開發(fā)的樞紐綜合監(jiān)控系統(tǒng)，接入系統(tǒng)部分采用混合接入方式，針對不同廠商系統(tǒng)設(shè)備，分為互聯(lián)系統(tǒng)部分和集成系統(tǒng)部分，集成部分通過PVSS數(shù)據(jù)點進(jìn)行直接連接及監(jiān)控點管理，針對互聯(lián)系統(tǒng)定制協(xié)議多，數(shù)據(jù)格式復(fù)雜，連接方式多樣等特點，采用易與PVSS連接的OPC Server作為互聯(lián)系統(tǒng)通信服務(wù)，使PVSS可以方便安全地與通信服務(wù)互聯(lián)，實現(xiàn)集成系統(tǒng)與互聯(lián)系統(tǒng)綜合接入，PVSS架構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 PVSS系統(tǒng)構(gòu)架圖Fig.2 Structure diagram of PVSS system

2 系統(tǒng)主要功能

綜合監(jiān)控系統(tǒng)完成對樞紐重要監(jiān)控對象的狀態(tài)、性能等數(shù)據(jù)進(jìn)行實時收集及處理，通過工作站以圖形、圖像、表格和文本的形式顯示出來，供值班人員參考和使用[2]。系統(tǒng)根據(jù)一定的邏輯關(guān)系自動向分布在現(xiàn)場的被監(jiān)控對象或系統(tǒng)發(fā)送模式、程控、點控等控制命令，或由值班員人工發(fā)布控制命令，從而完成對環(huán)境、設(shè)備和乘客的集中監(jiān)控。系統(tǒng)接收火災(zāi)災(zāi)情信息、機(jī)電設(shè)備運行信息、電力設(shè)備運行信息，對各子系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控管理；發(fā)布火災(zāi)涉及消防設(shè)備、機(jī)電設(shè)備、電力設(shè)備的控制命令；根據(jù)火災(zāi)具體位置，啟動相應(yīng)的火災(zāi)聯(lián)動模式；對設(shè)備運行狀況進(jìn)行統(tǒng)計，實施設(shè)備維護(hù)管理趨勢報告，提高設(shè)備管理效率等[3]。

正常工況下綜合監(jiān)控系統(tǒng)按照日常監(jiān)控管理模式，通過人機(jī)接口畫面監(jiān)管各有關(guān)專業(yè)系統(tǒng)的監(jiān)控功能，通過對環(huán)境參數(shù)檢測，對能耗進(jìn)行統(tǒng)計分析，控制通風(fēng)、空調(diào)設(shè)備優(yōu)化運行，提高樞紐環(huán)境的舒適度，降低能源消耗，對設(shè)備運行狀況進(jìn)行統(tǒng)計，實施設(shè)備維護(hù)管理趨勢報告，提高設(shè)備管理效率。

火災(zāi)模式時聯(lián)動控制，當(dāng)現(xiàn)場探測設(shè)備確認(rèn)火災(zāi)報警信息后，系統(tǒng)自動切換到全系統(tǒng)的災(zāi)害模式，此時綜合監(jiān)控系統(tǒng)將綜合現(xiàn)場報警信息，使各有關(guān)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，啟動各種防煙、排煙模式，聯(lián)動停止通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)的運行，切斷非消防電源，發(fā)布火災(zāi)聯(lián)動控制指令，聯(lián)動功能觸發(fā)PA廣播，CCTV電視監(jiān)視系統(tǒng)等。

當(dāng)主要系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)重大故障，影響系統(tǒng)的安全運行或危及設(shè)備、人身安全時，綜合監(jiān)控系統(tǒng)自動進(jìn)入故障模式，樞紐綜合監(jiān)控室工作站發(fā)出進(jìn)入故障模式的消息，報警體系在樞紐綜合監(jiān)控室、航站樓、停車場管理室提醒值班員進(jìn)入故障模式，各有關(guān)系統(tǒng)也將協(xié)調(diào)互動。

2.1 電力監(jiān)控系統(tǒng)

