何晶江開雄吳泰峰肖小峰

基于大尺寸觸摸屏的電子綜合后備盤設(shè)計(jì)與實(shí)施

何晶1，2江開雄2吳泰峰2肖小峰3

（1．北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，100037，北京；2．同方股份有限公司，100083，北京；3．武漢紡織大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，430073，武漢//第一作者，工程師）

針對傳統(tǒng)馬賽克綜合后備盤（IBP）的缺點(diǎn)，武漢軌道交通4號線綜合監(jiān)控系統(tǒng)在國內(nèi)首次采用大尺寸觸摸屏作為IBP盤面。重點(diǎn)研究電子IBP的設(shè)計(jì)和實(shí)施方案：整套設(shè)備采用一體化結(jié)構(gòu)，由觸摸屏、馬賽克盤面、梯形機(jī)柜、操作臺等組成，柜內(nèi)預(yù)留空間安裝可編程邏輯控制器、防災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)、輸入/輸出模塊、繼電器；根據(jù)運(yùn)營功能需求和大尺寸觸摸屏特點(diǎn)，采用虛擬三維場景盤面和少量馬賽克盤面相結(jié)合的方案，監(jiān)視、控制車站重要機(jī)電設(shè)備；系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過冗余以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線進(jìn)行傳遞。性能分析及其投入地鐵運(yùn)營的效果顯示，基于觸摸屏的電子IBP具有外觀美觀、形象直觀、冗余可靠、畫面可柔性布置與擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。

城市軌道交通；綜合監(jiān)控系統(tǒng)；電子綜合后備盤；大尺寸觸摸屏

First-author′s addressBeijing Urban Construction Design &DevelopmentGroup Co.，Ltd.，100037，Beijing，China

綜合后備盤（IBP）是為提高緊急情況下車控室值班人員的防災(zāi)救災(zāi)能力而設(shè)置［1］。正常情況下，由控制中心調(diào)度人員指揮全線路的運(yùn)行，在特殊情況下，由控制中心授權(quán)車站來完成運(yùn)營管理，此時(shí)IBP發(fā)揮作用，通過IBP對本車站進(jìn)行應(yīng)急管理，為故障處理或搶險(xiǎn)爭取第一時(shí)間。通過IBP可實(shí)現(xiàn)的緊急控制功能包括：

（1）供電系統(tǒng)的直流開關(guān)控制；

（2）環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控中隧道通風(fēng)、車站通風(fēng)的控制，監(jiān)控車站和區(qū)間內(nèi)防排煙風(fēng)機(jī)等設(shè)備；

（3）AFC（自動(dòng)售檢票）閘機(jī)的緊急釋放；

（4）信號系統(tǒng)站級控制；

（5）緊急停車、扣車和放行，并顯示啟動(dòng)信息；

（6）站臺屏蔽門緊急控制；

（7）火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中消防泵的控制；

（8）電梯控制，監(jiān)控直梯及扶梯狀態(tài)，故障報(bào)警；

（9）門禁系統(tǒng)監(jiān)控。

當(dāng)前地鐵項(xiàng)目中IBP普遍采用的馬賽克盤面具有安裝方便、維護(hù)成本低、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)［2］，但也存在如下缺點(diǎn)：需要布置大量按鈕、指示燈來滿足功能要求；一些按鈕因布置過高引起操作不便；指示燈不能直觀、逼真地顯示出監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)，不利于緊急情況下車控室值班人員做出正確判斷與處理；盤面布置方案一旦實(shí)施就很難調(diào)整。針對傳統(tǒng)馬賽克盤面的不足，武漢軌道交通4號線綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用電子觸摸屏作為IBP盤面［3］，本文重點(diǎn)研究電子觸摸屏IBP的設(shè)計(jì)和實(shí)施方案。

1 電子IBP的組成設(shè)計(jì)

電子IBP三維結(jié)構(gòu)如圖1所示。IBP采用落地式結(jié)構(gòu)，盤體的前上部安裝3塊139.7 cm（55 in）的液晶觸摸屏，中部由3塊1 325 mm×125 mm（寬×高）馬賽克盤面拼接組成，表面安裝按鈕、狀態(tài)指示燈、鑰匙開關(guān)，雕刻文字。落地柜體連接IBP盤體和操作臺，采用梯形箱體設(shè)計(jì)，內(nèi)部可安裝控制器、通信模塊、PLC（可編程邏輯控制器）輸入輸出模塊、繼電器等設(shè)備，同時(shí)安裝線槽和端子排。車站控制室的一體化控制臺（綜合操作臺）呈U型布置，由觸摸屏、馬賽克盤面、梯形機(jī)柜、操作臺等組成。操作臺上可放置相關(guān)系統(tǒng)顯示器、標(biāo)準(zhǔn)鍵盤（?。?，并提供操作人員工作的平臺?？紤]IBP柜內(nèi)設(shè)備的需求，設(shè)置了安裝背板、工作站主機(jī)固定式安裝板、線槽、接線端子、電源插座、接地排、防塵蓋板等配件。IBP一體化柜總體按5°夾角弧形布置，機(jī)柜前、后設(shè)快卸門。

