文武臣

(1.中國(guó)鐵建電氣化局集團(tuán)有限公司 北京 100043；2.北京中鐵建電氣化設(shè)計(jì)研究院有限公司 北京 100043)

1 引言

隨著國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略的穩(wěn)步推進(jìn)，各個(gè)城市都在推進(jìn)城市軌道交通建設(shè)，緩解交通壓力，方便群眾出行與生活。同時(shí)滿足所提倡的“綠色出行”理念，減輕環(huán)境污染壓力。地鐵、輕軌、有軌電車、跨座式與懸掛式等軌道交通雖然系統(tǒng)不同，但都存在一個(gè)智能“大腦”——列車運(yùn)行控制綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)[1]。

在以往的運(yùn)營(yíng)管理模式中，信號(hào)調(diào)度指揮專業(yè)和綜合監(jiān)控專業(yè)作為兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)存在，集成度不高。在發(fā)生情況時(shí)，雙方并不能調(diào)用、共享信息，在行調(diào)臺(tái)上看不到綜合監(jiān)控的詳細(xì)設(shè)備狀態(tài)，在電調(diào)臺(tái)上也只能看到非常簡(jiǎn)化的站場(chǎng)圖。兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)對(duì)于安全行車指揮的信息收集手段相對(duì)分立，顯示內(nèi)容以本職業(yè)務(wù)為主[2]。系統(tǒng)各專業(yè)之間缺乏有效的聯(lián)動(dòng)、導(dǎo)航機(jī)制，信息聯(lián)動(dòng)功能也受很大的制約，影響突發(fā)情況下的對(duì)事件的響應(yīng)速度。

如果采用綜合調(diào)度指揮管理系統(tǒng)，通過(guò)把信號(hào)調(diào)度指揮和綜合監(jiān)控功能深度集成，在前臺(tái)工作站界面層次及在后臺(tái)數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)層次，都達(dá)到了信息共享。在系統(tǒng)軟件層面，是一套綜合的系統(tǒng)，以統(tǒng)一的界面展示給用戶，并擁有豐富的聯(lián)動(dòng)、導(dǎo)航功能[3]。

2 系統(tǒng)發(fā)展歷程

(1)初期階段:各專業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)分設(shè)，沒(méi)有綜合監(jiān)控專業(yè)。2000年國(guó)內(nèi)以前建設(shè)的項(xiàng)目，根據(jù)自身特點(diǎn)和需要，各自獨(dú)立建立了監(jiān)控系統(tǒng)，全線系統(tǒng)龐雜。

(2)第二階段:綜合調(diào)度專業(yè)實(shí)現(xiàn)以PSCADA、BAS、防災(zāi)系統(tǒng)為主要專業(yè)系統(tǒng)的集成，并實(shí)現(xiàn)兩級(jí)管理功能，即中心級(jí)、車站級(jí)。從2000年建設(shè)北京13號(hào)線開(kāi)始，實(shí)現(xiàn)了上述分立系統(tǒng)的適度整合和數(shù)據(jù)交互。

(3)第三階段:在成熟的數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)基礎(chǔ)上，ATS與傳統(tǒng)綜合監(jiān)控集成，各專業(yè)基于統(tǒng)一平臺(tái)分類部署，完全實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，系統(tǒng)發(fā)展達(dá)到第三階段。北京地鐵6號(hào)線首次嘗試采用以ATS專業(yè)為核心的綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)。

(4)第四階段:綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)發(fā)展到以面向全自動(dòng)駕駛FAO的階段[4]。將ATS與綜合監(jiān)控專業(yè)進(jìn)行深度集成、整合。提供全面的乘客服務(wù)、列車監(jiān)控、綜合維修調(diào)度功能及輔助決策支持功能。北京燕房線在全面總結(jié)6號(hào)線經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上采用了面向全自動(dòng)駕駛FAO的綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)架構(gòu)、特點(diǎn)及主要功能