電力監(jiān)控系統(tǒng)（PSCADA）主要是實現(xiàn)樞紐內(nèi)的10 kV開關(guān)站、400 V變電所內(nèi)的主要電氣設(shè)備的遙控、遙信、遙測等功能，PSCADA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。系統(tǒng)采用IEC104規(guī)約和各站點的通信控制器實現(xiàn)通信及實時數(shù)據(jù)的處理功能。PVSS軟件本身內(nèi)嵌有電力系統(tǒng)的IEC104規(guī)約驅(qū)動，開發(fā)人員可以通過系統(tǒng)管理界面（SysMgm），選擇IEC 60870 101/104 Driver就可方便快捷地成功配置一個可用的104規(guī)約鏈路，即可實現(xiàn)與PSCADA通訊控制器建立通訊連接，完成電力監(jiān)控的采集控制。

圖3 PSCADA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Network structure diagram of PSCADA system

2.2 環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）對樞紐范圍內(nèi)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備、給排水系統(tǒng)設(shè)備、電扶梯系統(tǒng)設(shè)備、動力照明系統(tǒng)設(shè)備等進(jìn)行全面、有效地自動化監(jiān)控及管理，進(jìn)行程序自動、實時、定時、現(xiàn)場就地監(jiān)視設(shè)備運行狀態(tài)，控制開啟和關(guān)停，檢測環(huán)境參數(shù)，調(diào)控環(huán)境舒適度及節(jié)能管理[4]。

BAS監(jiān)控網(wǎng)分2層布置，第1層為節(jié)點級系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，采用工業(yè)級以太網(wǎng)，擔(dān)負(fù)BAS與ISCS的數(shù)據(jù)交換；第2層為現(xiàn)場設(shè)備級網(wǎng)絡(luò)，采用PROFIBUS現(xiàn)場總線，擔(dān)負(fù)BAS控制器與BAS現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，BAS系統(tǒng)網(wǎng)路結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。系統(tǒng)A、B兩端的主、從冗余PLC控制器以及遠(yuǎn)程I/O控制箱通過PROFIBUS現(xiàn)場總線通訊，組成BAS底層冗余雙工業(yè)控制現(xiàn)場級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

圖4 BAS系統(tǒng)網(wǎng)路結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Network structure diagram of BAS system

BAS系統(tǒng)按照樞紐的運行模式一般可分為災(zāi)害運行模式、正常運行模式。在正常情況下又可按照運行時間分為早、中、晚、夜間運行模式，按照運行季節(jié)分為過度季節(jié)運行模式和空調(diào)季節(jié)運行模式等。

在正常運行模式下，BAS系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對樞紐機(jī)電設(shè)備的自動化監(jiān)控，按照溫度（季節(jié)）模式對樞紐通風(fēng)空調(diào)設(shè)備實施節(jié)能化管理，根據(jù)設(shè)置在現(xiàn)場的溫濕度等各類傳感器的測量值，計算判斷現(xiàn)場的環(huán)境情況，控制現(xiàn)場機(jī)電設(shè)備按照相對適當(dāng)?shù)哪┒素?fù)荷運行，有效地控制現(xiàn)場空調(diào)通風(fēng)、送排風(fēng)等設(shè)備，給乘客提供良好的乘車環(huán)境；按照時間模式（早、中、晚、夜間）對樞紐照明進(jìn)行自動監(jiān)控，節(jié)能管理，還包括日常情況下對給排水系統(tǒng)各類水泵、水位的監(jiān)視、提供樞紐應(yīng)急照明電源，對電梯、自動扶梯等設(shè)備的狀態(tài)、故障監(jiān)視。

火災(zāi)時接受FAS系統(tǒng)指令，轉(zhuǎn)為災(zāi)害運行模式，配合進(jìn)行防排煙工作。

2.3 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)

FAS系統(tǒng)功能為監(jiān)視范圍內(nèi)的火災(zāi)災(zāi)情并報警，聯(lián)動控制消防泵、噴淋泵、氣體滅火設(shè)備、防火卷簾門、應(yīng)急照明等。

