費(fèi) 洋 林曉偉

(國(guó)電南瑞科技股份有限公司,210061,南京∥第一作者,工程師)

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以行車(chē)指揮為主的有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)方案

費(fèi) 洋 林曉偉

(國(guó)電南瑞科技股份有限公司,210061,南京∥第一作者,工程師)

從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和接口設(shè)計(jì)兩方面,闡述了以行車(chē)指揮為主的有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)方案。該方案基于系統(tǒng)工程理論，將行車(chē)管理、運(yùn)營(yíng)綜合監(jiān)控、設(shè)備維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)管理等功能集成到一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)上,實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間的信息互通和資源共享,高效實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng),從而提高有軌電車(chē)服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)水平。目前,該建設(shè)方案已逐步在多條有軌電車(chē)線路中采用。

有軌電車(chē)； 綜合自動(dòng)化平臺(tái)； 行車(chē)指揮

Author′s address NARI Technology Co.,Ltd.,210061,Nanjing,China

根據(jù)現(xiàn)代有軌電車(chē)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和節(jié)約成本方面的考慮,應(yīng)在有軌電車(chē)控制中心設(shè)置一套以行車(chē)指揮為主的綜合自動(dòng)化平臺(tái),各個(gè)車(chē)站不再設(shè)置獨(dú)立的監(jiān)控平臺(tái)。以行車(chē)指揮為主的綜合自動(dòng)化平臺(tái)的方案基于系統(tǒng)工程理論,將行車(chē)管理和信息監(jiān)控功能深度集成到一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)上,用于有軌電車(chē)的控制管理,實(shí)現(xiàn)有軌電車(chē)各專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)之間的信息互通和資源共享,提高各系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合能力,高效實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的聯(lián)動(dòng),提高全線的整體自動(dòng)化水平,增強(qiáng)應(yīng)對(duì)各種突發(fā)事件的應(yīng)變能力及災(zāi)害事故的抵御能力,提高運(yùn)營(yíng)管理水平和資源管理水平,為建設(shè)數(shù)字化有軌電車(chē)打好基礎(chǔ),提高經(jīng)濟(jì)效益。

1 有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)采用以行車(chē)指揮為核心的各系統(tǒng)集成方案,使各系統(tǒng)的信息形成一個(gè)緊密結(jié)合的整體,在統(tǒng)一的軟件平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、運(yùn)營(yíng)指揮、維護(hù)調(diào)度的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)、電、機(jī)的一體化監(jiān)控。以行車(chē)指揮為主的有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)方案的結(jié)構(gòu)如圖 1所示。

1.2 接口設(shè)計(jì)方案

有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)的接口設(shè)計(jì)方案是工程建設(shè)中的一項(xiàng)重要工作。自動(dòng)化平臺(tái)接口涉及專(zhuān)業(yè)多,關(guān)系復(fù)雜,有賴于各專(zhuān)業(yè)、各系統(tǒng)的相互配合。完整的接口設(shè)計(jì)可指導(dǎo)、檢查和驗(yàn)證有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)的完整性、安全性、可靠性、合理性和經(jīng)濟(jì)性。 有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)的接口設(shè)計(jì)方案分為物理接口和功能接口兩個(gè)部分。物理接口是自動(dòng)化平臺(tái)和各個(gè)接口系統(tǒng)之間的物理鏈路,包括有線通信或無(wú)線通信等方式[2],而合理且完善的功能接口是有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)建設(shè)的前提和基礎(chǔ)。有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)的總體建設(shè)方案如圖 2所示。

有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)的建設(shè)方案具有高度的靈活性,可根據(jù)運(yùn)營(yíng)的實(shí)際需求進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟眉?以節(jié)省建設(shè)成本,提高運(yùn)營(yíng)效率。

