葛 淼,李 寅,陸知言

(1.國電南京自動化股份有限公司,江蘇 南京 210031;2.南京國電南自軌道交通工程有限公司,江蘇 南京 210031)

0 引言

城市軌道交通作為推進(jìn)綠色交通體系建設(shè)的最佳選擇,對于解決城市居民出行難題,促進(jìn)城市文明和諧的重要作用日益凸顯[1]。城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)是以現(xiàn)代信息技術(shù)、自動化技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的大型計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng),具備數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制指令下發(fā)、信息集成、子系統(tǒng)互聯(lián)、信息共享及展示的作用,可實(shí)現(xiàn)日常運(yùn)營和緊急突發(fā)事件處理。伴隨著地鐵規(guī)模的快速擴(kuò)張,滿足要求、技能嫻熟的地鐵運(yùn)營調(diào)度人員嚴(yán)重不足,且軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)部門眾多、運(yùn)營組織復(fù)雜,對安全性要求較高,人員培訓(xùn)難度較大。由于綜合監(jiān)控系統(tǒng)的復(fù)雜性和系統(tǒng)設(shè)備價格昂貴,同時受到現(xiàn)場環(huán)境的應(yīng)用、安全性能等限制,往往不能直接在現(xiàn)場進(jìn)行綜合監(jiān)控系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)。目前傳統(tǒng)的綜合監(jiān)控培訓(xùn)與仿真系統(tǒng)大多采用圖片、視頻、紙質(zhì)理論教材等進(jìn)行教學(xué),雖都起到了一定作用,但培訓(xùn)效果不佳。

因此有必要建立一套符合實(shí)際運(yùn)營和操作的綜合監(jiān)控培訓(xùn)仿真系統(tǒng),更加直觀易懂地展示系統(tǒng)和操作,在降低培訓(xùn)成本的同時,既能提高現(xiàn)場運(yùn)行的安全性,又能提前為員工進(jìn)行培訓(xùn),使工作人員盡快熟悉工作環(huán)境和掌握操作技能[2]。

1 國內(nèi)外研究概況

在地鐵工作人員的培訓(xùn)方面,歐美、日本等國家相對較先進(jìn),其地鐵運(yùn)營部門一般都建立培訓(xùn)基地進(jìn)行模擬培訓(xùn)和操作,且大多針對列車駕駛及運(yùn)行過程仿真[3]。國內(nèi)多地也已建立軌道交通行業(yè)的培訓(xùn)中心,有些線路也建立小型的模擬培訓(xùn)系統(tǒng),致力于提升技能人才專業(yè)能力,更好地為軌道交通工作服務(wù)[4]。

縱觀全球,當(dāng)前軌道交通培訓(xùn)或多或少都存在一些共性問題(如成本高、培訓(xùn)內(nèi)容及方式過于單一、學(xué)員缺乏交互體驗(yàn)),學(xué)習(xí)不夠深入。因此,如何利用發(fā)達(dá)的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對地鐵工作人員進(jìn)行高效、簡捷的綜合監(jiān)控系統(tǒng)培訓(xùn),是亟待研究和解決的問題。

2 系統(tǒng)功能概述

綜上所述,培訓(xùn)與仿真系統(tǒng)應(yīng)為學(xué)員提供逼真的培訓(xùn)環(huán)境,模擬綜合監(jiān)控各專業(yè)下設(shè)備的運(yùn)行工況,模擬可能出現(xiàn)的各種場景,使學(xué)員熟練掌握綜合監(jiān)控相關(guān)業(yè)務(wù)知識。

系統(tǒng)應(yīng)能覆蓋綜合監(jiān)控系統(tǒng)全專業(yè)的培訓(xùn)與仿真,包括PSCDA專業(yè)(電力監(jiān)控系統(tǒng))培訓(xùn)與仿真功能、BAS專業(yè)(建筑設(shè)備自動化系統(tǒng))培訓(xùn)與仿真功能、ACS專業(yè)(門禁系統(tǒng))培訓(xùn)與仿真系統(tǒng)、PA專業(yè)(廣播系統(tǒng))培訓(xùn)與仿真功能、PIS專業(yè)(乘客信息系統(tǒng))培訓(xùn)與仿真功能以及CCTV專業(yè)(視頻監(jiān)控系統(tǒng))培訓(xùn)與仿真功能。

具體應(yīng)具備如下仿真功能:

(1)仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)對象管理功能。

(2)線路仿真功能。

仿真系統(tǒng)支持整條線路的城市軌道交通電力系統(tǒng)仿真功能,支持包括遙信、遙測、遙脈、遙控4種類型數(shù)據(jù)的仿真。

(3)全線綜合監(jiān)控系統(tǒng)各專業(yè)畫面展示功能。

系統(tǒng)能夠按照要求進(jìn)行組態(tài),顯示各個站內(nèi)的各專業(yè)系統(tǒng)圖。

(4)數(shù)據(jù)采集仿真功能。

支持綜合監(jiān)控系統(tǒng)中各種遙信、遙測、遙脈的數(shù)據(jù)仿真與采集以及通信通道故障模擬仿真。

(5)控制仿真功能。

支持PSCADA電力監(jiān)控專業(yè)中的控制仿真以及BAS專業(yè)、ACS專業(yè)、PA專業(yè)、PIS專業(yè)、CCTV專業(yè)中對顯示設(shè)備的控制操作。

(6)繼電保護(hù)仿真功能。

在電力系統(tǒng)遇到故障時,能給出正確的繼電保護(hù)動作信息和斷路器動作信息、支持設(shè)置繼電保護(hù)裝置的投入/退出狀態(tài)、重合閘動作仿真;支持繼電保護(hù)的誤動和拒動仿真。

(7)安全自動裝置仿真。

支持設(shè)置安全自動裝置的投入/退出狀態(tài);支持安全自動裝置的重合閘動作仿真;支持安全自動裝置的誤動和拒動仿真。

(8)電氣閉鎖仿真。

系統(tǒng)具有電氣閉鎖功能:在接收到遙控命令后,先對當(dāng)前控制點(diǎn)的設(shè)備檢測預(yù)先設(shè)定好的閉鎖邏輯時,只有在閉鎖邏輯為假時,遙控才能執(zhí)行成功,否則遙控拒動。

(9)模式表與時間表模擬功能。

支持BAS空調(diào)系統(tǒng)模式表控制操作,并可模擬展示模式控制結(jié)果以及BAS專業(yè)設(shè)備時間表編輯及模擬下發(fā)、上傳操作。

(10)教案場景設(shè)置功能。

支持教案場景的編制和管理,以及教案場景的立即執(zhí)行、定時執(zhí)行和條件觸發(fā)執(zhí)行。

(11)操作功能。

支持包括斷路器、隔離開關(guān)等的分閘、合閘操作。

(12)仿真模擬功能。

支持按照配置好的場景使設(shè)備按既定的工況進(jìn)行運(yùn)行;通過場景配置可實(shí)現(xiàn)電力監(jiān)控系統(tǒng)中的線路保護(hù)、母線保護(hù)、整流器保護(hù)、直流保護(hù)等的仿真;支持對各種電力系統(tǒng)中設(shè)備故障場景的模擬仿真、支持常見操作規(guī)程的場景模擬。

(13)遙信遙測聯(lián)動仿真功能。

對供電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)的仿真,支持遙測量與帶電狀態(tài)的聯(lián)動變化。如母線上斷路器斷開后,其后各條線路上的電壓電流遙測量應(yīng)該都自動變?yōu)?;當(dāng)斷路器合閘,線路上帶電后,其電壓電流遙測量均應(yīng)為非0的測量值。

(14)告警功能。

支持遙信變位告警及遙測越限告警。

(15)數(shù)據(jù)單向同步功能。

(16)斷面數(shù)據(jù)的保存與恢復(fù)功能。

斷面數(shù)據(jù)指在某一個時刻仿真服務(wù)器內(nèi)實(shí)時庫中的數(shù)據(jù)(斷面數(shù)據(jù)包含的對象類型可配置)。系統(tǒng)支持對任意時間節(jié)點(diǎn)斷面的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存,以及恢復(fù)之前時間節(jié)點(diǎn)斷面數(shù)據(jù)的恢復(fù)。

(17)權(quán)限管理功能。

支持基于用戶名、密碼登錄的基礎(chǔ)權(quán)限管理功能,基于用于角色、等級的權(quán)限管理功能,按責(zé)任區(qū)劃分的權(quán)限管理功能;以及教員權(quán)限和學(xué)員權(quán)限功能。

(18)動態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲抡婀δ堋?/p>

(19)時鐘同步功能。

(20)告警歷史查詢培訓(xùn)功能。

系統(tǒng)支持按日期、告警等級或責(zé)任區(qū)、關(guān)鍵字等條件查詢告警歷史。

(21)支持群體教學(xué)功能。

系統(tǒng)支持連接投影儀,提供大屏教學(xué)功能。提供教學(xué)控制功能,培訓(xùn)教師具有教學(xué)開始、教學(xué)暫停、教學(xué)結(jié)束的權(quán)限。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

考慮到需要實(shí)現(xiàn)的功能,新一代綜合監(jiān)控培訓(xùn)與仿真系統(tǒng)的硬件架構(gòu)主要包括培訓(xùn)系統(tǒng)和仿真系統(tǒng)2部分。培訓(xùn)系統(tǒng)由培訓(xùn)服務(wù)器及培訓(xùn)工作站組成;仿真系統(tǒng)由仿真服務(wù)器與仿真工作站構(gòu)成。另外配有投影儀和打印機(jī),用于輔助培訓(xùn)工作的進(jìn)行。

