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综合自动化系统简介（20120222）一、 综合自动化系统简介1、 自动化系统在地铁所担当的角色随着科学技术的不断发展，目前城市轨道交通的建设不论是勘测、设计、施工以及设备安装等都已全面的走向了自动化，数字化和高智能化，其中自动化技术在各不同专业中承担了重要角色。在城市轨道交通线路建设的同时，需要建设一个综合信息共享的平台，这个综合信息平台为运营管理者、设备维护人员提供一个可靠的、实时的、能反应真实现场及设备运行的信息数据。我们所说的信息平台是综合了与线路运营有关的信息、与乘客有关的信息、与各专业设备运行状态有关的信息，这些综合了各个专业系统的信息资源经过处理及互连互通，为运营管理者、维护者提供了大量的共享信息，有力的支持了地铁现代化的运营管理，很好地改善了环境、提高了运营的安全度、及对乘客的服务水平，为地铁科学高效运营提供了有力的保证。2、 综合自动化系统平台的要求l 全数字信息；l 信息平台是高可靠性、安全性的系统；l 信息平台可无缝接入地铁各子系统；l 信息平台具有良好的纠错容错性、可操作性。l 信息平台是开放系统；l 信息平台具有良好的扩展性；3、 各专业自动化系统的内在关联地铁各专业自动化系统之间，由于运营的高安全、高可靠性、高效率的要求，其各专业子系统之间的一些重要信息有着必然的内在联系。这些联系就是：信息联系、资源共享。例如：火灾自动报警系统中的火灾报警信息，就需要传送到相应的环控子系统、AFC等子系统中，去触发和调用相关各子系统的灾害模式；当火灾发生时，火灾自动报警系统发出火灾自动报警信息，它将影响所有自动化系统，使这些系统进入防救灾模式，所有系统动用一切资源进行防灾救灾。又如：列车在区间发出阻塞信息时，也需要将信息传送到相应的电力子系统、环控子系统、乘客向导信息等子系统中，也会触发和调用各子系统的阻塞模式。当列车在不同位置受阻，发出列车阻塞信息，此信息将传给环境与设备监控系统、自动售检票系统、乘客信息系统，这些系统启动阻塞模式，为乘客安全疏散，正确导向服务。再如：当车站乘客出现异常大客流信息时，需要将信息传送到相应的行车信号系统、环境监控系统、自动售检票系统、乘客信息系统等，这些系统将利用一切资源信息、组织可行的运行方案，为乘客的安全乘车和地铁正常运营服务。(限流)因此我们讲：轨道交通综合自动化系统很好的解决和完善了这些单一子系统在特殊运行环境下的信息关联和资源共享，使地铁运营中的不同突发事件的综合应变处理能力得到了很大的提升。二、 综合监控系统结构目前国内国外的综合自动化监控系统的形式是多种多样，集成的程度也有较大的差异。其主要原因就是：依据现实的技术状况和所在国的技术发展水平，管理水平、运营水平、资金来源、资源供给等情况，这些综合条件决定了监控系统集成范围的程度。有的将主系统与辅助系统分开集成，有的是全部集成在一起。但无论集成深度是多少，系统大都尽量采用统一平台，尽量地将子系统互连，实现资源共享，信息互通互用。现在北京市轨道交通系统采用了线路中心综合监控系统（OCC），以及多线路集中监控中心系统（TCC轨道交通指挥中心），之所以要发展和建立多线路集中监控中心系统。是因为大都市的城市轨道交通网形成之后，多条线路运营必须协调，整个城市轨道交通体系必须更加安全、可靠，运行必须更加高效率。因此就需要有一个城市轨道交通管理体系来全面的掌控各线路运营情况，并在地面交通、地下交通发生紧急情况下进行全面的综合协调指挥应急处置。1、 综合监控的集成形式l 以行车调度指挥为核心的集成方案l 以电力调度指挥为核心的集成方案l 以环控调度指挥为核心的集成方案l 以电力、环控调度指挥为核心的集成方案2、 综合监控集成形式汇总表序号 集成形式项 目以行车为主以电力为主以环控为主电力环控为主集成互联集成互联集成互联集成互联1电力监控系统（PSCADA）*2机电设备监控系统（EMCS）*3屏蔽门（PSD）*4防淹门（FG）*5火灾自动报警系统（FAS）6广播系统（PA）*7闭路电视系统（CCTV）8车载信息系统（TIS）*9车站(乘客)信息系统SIS (PIS)*10自动售检票系统（AFC）11信号系统（SIG）*12时钟系统（CLK）13门禁系统（IAS）*14人防系统15传输系统16无线通信系统17公务电话系统18专用电话系统3、 集成与互联内涵l 集成-是指综合监控系统与子系统之间存在着紧密的耦合关系，子系统本身不需要提供可操作界面，所有对子系统的操作，完全通过综合监控系统的操作界面完成，在正常情况下被集成的子系统依赖于综合监控系统实现正常的操作与调用功能。