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

城市軌道交通列車運(yùn)行控制綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)控制平臺(tái)部署在控制中心[5]，該一體化平臺(tái)主要設(shè)備包括冗余數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、冗余實(shí)時(shí)服務(wù)器、通信前置機(jī)(FTP)、調(diào)度臺(tái)工作站、交換機(jī)、磁盤陣列、防火墻、打印機(jī)等。

各種服務(wù)器和通信前置機(jī)(FTP)、交換機(jī)、防火墻等設(shè)備布置在中心機(jī)房(綜合設(shè)備室)，在控制中心大廳設(shè)置有調(diào)度臺(tái)工作站和打印機(jī)設(shè)備。

按照目前集成水平，綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)采用以行調(diào)(ATS)、環(huán)調(diào)(BAS)、電調(diào)(PSCADA)為主要內(nèi)容的深度集成方法，把各種硬件設(shè)備在控制中心進(jìn)行合并、整合；與其它系統(tǒng)如 CLK、AFC、FAS、CCTV、ACS(門禁)、PA、PIS、ALARM 等專業(yè)在控制中心進(jìn)行互聯(lián)，采用界面集成的方式處理。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置見(jiàn)圖1[6]。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置

運(yùn)行控制系統(tǒng)軟件構(gòu)成分為三層:

(1)數(shù)據(jù)接口層:專門用于數(shù)據(jù)采集和協(xié)議轉(zhuǎn)換。

(2)數(shù)據(jù)處理層:用于實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理，通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)提供綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)的操作功能。

(3)人機(jī)界面層:應(yīng)用軟件位于集成平臺(tái)的頂端。為滿足人工操控的需要，根據(jù)軌道交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的實(shí)際需求進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的專門定制軟件，應(yīng)具修改和擴(kuò)展等能力[7]。

3.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

(1)深度集成。

集成信號(hào)ATS的完全深度集成模式，使系統(tǒng)間更加緊密有機(jī)地結(jié)合在一起工作。整個(gè)系統(tǒng)整合后變成了渾然一體的大集成系統(tǒng)，從而推動(dòng)整體自動(dòng)化水平邁上一個(gè)新的臺(tái)階，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平[8]。

(2)開(kāi)放互聯(lián)

系統(tǒng)采用靈活多樣的架構(gòu)，采用模塊化接入方式，具有良好的擴(kuò)展功能，為后期其它設(shè)備的接入預(yù)留有接口條件。

(3)高效運(yùn)營(yíng)

服務(wù)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)多專業(yè)信息融合和智能化聯(lián)動(dòng)，提高管控效率。

另外，系統(tǒng)具有綜合的設(shè)備顯示及監(jiān)控、統(tǒng)一的報(bào)警顯示及處理、豐富的聯(lián)動(dòng)及導(dǎo)航機(jī)制；統(tǒng)一的運(yùn)營(yíng)、網(wǎng)絡(luò)管理、仿真培訓(xùn)系統(tǒng)、設(shè)備維護(hù)、登錄；基于同一個(gè)平臺(tái)通過(guò)規(guī)劃業(yè)務(wù)場(chǎng)景的切換可快速實(shí)施各種預(yù)案，查閱所有的監(jiān)控子系統(tǒng)。

3.3 系統(tǒng)主要功能

(1)行車調(diào)度功能

ATS主要對(duì)運(yùn)行于線路上的所有列車進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)營(yíng)管理與運(yùn)行調(diào)整，同時(shí)對(duì)線路上信號(hào)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，是整個(gè)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的最主要功能之一。主要功能有列車運(yùn)行描述、列車運(yùn)行圖/時(shí)刻表管理、列車進(jìn)路控制、運(yùn)行調(diào)整及查詢、運(yùn)營(yíng)記錄與統(tǒng)計(jì)報(bào)表信息采集和獲取等。