培訓(xùn)工作站作為客戶端訪問培訓(xùn)服務(wù)器,可以進(jìn)行畫面瀏覽及操作?？刂泼羁梢酝ㄟ^104規(guī)約、Modbus規(guī)約從培訓(xùn)服務(wù)器下發(fā)至仿真模擬服務(wù)器,并由仿真服務(wù)器執(zhí)行收到的控制命令,將相應(yīng)的反饋再送回培訓(xùn)服務(wù)器。

仿真服務(wù)器則負(fù)責(zé)軌道交通整條線路的運(yùn)行仿真,模擬設(shè)備裝置處理具體仿真事務(wù)。模擬104從站裝置、Modbus從站裝置使用104規(guī)約及Modbus規(guī)約將數(shù)據(jù)傳輸至培訓(xùn)服務(wù)器。仿真服務(wù)器與仿真工作站之間、培訓(xùn)服務(wù)器與培訓(xùn)工作站之間依靠平臺自身的實(shí)時庫同步機(jī)制保持?jǐn)?shù)據(jù)同步。

仿真工作站作為客戶端訪問仿真模擬服務(wù)器,進(jìn)行場景、規(guī)則預(yù)置,預(yù)置的數(shù)據(jù)可以通過104規(guī)約從仿真模擬服務(wù)及Modbus規(guī)約從站仿真服務(wù)上送至培訓(xùn)服務(wù)器。

綜合監(jiān)控培訓(xùn)與仿真系統(tǒng)包含平臺子系統(tǒng)、教員子系統(tǒng)、學(xué)員子系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)。平臺為DSC-9000FAO綜合監(jiān)控平臺系統(tǒng);教員子系統(tǒng)包括場景配置模塊、場景執(zhí)行模塊和斷面保存恢復(fù)模塊;學(xué)員子系統(tǒng)包括仿真模擬數(shù)據(jù)展示模塊和學(xué)員操作GUI模塊;仿真模擬器子系統(tǒng)包括仿真模擬數(shù)據(jù)處理模塊和規(guī)約處理模塊。子系統(tǒng)中各個模塊的功能如下,模塊間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 新一代綜合監(jiān)控培訓(xùn)與仿真系統(tǒng)子模塊間的關(guān)系

DSC-9000FAO綜合監(jiān)控系統(tǒng)平臺:為培訓(xùn)服務(wù)器、仿真模擬服務(wù)器提供平臺支撐,2個服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交換由規(guī)約程序處理。

場景配置模塊如圖2所示,支持用戶自行根據(jù)實(shí)際需求,配置需要的場景數(shù)據(jù),場景管理樹結(jié)構(gòu)可以用來新增、修改、刪除場景目錄或場景?？梢凿浫胱兞?、條件表達(dá)式和相應(yīng)的場景執(zhí)行步驟和執(zhí)行方式。學(xué)員在此可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)場景、故障場景等的配置。

圖2 場景配置模塊

場景執(zhí)行模塊部署于仿真模擬服務(wù)器,允許教師通過教師工作站進(jìn)行訪問,用于執(zhí)行已配置的場景?？梢酝ㄟ^設(shè)定教學(xué)開始、教學(xué)暫停、教學(xué)結(jié)束來開始/暫停/結(jié)束教學(xué)。

模擬仿真數(shù)據(jù)展示模塊部署于培訓(xùn)服務(wù)器,用于顯示專業(yè)設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際工況,并且展現(xiàn)場景,培訓(xùn)工作站支持訪問。

學(xué)員操作GUI模塊部署于培訓(xùn)服務(wù)器,通過該模塊允許學(xué)員操作允許控制的設(shè)備、執(zhí)行權(quán)限內(nèi)的其他操作等。

斷面保存與恢復(fù)模塊部署于仿真模擬服務(wù)器,支持任意時間節(jié)點(diǎn)斷面的保存、刪除和恢復(fù)。

4 結(jié)語

新一代軌道交通綜合監(jiān)控培訓(xùn)與仿真系統(tǒng)提供綜合監(jiān)控全專業(yè)的培訓(xùn)與仿真功能,培訓(xùn)與仿真系統(tǒng)通過模擬綜合監(jiān)控各專業(yè)下設(shè)備的運(yùn)行工況,為培訓(xùn)人員提供高度逼真、安全的培訓(xùn)環(huán)境,學(xué)員可以模擬各類場景,反復(fù)實(shí)踐,提升操作技能,培養(yǎng)對危險情況的敏感性和正確的反應(yīng)能力,實(shí)現(xiàn)降本增效,保障現(xiàn)場安全穩(wěn)定運(yùn)行。