l 互连-是指综合监控系统与子系统之间的关联采用的是松耦合结构，子系统具有完整的操作界面和全套设备，可以脱离综合监控系统独立运行，完成正常和紧急操作。集成和互连在具体的数据接口协议上并不存在区别，区别在于综合监控系统与子系统的功能分配上。4、 监控系统结构分类1) 集中式监控系统所谓集中式监控系统就是在控制中心(OCC)设置全局实时数据服务器，将全线路各车站级的所有被控对象的数据实时地传送到中央级进行统一处理、统一存储、统一管理。由于监控中心需要处理的数据量很大、对每一事件的处理分析复杂，因此需要中心配置多台应用服务器、数据库服务器和磁盘阵列、磁带机等运算存储设备，以便对大量数据进行及时的响应和存储。集中式方案的优点是系统的造价低，便于系统维护管理和软件开发。其缺点是可靠性较低，数据处理和保存集中在OCC，当OCC的服务器出现故障时或网络出现重大故障时，全系统瘫痪，由于数据的实时传输、主干网络的负荷重，控制中心服务器的负荷更是十分繁重，控制中心的服务器配置要求较高，从监控软件开发平台来讲，能容纳和处理30万点以上的平台很少，而且价格十分昂贵。2) 分布式监控系统在分布式监控系统中，车站级作为数据收集、处理和保存的核心，中央级不设置全局的服务器，仅需配置一套简单的冗余服务器，既起到中心应用服务器的作用，同时也作为OOC的数据服务器。中心数据库中不收集、保存和管理全局数据，仅保存控制中心所需的、常用的、或重要的数据参数，一般数据和参数根据调度员所需临时访问各车站数据库，为了方便历史数据的管理，在中心设置磁带机，统一转储历史数据。分布式方案的优点是单点故障只影响局部监控，不会导致全局瘫痪，中央级的监控软件可以与车站级的完全相同，可节省软件开发平台的费用，数据按需要传送，减少了主干网络的负荷。其缺点是中央级对全局的实时监控能力降低、对车站级设备要求较高，车站级设备造价较高。3) 集中分布式监控系统集中分布式监控实际上是集中式和分布式的联合系统。中央级与集中式监控系统相似，设置全局实时数据服务，用于收集、保存和处理全局数据，同时设置历史数据服务器，统一转储历史数据。故障时保障数据的实时性。车站级的构成与分布式监控系统相同，但车站不作为数据的采集、保存和处理的核心，因此车站级服务器的可靠性没有分布式那么高的要求。此方案的优点是系统的可靠性最高，数据分类传送减少主干网网络的负荷，合理划分中央级和车站级功能，可以适当降低车站级设备的配置要求以节省费用，中央级的监控软件可以与车站级的完全相同，可节省软件开发平台的费用，有利于实现集中监视分散控制。其缺点是要求中央级的监控软件具有较高的数据处理能力、同一数据存在双重备份，需要保证数据的一致性。4) 系统构成l 综合监控系统一般由三级组成，中央级监控系统层、车站级监控系统层、现场级监控系统层。l 中央级与车站之间通过主干网互联，l 车站级综合监控系统与各子系统的现场级通过局域网互联，l 中央级、车站级、中央级与车站级采用客户/服务器（C/S）结构，l 网络协议采用TCP/IP，软件系统采用统一的操作系统平台和统一的数据管理平台。l 为了保证系统的可靠性，服务器和网络均采用冗余配置。5) 中央监控级中央级监控系统包括服务器、总调、行调、电调、环调、维调工作站、综合显示系统、打印机、数据存储设备及网络设备等组成中央级监控系统。中央级综合监控系统通过全线主干网将各车站级的综合监控系统信息汇集到控制中心，从而实现多系统的综合监控。中央级预留与TCC的通信接口，以实现与北京地铁其它线路的互连，实现各条线中央级信息的交换与共享。6) 车站级综合监控系统车站级综合监控系统由服务器、工作站、打印机、网络设备等组成车站级综合监控系统。车站级综合监控系统通过车站局域网络将现场级的信息汇集到车站级综合监控系统，从而实现车站级的综合监控。