FAS系統(tǒng)主報警控制器通過RS485通訊接口和BAS主控PLC相連，在火災(zāi)時將報警信息傳輸給BAS系統(tǒng)，使BAS系統(tǒng)轉(zhuǎn)為火災(zāi)模式運行，聯(lián)動控制相關(guān)設(shè)備等。FAS系統(tǒng)主報警控制器和綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過冗余RJ45以太網(wǎng)方式相連，使綜合監(jiān)控系統(tǒng)能夠獲取到火災(zāi)報警信號，對火災(zāi)報警進(jìn)行確認(rèn)，同時完成FAS系統(tǒng)到綜合監(jiān)控系統(tǒng)的集成。當(dāng)有火災(zāi)報警信號時，PVSS會自動彈出報警窗口，提示報警位置。

FAS系統(tǒng)對火災(zāi)報警要求ISCS系統(tǒng)在報警發(fā)生時第一時間彈出報警提示窗口，對于普通數(shù)量的報警信號進(jìn)行實時監(jiān)測和報警對系統(tǒng)資源的消耗有限，但此ISCS系統(tǒng)中包含5400點以上數(shù)量的需要實時監(jiān)測的FAS報警信息的數(shù)據(jù)點，為了減少系統(tǒng)開銷，根據(jù)對FAS報警數(shù)據(jù)點的分析，采用了“頂層報警下層搜索”的方式來實現(xiàn)報警彈窗提示功能，即使用dp-Connect（）來實時監(jiān)測頂層（分區(qū)報警）報警數(shù)據(jù)點，當(dāng)頂層發(fā)生報警時，再去輪詢下層（各檢測傳感器）報警數(shù)據(jù)點，搜索到下層報警后彈出報警提示窗口，報告給用戶具體的報警分區(qū)及傳感器等的描述或編號。

2.4 廣播與電視監(jiān)控系統(tǒng)

PA和CCTV系統(tǒng)通過Modbus TCP協(xié)議與PVSS進(jìn)行通訊。PVSS可以完成對PA系統(tǒng)的查詢和廣播控制等功能；同時實現(xiàn)對CCTV系統(tǒng)的控制及緊急情況下的系統(tǒng)聯(lián)動，將PA、CCTV等報警信息在PVSS中顯示。

2.5 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)是通過PVSS內(nèi)嵌的SNMP網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議完成對網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的功能，監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)中各個網(wǎng)絡(luò)部件的運行狀態(tài)以及整個網(wǎng)絡(luò)鏈路的狀態(tài)信息。對于不支持SNMP的網(wǎng)絡(luò)部件，可使用ICMP協(xié)議偵測其是否在線。

用戶可以在PVSS中打開相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備查看其具體運行狀態(tài)。

3 結(jié)語

交通樞紐安全問題在當(dāng)前社會發(fā)展以及日常運營中顯得尤為突出，對樞紐綜合監(jiān)控系統(tǒng)也即提出了更新的要求[5]。通過PVSS開發(fā)的交通樞紐監(jiān)控平臺使整個綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有實時性、可靠性、容錯性、在線擴(kuò)展及在線維護(hù)的特點，這些特點滿足了不斷發(fā)展變化的監(jiān)控系統(tǒng)的要求。本文闡述的綜合監(jiān)控系統(tǒng)已成功應(yīng)用于天津機(jī)場交通樞紐工程中，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。

[1] PVSS在線幫助文檔[Z].德國Siemens公司，2009.

[2] 林廣利，尹貽林.綜合交通樞紐綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成設(shè)計研究[J].西安電子科技大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版，2011（1）：44-48.

[3] 徐杰，賈利民，秦勇，等.城市軌道交通綜合監(jiān)控平臺系統(tǒng)集成的研究[J].鐵道學(xué)報，2007（3）：109-114.

[4] 溫玉君，戴孫放.綜合監(jiān)控系統(tǒng)在城市軌道交通工程中的應(yīng)用[J].城市軌道交通研究，2010（9）：7-10.

[5] 王婷婷，汪文功.現(xiàn)代城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計理念[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2010（2）：122-125.