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        城市軌道交通車站機電設備與監(jiān)控融合研究

        2023-09-25 07:25:42劉浩愷胡文濤
        智能城市 2023年8期
        關鍵詞:城軌網關機電設備

        劉浩愷 胡文濤 彭 程

        (中鐵電氣化勘測設計研究院有限公司,天津 300250)

        隨著云平臺技術在城市軌道交通領域的應用,如何厘清傳統(tǒng)的軌道交通綜合監(jiān)控、環(huán)境與設備監(jiān)控、視頻監(jiān)控等與云平臺的關系,更好地利用云平臺的資源是現(xiàn)階段的研究重點[1]。本文結合目前業(yè)界有供貨的技術產品以及部分工程的試點情況,探討了城市軌道交通機電設備監(jiān)控的融合方案和關鍵技術要點。

        1 融合監(jiān)控的可行性

        首先應從技術的可行性上和與設計標準的合規(guī)性上確定可以融合監(jiān)控的設備。根據(jù)規(guī)范,車站的消防專用設備必須由火災自動報警系統(tǒng)直接監(jiān)控,因此不在機電設備監(jiān)控的融合范圍內。考慮融合監(jiān)控的方式時,可以根據(jù)被控設備的數(shù)據(jù)類型以及位置確定融合的方式,例如將物理位置相近的設備都接入同一個網關接口或把數(shù)據(jù)類型接近的設備接入同一個網關接口[2]。

        在軌道交通車站的同一個區(qū)域或房間內有多種機電設備需要被監(jiān)控,監(jiān)控的數(shù)據(jù)類型可分為3種,即開關量狀態(tài)、模擬量狀態(tài)、視頻音頻流以及文字[3]。

        除消防專用設備外,軌道交通車站機電設備主要監(jiān)控對象如表1所示。

        表1 軌道交通車站主要監(jiān)控對象

        車站機電設備主要監(jiān)控數(shù)據(jù)分類以及接入方式 如表2所示。

        表2 車站機電設備主要監(jiān)控數(shù)據(jù)分類以及接入方式

        傳統(tǒng)上車站內的機電設備的狀態(tài)通過專業(yè)的成套系統(tǒng)分別對不同子系統(tǒng)的設備進行監(jiān)控,但隨著物聯(lián)網技術的發(fā)展,已出現(xiàn)了具備同時對多種類型設備進行監(jiān)控的末端融合監(jiān)控產品,為車站機電設備監(jiān)控的融合提供了條件。

        2 城軌云平臺與車站融合監(jiān)控

        國內已有部分軌道交通線路成功應用了云平臺技術,但目前的云平臺技術應用主要是IaaS(基礎架構即服務),即不改變原來軌道交通各個業(yè)務系統(tǒng)的架構,由云平臺應用虛擬化技術為綜合監(jiān)控、CCTV等系統(tǒng)提供虛擬服務器,本質上只是將各系統(tǒng)原本的硬件服務器改成了云平臺提供的虛擬服務器。

        現(xiàn)階段,城軌云平臺已經在向PaaS(平臺即服務)和SaaS(軟件即服務)過渡。城軌云平臺通過部署一套統(tǒng)一的軟件提供傳統(tǒng)各個分立子系統(tǒng)的功能[4],需要將車站內的機電設備的監(jiān)控數(shù)據(jù)直接納入云平臺監(jiān)控,改變各自分立的監(jiān)控方式。

        城軌云平臺的IaaS應用架構如圖1所示。

        圖1 城軌云平臺的IaaS下的應用架構

        城軌云平臺PaaS和SaaS下的數(shù)據(jù)流向如圖2所示。

        圖2 城軌云平臺PaaS和SaaS下的數(shù)據(jù)流向

        3 機電設備融合監(jiān)控設備方案

        為了將車站的各種機電數(shù)據(jù)直接接入云平臺,可以采用一種被稱為物聯(lián)網網關的終端設備,該設備不僅可在同一個物理實體上接入開關量狀態(tài)、模擬量狀態(tài),還能接入音視頻等非結構化信息。

        物聯(lián)網網關同時具有多個數(shù)字量輸入(DI)、數(shù)字量輸出(DO)、串行通信接口(如RS485)、網絡接口(以太網),還有多個同軸接口(用于模擬視頻或音頻連接),是具備融合監(jiān)控功能的工業(yè)計算機產品。采用嵌入式實時操作系統(tǒng),是普遍使用的工業(yè)通信協(xié)議和標準的邏輯控制編程軟件,還可以配置無線物聯(lián)網協(xié)議的接入模塊。

        物聯(lián)網網關可以作為車站機電的終端設備與軌道交通云平臺的接入設備,將傳統(tǒng)的機電設備無縫接入云平臺系統(tǒng)進行管理。

        機電設備融合監(jiān)控方案架構如圖3所示。

        圖3 機電設備融合監(jiān)控方案架構

        物聯(lián)網網關是智慧地鐵與終端機電設備銜接的關鍵設備,其本質是小型化高性能工業(yè)計算機與軟件定義工業(yè)控制器的結合,打破了IT與工業(yè)自動化領域的隔閡,實現(xiàn)跨系統(tǒng)終端設備的融合。在具體實施過程中,需要注意物聯(lián)網網關的安裝位置應該與接入設備的物理位置相結合,保證各個專業(yè)的設備就近接入。

        物聯(lián)網網關采用深度定制的硬件設備、操作系統(tǒng)、控制軟件和協(xié)議。目前,市場上已經有產品達到了IEC 61508 SIL3(工業(yè)領域)、EN 50128 SIL4(軌道交通)的安全認證,實現(xiàn)無冗余代碼、代碼安全可控、分時分區(qū)安全機制和確定性機制,具備可靠的低延遲特性,可保證在軌道交通車站機電設備監(jiān)控領域的可靠應用。

        通過統(tǒng)一的物聯(lián)網智能網關代替了傳統(tǒng)各個子系統(tǒng)自成網絡的計算機設備、終端控制設備,可簡化車站機電綜合監(jiān)控系統(tǒng)的架構,增加設備的統(tǒng)一性,提高整個車站機電系統(tǒng)的可維護性。通過簡化系統(tǒng)架構,降低了網絡信息安全防護措施復雜性,提高了信息安全審計的及時性與可追溯性。

        4 結語

        通過梳理軌道交通主要機電設備數(shù)據(jù)格式的特點以及設備在車站的分布情況,結合軌道交通云平臺數(shù)據(jù)融合的需求,可以得出采用物聯(lián)網網關實現(xiàn)軌道機電設備監(jiān)控的融合監(jiān)控是軌道交通云平臺技術深入應用的必然。目前已經有類似架構的融合方案在一些軌道交通項目試點(昆明4號線)。隨著建設經驗的積累,城軌云逐步向PaaS和SaaS過渡,車站機電設備的融合監(jiān)控將得到廣泛應用。

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