7) 现场级综合监控系统由各子系统的现场级设备组成，这些系统对下直接连接各种智能监控对象和非智能监控对象，与车站级互联。各生产企业提供的现场级设备应满足综合监控系统的总体结构、接口要求和协议要求。5、 监控系统通信网络结构综合监控系统网络由三层组成，即主干层、局域层和工控层。1) 主干层：用于控制中心与各车站、车辆段、停车场局域网的互联。主干层可以由综合监控系统单独构建，也可由通信专业构建。2) 局域层：包括：控制中心、各车站、车辆段、停车场的局域网，控制中心均为冗余的交换式100/1000Mbps以太网；车站、车辆段、停车场为冗余交换式10/100Mbps以太网。(1) 中央级局域网l 中央局域网为双冗余的100/1000Mbps交换式以太网，符合IEEE802.3标准，采用TCP/IP协议。l 中央采用千兆以太网交换机，分别配置千兆以太网接口模块和百兆以太网接口模块。千兆口分别连接中央级实时服务器、历史服务器以及主干网络。百兆以太网口连接其他中央设备。l 在中央级集成和互连系统通过100/1000Mbps以太网接口综合监控系统的交换机。(2) 车站级局域网l 车站级局域网为双冗余的快速交换式以太网，符合IEEE802.3标准，采用TCP/IP协议。车站级采用快速以太网交换机，通过千兆口连接主干网络，通过百兆口连接车站级综合监控系统服务器和其他设备。l 各集成和互连子系统通过10/100Mbps以太网口接入交换机。3) 工控层：即各子系统执行层面上的网络，包括BAS、FAS、AFC、PSD等子系统，一般采用工业控制网络或现场总线，分散控制结构。6、 综合监控系统结构实例图1) 地铁某线综合监控系统结构图（5号线） 大楼 其余站 OCC 3站 2站 立水桥北站 1站 太平庄站 太平庄北车辆段 太平庄北站 大羊坊站 大屯站 立水桥站 工作站 报表打印机 FEP FEP 服务器 综合监控专业 打印机 磁盘 阵列 OCC交换机 交换机 宋家庄站 通信专业 2) 地铁某线车站综合监控系统结构图（13号线）3) 地铁某线车站综合监控系统结构图（昌平线） 三、 综合监控系统（ISCS）基本功能1、 系统监控的优先级功能系统监控的优先级总的原则是：越靠近现场设备监控优先级别越高，靠近现场的监控操作视事件的紧急情况分级进行监控。监控点控制优先级由高到低的顺序是：现场级、IBP盘、车站级综合监控调度员、中央级综合监控调度员站。一般紧急情况下使用IBP盘的手动控制或现场的控制功能。当综合监控系统工作在正常模式时，各种状态信息必须送达中央级；控制命令由中央级下达到现场级，车站级仅起状态监视和命令复示作用，无控制权。在灾害模式、故障模式、阻塞模式时，控制中心视具体情况下放控制权限，使车站级可以在一定权限范围内进行控制。系统恢复正常工作模式后，车站级控制权限上交或由中央级收回。IBP盘的手动控制一般在紧急情况下使用。现场级一般在系统调试、现场维修和紧急情况下使用。2、 基本显示功能1) 通用的人机界面工作站的人机界面一般采用统一的图形用户界面，图形显示采用平面化、层次化、区域化、菜单式的布局，为使用人员提供友好、便捷的操作界面，并支持综合监控系统所有应用软件功能。人机界面还包含：系统的启动、注销、退出以及安全性的检查。要求人机界面元素中含有：画面色彩、图形闪烁、事件声光音响、画面编辑、图形自然窗口放缩及移动、错误修正、误操作识别、中文反馈信息、时间显示提示等。2) 画面显示功能显示画面包含已接入综合监控系统中各个专业设备所需监控的图形画面，如：l 菜单调阅画面、多层次画面、视屏插入画面、l 表格画面、统计画面、流程图画面、逻辑图画面l 设备接线画面、系统结构画面、接口画面、总貌图、l 设备动态画面、趋势曲线画面、报警画面等3、 控制功能对接入到综合监控系统各专业设备进行运行模式的调用及控制，通过对不同系统现场设备的控制，改变其运行状态，保障轨道交通的正常运行，在非正常工作模式下启动相应的预设模式，达到控制各相关系统高效协调工作的目的。综合监控系统主要控制方式如下：1) 人工控制l 单点控制-l 模式控制-通过一组控制命令进行控制（或称顺序控制）；l 程序控制-一组带条件判断的顺序来执行的控制指令（指满足数字量条件的控制）；l 系统联动控制-不同专业、或不同子系统对某一种情况或某一事件的协同动作。