1.3 行車(chē)管理

有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)深度集成了信號(hào)系統(tǒng)功能,將原信號(hào)系統(tǒng)中列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控(ATS)系統(tǒng)與有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一,且對(duì)信息全面整合,可實(shí)現(xiàn)ATS具備的所有功能,包括信號(hào)監(jiān)控、列車(chē)監(jiān)控、運(yùn)力配置(運(yùn)輸方案優(yōu)化)、離線計(jì)劃管理、線路列車(chē)運(yùn)行管理、模擬培訓(xùn)、維護(hù)支持等。

圖1 有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)方案的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

BAS—環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)；FAS—火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)；TETRA—無(wú)線集群；PA—公共廣播；PIS—乘客信息系統(tǒng)；CCTV—閉路電視；CLK—時(shí)鐘；PSCADA—電力監(jiān)控系統(tǒng)；AFC—自動(dòng)售檢票

(1) 信號(hào)監(jiān)控和列車(chē)監(jiān)控。信號(hào)監(jiān)控功能包括次級(jí)檢測(cè)設(shè)備、無(wú)岔區(qū)段顯示、道岔顯示、信號(hào)機(jī)狀態(tài)顯示、排列進(jìn)路、自動(dòng)折返、臨時(shí)限速、相關(guān)的站臺(tái)操作等。列車(chē)監(jiān)控功能包括列車(chē)編組管理、列車(chē)運(yùn)行信息顯示、列車(chē)控制操作、列車(chē)跟蹤、列車(chē)自動(dòng)控制等。

(2) 運(yùn)力配置(運(yùn)輸方案優(yōu)化)。有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)通過(guò)整合客運(yùn)數(shù)據(jù)和行車(chē)數(shù)據(jù),計(jì)算得出有軌電車(chē)各斷面分時(shí)斷面流量,對(duì)有軌電車(chē)運(yùn)能運(yùn)力進(jìn)行綜合分析,為制定有軌電車(chē)運(yùn)輸組織方案、運(yùn)力配置和調(diào)整計(jì)劃提供幫助。包括：

? 基于有軌電車(chē)客流的列車(chē)開(kāi)行方案編制,協(xié)調(diào)各列車(chē)之間的客流輸送,確定各列車(chē)的合理到發(fā)時(shí)間間隔及接續(xù)方案;

? 網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)條件下列車(chē)運(yùn)行圖自動(dòng)編制;

? 網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)條件下列車(chē)運(yùn)行秩序紊亂情況的列車(chē)運(yùn)行調(diào)整。

(3) 離線計(jì)劃、線路列車(chē)運(yùn)行管理。離線計(jì)劃管理包括基本時(shí)刻表編輯和管理。線路列車(chē)運(yùn)行管理包括在線行車(chē)計(jì)劃管理、運(yùn)行圖的顯示和打印、出入庫(kù)管理、自動(dòng)列車(chē)調(diào)整、終端發(fā)車(chē)列表管理、運(yùn)行列車(chē)沖突管理等。

1.4 運(yùn)營(yíng)綜合監(jiān)控

有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)集成了綜合監(jiān)控系統(tǒng)的全部功能,可監(jiān)控有軌電車(chē)各專(zhuān)業(yè)的狀態(tài)并發(fā)送相關(guān)控制命令,主要包括:

? 狀態(tài)監(jiān)視:通過(guò)有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)監(jiān)視有軌電車(chē)各專(zhuān)業(yè)設(shè)備的狀態(tài)和運(yùn)行等情況。

? 控制和操作:通過(guò)有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)向集成系統(tǒng)發(fā)布控制命令。

? 統(tǒng)計(jì)分析各類(lèi)信息:對(duì)各類(lèi)相關(guān)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,制定各類(lèi)報(bào)表和趨勢(shì)圖形。

運(yùn)營(yíng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)以下系統(tǒng)的集成和互聯(lián)。

(1) 電力監(jiān)控系統(tǒng)(PSCADA)。電力監(jiān)控系統(tǒng)可監(jiān)控全線供電系統(tǒng)設(shè)備,實(shí)現(xiàn)的功能主要包括:

? 控制:可以實(shí)現(xiàn)單控、程控、斷路器遠(yuǎn)方復(fù)歸、保護(hù)定值管理、保護(hù)及自動(dòng)功能投退、控制閉鎖、遙控屏蔽、人工置數(shù)等功能。