(2)電力調(diào)度功能

控制及操作對(duì)象包括供電系統(tǒng)中可以遠(yuǎn)方控制的斷路器、電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)、自動(dòng)裝置等。具體功能主要包括對(duì)接入系統(tǒng)的任何一個(gè)可遙控的對(duì)象進(jìn)行合/分遙控、保護(hù)動(dòng)作信號(hào)遠(yuǎn)方復(fù)歸、保護(hù)投退、保護(hù)整定值切換、保護(hù)復(fù)歸、供電系統(tǒng)控制閉鎖、人工置數(shù)、系統(tǒng)遠(yuǎn)程維護(hù)、通信通道測(cè)試等。控制操作在電力調(diào)度操作員工作站完成，并可在監(jiān)視器、大屏幕顯示屏上顯示，同時(shí)在打印機(jī)上記錄操作結(jié)果。

(3)乘客信息功能

能夠顯示該站臺(tái)列車運(yùn)行信息，包括首末班車時(shí)間、下次到站時(shí)間、預(yù)計(jì)到達(dá)當(dāng)前站時(shí)間(或距離)。

按需選定常用播表，對(duì)自定義區(qū)域進(jìn)行組播。

在系統(tǒng)中定義各種緊急信息，預(yù)先編輯設(shè)定多種緊急災(zāi)難報(bào)警模式，并進(jìn)行分類管理和查詢定義。此外，中心還可以控制車載PIS系統(tǒng)，向列車發(fā)送操作命令。

(4)視頻監(jiān)控功能

操作人員通過(guò)人機(jī)界面，可以監(jiān)視全線車站的CCTV攝像機(jī)狀態(tài)，調(diào)取攝像機(jī)視頻畫面，同時(shí)可以對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行P/T/Z調(diào)節(jié)控制。重大故障發(fā)生時(shí)(如火災(zāi))，可自動(dòng)聯(lián)動(dòng)調(diào)用對(duì)應(yīng)區(qū)域的攝像機(jī)畫面，遠(yuǎn)程查看現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)。

(5)聯(lián)動(dòng)功能

綜合調(diào)度管理系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)功能以“安全第一”的思想堅(jiān)持高度集中、統(tǒng)一指揮?？裳杆?、準(zhǔn)確、逐級(jí)上報(bào)事故情況，確保信息渠道暢通；采取有效措施控制事態(tài)的發(fā)展，積極合理地調(diào)動(dòng)人力物力投入搶險(xiǎn)，為減少國(guó)家財(cái)產(chǎn)損失與保護(hù)乘客人身安全起到關(guān)鍵作用。

(6)培訓(xùn)管理系統(tǒng)功能(TMS)

利用培訓(xùn)工作站可對(duì)行車管理人員(調(diào)度員、車站值班員)和信號(hào)設(shè)備維護(hù)人員進(jìn)行系統(tǒng)功能和原理的培訓(xùn)，使行車管理人員能掌握系統(tǒng)的操作和管理，學(xué)習(xí)日常和緊急情況下如何操作系統(tǒng)；使維護(hù)人員掌握設(shè)備的工作原理、設(shè)備性能、故障識(shí)別和處理。在線工作狀態(tài)可對(duì)中心綜合調(diào)度管理系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)及調(diào)試。提供ATS、PSCADA、BAS、PA、PIS、CCTV、FAS、PSD、AFC 等模擬功能，及聯(lián)動(dòng)功能模擬、車站實(shí)體功能模擬等[9]。

(7)電話、無(wú)線、時(shí)鐘功能

電話功能實(shí)現(xiàn)本交換設(shè)備內(nèi)部呼叫、出入局呼叫功能，具備手動(dòng)/自動(dòng)控制功能。

無(wú)線調(diào)度功能，實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)備具備手動(dòng)/自動(dòng)控制功能。

電話、無(wú)線、時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)備的正常及故障狀態(tài)信息。

(8)火災(zāi)報(bào)警監(jiān)視功能

具備對(duì)FAS系統(tǒng)報(bào)警與設(shè)備維護(hù)狀態(tài)的全面、有效地監(jiān)視及管理，實(shí)時(shí)監(jiān)視FAS系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備(含車站內(nèi)每個(gè)探頭、按鈕、消火栓啟泵按鈕的報(bào)警與設(shè)備狀態(tài))與其監(jiān)控的消防專用設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。監(jiān)視車站、停車場(chǎng)、控制中心各個(gè)區(qū)域的火災(zāi)報(bào)警信息與消防設(shè)備動(dòng)作狀態(tài)，并為后期線路預(yù)留區(qū)間火災(zāi)模式下發(fā)功能。