圖1 電子IBP三維結(jié)構(gòu)爆炸圖

2 電子IBP的功能設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)描述

IBP主要由2臺觸摸屏、1臺無觸摸功能的顯示器和一部分馬賽克組成，其工作原理如圖2所示。

1#和2#觸摸屏分別配1臺工作站，工作站中均裝有ezISCS軟件平臺和數(shù)據(jù)庫軟件。2臺工作站同時(shí)與現(xiàn)場BAS（環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)）主PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，以保證2臺工作站數(shù)據(jù)的一致性。同時(shí)，每臺工作站中都裝有兩個(gè)觸摸屏所需的畫面，若其中1臺觸摸屏或者工作站發(fā)生故障，在另1臺的觸摸屏和工作站上可通過畫面切換的功能實(shí)現(xiàn)緊急操作，實(shí)現(xiàn)冗余配置。3#顯示屏不具備觸摸功能，只用于顯示實(shí)時(shí)監(jiān)控錄像。

圖2 電子IBP控制原理圖

2塊觸摸屏盤面內(nèi)所包含的專業(yè)通過硬線與IBP端子建立連接，信號進(jìn)入IBP內(nèi)的I/O（輸入/輸出）模板中，然后通過IBP的PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理后的數(shù)據(jù)通過車站網(wǎng)絡(luò)傳到2臺工作站的軟件中。

馬賽克盤面包含與行車安全聯(lián)系緊密的系統(tǒng)，馬賽克盤面所包含的專業(yè)通過硬線與IBP端子建立連接，通過IBP內(nèi)的繼電器和硬線來達(dá)到顯示和控制目的。

2.2功能分區(qū)設(shè)計(jì)

2.2.1 1#觸摸屏和馬賽克區(qū)域

如圖3所示，電子屏區(qū)域三維圖元直觀顯示安全門和電扶梯各種狀態(tài)，另外配置左右畫面切換按鈕實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)冗余備份功能；馬賽克區(qū)域布置旋鈕下發(fā)站臺屏蔽門緊急開門控制命令，布置按鈕和指示燈用于緊急情況下監(jiān)控消防泵。

圖3 電子IBP 1#觸摸屏效果圖

2.2.2 2#觸摸屏和馬賽克區(qū)域

如圖4所示，電子屏區(qū)域布置緊急模式按鈕，并通過三維圖元顯示車站和隧道緊急模式執(zhí)行狀態(tài)，另外畫面配置上下切換按鈕降低操作高度；馬賽克區(qū)域布置按鈕和指示燈，用于緊急情況下監(jiān)控門禁和閘機(jī)，并設(shè)置模式使能開關(guān)、觸摸屏使能開關(guān)和試燈按鈕。

2.2.3 3#顯示屏和馬賽克區(qū)域

如圖5所示，3#顯示屏不具備觸摸功能，用于顯示CCTV監(jiān)控錄像（視頻源來自CCTV專業(yè)的四畫面分割器DVI輸出接口）；馬賽克區(qū)域布置按鈕和指示燈，用于緊急情況下監(jiān)控列車信號專業(yè)。

2.3典型操作界面舉例

以某區(qū)間車頭火災(zāi)模式為例介紹下發(fā)操作過程。典型車站隧道緊急模式布置如圖6所示。

（1）點(diǎn)擊圖6中相應(yīng)區(qū)間緊急模式按鈕，彈出圖7所示隧道緊急模式下發(fā)對話框，選擇“車頭首選”并確認(rèn)下發(fā)模式。

圖4 電子IBP 2#觸摸屏效果圖

圖5 電子IBP 3#顯示屏效果圖

（2）列車所停隧道區(qū)間的車頭火災(zāi)模式執(zhí)行后，如圖8所示，車頭變紅并有綠色風(fēng)向箭頭配合狀態(tài)指示。

圖6 典型車站隧道緊急模式布置圖

圖7 隧道緊急模式下發(fā)對話框

圖8 車頭火災(zāi)工況緊急模式執(zhí)行狀態(tài)