? 數(shù)據(jù)采集處理:可以實(shí)現(xiàn)遙信和遙測(cè)數(shù)據(jù)的采集,完成數(shù)據(jù)處理及打印、事件順序記錄(SOE)、故障錄波數(shù)據(jù)讀取、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功能。

? 顯示、報(bào)警、查詢:通過(guò)具體形象的人機(jī)界面將各種信息展現(xiàn)在操作員面前,方便操作員對(duì)供電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。

(2) 環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(BAS)。有軌電車(chē)一般在車(chē)輛段設(shè)置BAS,全面、有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛段設(shè)備的自動(dòng)化監(jiān)控及管理,實(shí)現(xiàn)就地監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),控制設(shè)備開(kāi)/關(guān)和啟/停,檢測(cè)環(huán)境參數(shù),充分發(fā)揮車(chē)輛段各種環(huán)控設(shè)備應(yīng)有的作用,保證工作人員的安全和設(shè)備的正常運(yùn)行。

(3) 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)(FAS)。有軌電車(chē)一般在車(chē)輛段設(shè)置FAS,負(fù)責(zé)車(chē)輛段的火警探測(cè)報(bào)警及聯(lián)動(dòng)相關(guān)的消防設(shè)備等工作。FAS包括火警探測(cè)系統(tǒng)和自動(dòng)滅火系統(tǒng)。FAS具有最高級(jí)優(yōu)先級(jí),當(dāng)同時(shí)存在火警及其它故障報(bào)警時(shí),優(yōu)先報(bào)火警;當(dāng)有火警時(shí),能夠自動(dòng)彈出火災(zāi)報(bào)警信息或報(bào)警設(shè)備所在位置的平面圖,彈出時(shí)間不大于1 s,同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警,代表報(bào)警設(shè)備點(diǎn)的圖符自動(dòng)填充為紅色并閃爍,并將事件信息記錄在報(bào)警歷史記錄中。火災(zāi)報(bào)警信息窗口始終在屏幕最前面。

(4) 公共廣播(PA)系統(tǒng)。有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)可對(duì)PA實(shí)現(xiàn)界面集成,從而在有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)對(duì)全線車(chē)站各個(gè)地點(diǎn)的廣播分區(qū)的選擇控制、廣播方式控制和監(jiān)聽(tīng)。

(5) 閉路電視(CCTV)系統(tǒng)。有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)可以對(duì)CCTV實(shí)現(xiàn)界面集成,可在有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)上對(duì)全線車(chē)站各個(gè)地點(diǎn)的監(jiān)控探頭進(jìn)行切換,將圖像調(diào)閱到控制中心大屏幕或工作站上,也可以對(duì)云臺(tái)攝像機(jī)進(jìn)行云臺(tái)全方位移動(dòng)及鏡頭變倍、變焦(P/T/Z)控制。

(6) 乘客信息系統(tǒng)(PIS)。有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)可以對(duì)PIS實(shí)現(xiàn)界面集成,可在有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)上向全線車(chē)站各個(gè)地點(diǎn)的乘客信息屏發(fā)布信息,能人工和自動(dòng)觸發(fā)常用PIS顯示信息。有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)能編制臨時(shí)信息、緊急信息、突發(fā)事件信息、定時(shí)信息，下發(fā)給PIS。