4 系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)

綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于接口管理。接口既包括現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接入的數(shù)據(jù)采集技術(shù)，也包括與系統(tǒng)的信息交換技術(shù)，接口內(nèi)容多、類型復(fù)雜，協(xié)議各異。綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)與各個(gè)自動(dòng)化子系統(tǒng)之間應(yīng)明確規(guī)定出接口描述規(guī)范，定義出接口劃分界線、物理接口，接口協(xié)議、接口數(shù)據(jù)描述、功能描述、性能指標(biāo)、責(zé)任分工、測(cè)試要求等。綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)與各專業(yè)接口分界統(tǒng)一定在設(shè)備機(jī)房綜合監(jiān)控配線架外線側(cè)，便于工程實(shí)施及系統(tǒng)測(cè)試。綜合調(diào)度管理指揮系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)遵循相應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，按照標(biāo)準(zhǔn)化、接口開(kāi)放性進(jìn)行設(shè)計(jì)[10]。

由于綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)涉及的系統(tǒng)接口眾多，接口設(shè)計(jì)已經(jīng)成為綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)成功與否的關(guān)鍵之一。目前接口產(chǎn)品種類多，技術(shù)也比較成熟，考慮到綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)的可實(shí)施性和可維護(hù)性，綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)的接口原則建議如下:

(1)綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)相連的各集成、互聯(lián)系統(tǒng)，應(yīng)采取措施采用相同的接口協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，建議采用10/100 Mbps以太網(wǎng)(Ethernet)接口或標(biāo)準(zhǔn)串行通信口，如RS422、RS232。TCP/IP協(xié)議、高層協(xié)議由綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)統(tǒng)一制定，各系統(tǒng)負(fù)責(zé)配合實(shí)施。

(2)如果不具備10/100 Mbps以太網(wǎng)接口或常用的串行通信接口，建議使用接口轉(zhuǎn)換設(shè)備。

(3)采用Ethernet10/100BASE-TX通信接口，超出Ethernet雙絞線傳輸距離，需要采用100BASE-FX接口或者采用光電轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)行傳輸[11]。

5 電源與接地

(1)電源要求

綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)中央級(jí)設(shè)備采用UPS供電，綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)中央級(jí)系統(tǒng)用電容量約40 kVA，后備時(shí)間不小于1 h。車站級(jí)不間斷電源容量分別為25 kVA(集中站)和15 kVA(非集中站)；維修及培訓(xùn)系統(tǒng)各按25 kVA考慮；仿真測(cè)試及網(wǎng)管系統(tǒng)各按10 kVA考慮。后備時(shí)間均不小于1 h[12]。

由動(dòng)力照明專業(yè)為綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)提供兩路獨(dú)立、一級(jí)負(fù)荷交流電源(配電箱由動(dòng)力照明專業(yè)提供)，三相五線制。電壓波動(dòng)范圍為380 V±10%，頻率波動(dòng)范圍為50 Hz±5%。

(2)接地要求

綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)設(shè)置接地端子箱，安全接地和設(shè)備接地應(yīng)分開(kāi)設(shè)置，確保人員和設(shè)備安全可靠。接地電阻不應(yīng)大于1 Ω。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著技術(shù)手段不斷提升，綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)選擇“云空間”存儲(chǔ)未必不是可能，把調(diào)度指揮系統(tǒng)形成的工作日志、關(guān)鍵設(shè)備信息、報(bào)警信息等應(yīng)用先進(jìn)的通信手段與即時(shí)通信軟件綁定，通知到相關(guān)管理者、調(diào)度員?？偠灾?，科學(xué)技術(shù)改變工作內(nèi)容、提高生活質(zhì)量，把最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到身邊的工作和生活，是我們不懈的追求[13]。