3 電子IBP盤的性能分析

3.1可靠性

（1）UPS（不間斷電源）供電。軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的UPS供電分為站級集中式（專設(shè)UPS集中對各子系統(tǒng)供電）和站級分散式（各子系統(tǒng)設(shè)獨(dú)立UPS）兩種，本案例采用站級集中式對電子IBP進(jìn)行不間斷供電，保證了系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的可靠性。

（2）馬賽克部分。馬賽克盤面所包含的專業(yè)通過硬線與IBP端子建立連接，各專業(yè)的控制指令與狀態(tài)指示不經(jīng)過PLC模塊，直接通過繼電器和指示燈來工作，中間環(huán)節(jié)少，減少了故障率，可靠性較高。

（3）電子屏部分。電子屏硬件及數(shù)據(jù)流采用全冗余配置，如圖9所示。每臺觸摸屏配1臺工作站主機(jī)，每臺工作站都配置相同的圖形軟件和數(shù)據(jù)庫軟件；每臺工作站配置雙網(wǎng)卡，保證網(wǎng)絡(luò)的冗余性；電子屏所包含的專業(yè)通過AB的I/O模塊進(jìn)入到IBP盤的PLC中，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后通過冗余的現(xiàn)場總線和冗余的以太網(wǎng)將信息傳到工作站中，可以保障數(shù)據(jù)流的可靠性；任一觸摸屏或者工作站發(fā)生故障，可通過其他的觸摸屏和工作站完成工作，保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

3.2安全性

（1）馬賽克部分。馬賽克盤面采用帶鉛蓋的按鈕，可避免誤操作的發(fā)生。

圖9 電子IBP冗余數(shù)據(jù)流

（2）電子屏部分。控制指令的下發(fā)必須通過選擇設(shè)備→選擇控制指令→確認(rèn)下發(fā)三步實(shí)現(xiàn)；對于車站和隧道的緊急模式，在馬賽克盤面上設(shè)置模式使能鑰匙開關(guān)，避免誤操作的發(fā)生。

3.3可維護(hù)性

（1）馬賽克部分。馬賽克盤面的電氣元件均采用嵌入式安裝，當(dāng)元件發(fā)生故障時(shí)直接更換即可，便于維護(hù)。

（2）電子屏部分。觸摸屏采用掛裝方式，更換比較簡單，但由于屏體較大，更換工作量較大；工控機(jī)采用臥式工控機(jī)，直接安裝在IBP柜內(nèi)，更換較方便，但需專業(yè)人士進(jìn)行軟件安裝和設(shè)置工作。

4 結(jié)語

觀、盤面冗余可靠、畫面可柔性布置與擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，已應(yīng)用于武漢軌道交通4號線綜合監(jiān)控系統(tǒng)。自電子IBP交付武漢軌道交通4號線以來，運(yùn)營一切正常，其車控室現(xiàn)場照片如圖10所示。

基于觸摸屏的電子IBP具有外觀美觀、形象直

圖10 電子IBP車控室現(xiàn)場實(shí)景照

［1］魏曉東．城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)與技術(shù)［M］．北京：電子工業(yè)出版社，2004．

［2］劉曉軍，吉榮燕，馬筱燕．綜合后備控制盤（IBP）設(shè)計(jì)問題的探討［J］．都市快軌交通，2007，20（2）：44-46．

［3］李愛軍，張發(fā)明．城市軌道交通車站IBP盤功能實(shí)現(xiàn)分析［J］．現(xiàn)代城市軌道交通，2009（1）：10-12．

Design and Imp lement of Integrated Backup Panel Based on Large Touch Screen

HE Jing，JIANG Kaixiong，WU Taifeng，XIAO Xiaofeng

To avoid defects of the traditionalmosaic IBP，the ISCS system of Wuhan metro Line 4 uses large touch screen as IBP for the first time in China.In this paper，design and implementation of the electronic IBP system aremainly studied. The whole equipment adopts an integrated structure which is composed of touch screen，mosaic panel，trapezoidal cabinet and counter，providing enough room to install PLC controller，F(xiàn)AS gateway，IO module and electric relay.According to the functional demands and features of large touch screen，virtual 3D scene isadopted and combined w ith smallamountofmosaic panel，in order to monitor and control the important equipment at station，where the systematic data is passed and

by the top Ethernet and bottom control net.The performance analysis and the effect inmetro service show that the electronic IBP has nice appearance，visual image，reliable redundancy，flexible layoutand expansion.

urban rail transit；ISCS（integrated supervisory control system）；electronic IBP（integrated backup panel）；large touch screen

U284．48

10.16037/j.1007-869x.2017.07.023

2016-05-06）