(7) 其它互聯(lián)系統(tǒng)。有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)還可互聯(lián)自動(dòng)售檢票(AFC)系統(tǒng)、時(shí)鐘(CLK)系統(tǒng)、無(wú)線集群(TETRA)系統(tǒng)和控制中心大屏幕系統(tǒng)。有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)與車(chē)載售檢票實(shí)現(xiàn)互聯(lián),可在綜合自動(dòng)化平臺(tái)上查看全線車(chē)載售檢票系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、客流信息等,可提醒調(diào)度員注意運(yùn)營(yíng)組織,并根據(jù)AFC提供的客流數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)相關(guān)的聯(lián)動(dòng)功能。有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)和CLK互聯(lián),根據(jù)CLK提供的時(shí)鐘信號(hào),在人機(jī)界面上顯示時(shí)鐘信息,統(tǒng)一綜合自動(dòng)化平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各設(shè)備的時(shí)鐘。時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)與各個(gè)系統(tǒng)的接口傳送給各子系統(tǒng)。有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)通信各子系統(tǒng)設(shè)備的重要告警信息的集中監(jiān)視,可使告警信息按優(yōu)先等級(jí)顯示在平臺(tái)上。有軌電車(chē)控制中心調(diào)度大廳設(shè)置一套大屏幕系統(tǒng),可將相關(guān)專(zhuān)業(yè)的圖形界面投放到大屏幕上供調(diào)度員查看。

1.5 信息共享和聯(lián)動(dòng)

有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)匯聚了各專(zhuān)業(yè)的所有數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)了各專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)的共享,具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和挖掘功能,可從海量數(shù)據(jù)中提取有用的信息加以分析處理,為系統(tǒng)間的聯(lián)動(dòng)和輔助決策提供強(qiáng)大的支撐。

1.5.1 輔助決策系統(tǒng)

有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)的主要職責(zé)之一就是將分散孤立的各個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)聯(lián)結(jié)為一個(gè)整體,通過(guò)輔助決策支持系統(tǒng)協(xié)助操作員處置緊急情況,提高各系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合能力和有軌電車(chē)全線的整體自動(dòng)化水平,增強(qiáng)有軌電車(chē)對(duì)各種突發(fā)事件的應(yīng)變能力。有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)的輔助決策系統(tǒng)如圖 3所示。

圖3 有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)輔助決策系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

輔助決策系統(tǒng)由預(yù)案制定、預(yù)案管理、專(zhuān)家系統(tǒng)共同組成知識(shí)庫(kù),可以實(shí)現(xiàn)方便的策略編輯工具、基于原始數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的緊急事件監(jiān)測(cè)、直觀的決策支持、可追溯的規(guī)則自學(xué)習(xí)以及與用戶相關(guān)的決策選擇。系統(tǒng)支持針對(duì)當(dāng)前用戶的職位提供差異化的服務(wù),如對(duì)操作人員和維護(hù)人員,當(dāng)在預(yù)案制定時(shí)指定用戶類(lèi)別的預(yù)案有差異,將會(huì)根據(jù)當(dāng)前用戶類(lèi)提供不同的決策建議。

1.5.2 系統(tǒng)間聯(lián)動(dòng)

決策處理系統(tǒng)基于聯(lián)動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)。當(dāng)輔助決策中配置的場(chǎng)景發(fā)生,聯(lián)動(dòng)提醒操作員對(duì)于一個(gè)特定場(chǎng)景的反應(yīng)步驟,以及從不同的站點(diǎn)聯(lián)動(dòng)2個(gè)或更多的操作員來(lái)解決這個(gè)場(chǎng)景。一個(gè)聯(lián)動(dòng)可以設(shè)置成啟動(dòng)另外一個(gè)聯(lián)動(dòng)功能,同樣的一個(gè)聯(lián)動(dòng)可以同時(shí)被不同的用戶執(zhí)行。例如,有三個(gè)車(chē)站A、B和C,在車(chē)站B有一個(gè)列車(chē)事故。中心調(diào)度操作員將看見(jiàn)一個(gè)按鈕閃爍，表示聯(lián)動(dòng)事件發(fā)生。中心調(diào)度操作員可點(diǎn)擊按鈕顯示解決這個(gè)場(chǎng)景給他的指示。其中配置了三個(gè)步驟:

? 因?yàn)榘踩A(yù)防,操作車(chē)站B中的特定設(shè)備。

? 操作員打電話給警方,救護(hù)車(chē)和列車(chē)服務(wù)車(chē)輛。

? 操作員通過(guò)PA系統(tǒng)和PIS把事件以及可能的列車(chē)晚點(diǎn)信息告知車(chē)站A和車(chē)站C的乘客。

1.6 設(shè)備維護(hù)及網(wǎng)絡(luò)管理

1.6.1 設(shè)備維護(hù)系統(tǒng)

設(shè)備維護(hù)用來(lái)保存控制中心、車(chē)站和車(chē)輛段內(nèi)各類(lèi)基礎(chǔ)設(shè)備的電子版本的技術(shù)資料和維護(hù)歷史記錄,收集保存實(shí)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息,統(tǒng)計(jì)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間和次數(shù)。系統(tǒng)可根據(jù)維修人員的要求,生成檢修工作票,建立各種檔案報(bào)表,采用自動(dòng)或手動(dòng)方式錄入數(shù)據(jù)。可進(jìn)行定時(shí)和隨時(shí)打印。在指揮中心建立設(shè)備維護(hù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)錄入、修改、刪除、查詢等功能。設(shè)備維修管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 設(shè)備維護(hù)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.6.2 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)

有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)在控制中心配置集中的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng),可管理綜合自動(dòng)化平臺(tái)、PSCADA、FAS、PA、PIS、CCTV等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,支持TCP/IP(傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議)和SNMP(簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議),負(fù)責(zé)對(duì)自動(dòng)化平臺(tái)進(jìn)行功能維護(hù)和網(wǎng)絡(luò)管理?？刹捎帽銛y式維護(hù)計(jì)算機(jī)對(duì)車(chē)站網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行維護(hù)。網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理、配置管理、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、故障報(bào)告、事件記錄、參數(shù)調(diào)整,以及創(chuàng)建、編輯和刪除數(shù)據(jù)庫(kù)等操作。網(wǎng)管維護(hù)人員對(duì)自動(dòng)化平臺(tái)全線網(wǎng)絡(luò)組態(tài)和計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行管理,收集報(bào)警日志記錄,產(chǎn)生統(tǒng)計(jì)表,對(duì)整個(gè)平臺(tái)運(yùn)行狀況進(jìn)行圖形維護(hù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理維護(hù)、參數(shù)庫(kù)維護(hù)和新應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)等。

2 結(jié)語(yǔ)

本文探討了未來(lái)有軌電車(chē)建立以行車(chē)指揮為中心的綜合自動(dòng)化平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案。該平臺(tái)將建設(shè)成為集行車(chē)調(diào)度指揮和運(yùn)營(yíng)綜合監(jiān)控技術(shù)為一體,以實(shí)現(xiàn)行車(chē)指揮、信息采集、傳輸、處理以及共享和聯(lián)動(dòng)等為目標(biāo)的新一代有軌電車(chē)中央級(jí)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。并結(jié)合實(shí)際給出了具體的建設(shè)方案。

目前,蘇州高新區(qū)有軌電車(chē)1號(hào)線工程綜合監(jiān)控集成、采購(gòu)項(xiàng)目包含綜合監(jiān)控(PSCADA、BAS、FAS)和通信(PA、PIS、CCTV、CLK)兩大主體功能,已初步具備了本文所探討的綜合自動(dòng)化平臺(tái)方案的雛形。在今后的系統(tǒng)升級(jí)改造過(guò)程中,可逐步集成行車(chē)信號(hào)系統(tǒng),并最終實(shí)現(xiàn)有軌電車(chē)綜合自動(dòng)化平臺(tái)方案。

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Tram Integrated Automation Platform Scheme Based on Traffic Command

FEI Yang, LIN Xiaowei

The construction of a tram integrated automation platform scheme based on traffic command (TIAS) are described from structure design and interface design aspects. This scheme integrates the traffic management(TM), integrated supervision and control system (ISCS), device management system (DMS) and network management system (NMS) etc. into a unified platform, in order to achieve information exchange, resource sharing and efficient linkage between each system, and improve the tram service quality and service level for passengers. At present, the construction scheme has been gradually adopted on many operation tram lines.

tram; integrated automation platform; traffic command

U 492.2+2∶U 482.1

10.16037/j.1007-869x.2016.04.008

2014-11-12)