2) 自动程序控制l 限制点设置控制-通过设定模拟量阈值来启动控制命令（遥调）；l 时间表控制-根据用户配置的时刻表启动控制指令；4、 监测功能综合监控系统要能够快速、正确、直观的显示各集成子系统设备的工作状态及运行参数，如：清晰的显示站台乘客流动情况、列车运行到达情况、供电/环控设备运转情况、火情/灾害等信息上报情况，对设备的运行动态做到实时的监测。同时综合监控系统将监测到的状态信息用文本静态、变化数据、或动态图形方式显示在监控屏上。其监测对象如下：l 设备状态变化监测l 通讯网络状态监测l 设备故障信息监测l 模拟量测量值的监测l 电量变化监测l 列车运行信息监测等5、 报警功能在出现某专业设备系统故障、火灾、自然灾害、或重大事件时，综合监控系统可在中心工作站、车站工作站、或通过终端设备向调度员、操作员以及车站乘客发出声光报警，并能根据各专业系统的不同要求，对事件的严重性程度进行分类报警。1) 报警管理综合监控系统的各级操作员工作站都具备完善的报警功能管理，可将报警信息进行分级，筛选重组，建立一个报警体系。同时还具有FAS灾害报警下的灾害模式启动，进行不同系统间的设备联锁联动。2) 报警级别所有的报警形式都被分别赋予一个报警级别，每一个级别均对应一种原则和处理方法。如：重要报警必须得到由操作人员的确认。综合监控系统报警级别可分为以下几类： l 火灾报警l 紧急报警（一级）；l 关键报警（二级）；l 普通报警（三级）；l 非关键报警（四级）等6、 管理功能综合监控系统具备安全认证管理、操作员工作站级别配置、文件管理、报表管理、打印管理等功能。1) 安全认证管理综合监控系统可对各专业工作站，进行系统所有监控对象的监控点信息进行系统组织、综合管理、实时监控。为了保证系统安全和控制命令的唯一性，需要集中统一的用户注册管理，各种工作站根据用户注册用户的权限，开放不同的监控范围。2) 操作员工作站的级别配置根据系统设计结构的不同，中心工作站、车站工作站监控级别的配置是有一定区别的，如：在无中心系统中，当线路中任一台工作站下线退出系统时，其线路车站上的任意工作站均可接任中心或下线车站的工作站进行操作作业。在有中心系统中，当车站某一工作站出现故障时，操作人员只能登录到本站另一备用工作站接管它的操作任务。不论是哪种结构系统其用户级别可定为：l 系统管理员级；l 系统维护员级；l 调度员级；l 操作员级。7、 文件处理、归档功能综合监控系统具有对各类文件的处理功能，对各类数据和文件进行归档，车站保存0.5-1年的数据，控制中心保存1-3年的数据。综合监控系统设有历史数据库，系统可对历史数据记录进行处理、载剪、分析和统计，具有点趋势图、日志、事故追忆等功能。8、 报表功能综合监控系统具有报表管理、生成和打印功能，常用报表有报警报表，事件报表、模拟量趋势报表、历史数据报表、各种日志统计报表等，同时授权用户可以定制所需的报表及定制报表格式。9、 打印管理功能综合监控系统配置有事件打印机、报表打印机以及图形打印机，授权用户可以对这些打印机进行配置，也可以启用或禁止某一打印机工作。10、 组态功能综合监控系统具有组态功能，并提供标准的控制组态工具，可用程序流程图、功能块图、梯形图、结构文本等组态，也可修改组态，完善系统运行。组态可在线、离线安装。11、 系统维护各级操作员工作站的系统窗口、整个综合监控系统各级设备以及集成第三方设备的主要状态都被监管。系统具有自动诊断功能。12、 时间同步功能综合监控系统的各个服务器、工作站均应具备时间同步功能，保证各终端系统的时间一致。13、 联机帮助功能在各种人机界面中，正常工作模式下系统具备联机操作帮助功能。非正常事件报警事件发生时，人机界面能自动切换到应急处理画面，包括报警性质、等级、位置和处理措施提示。14、 辅助决策支持功能决策支持系统主要用于在事故或紧急事件情况下，为操作员提供指导和帮助。通过预先输入的处理流程和逻辑，自动发出操作建议，帮助操作员作出正确的决策。同时避免操作员在事故或紧急情况下因为心理紧张而慌乱，导致错误操作等情况出现。15、 各专业工作站职能综合监控系统主要的服务对象是控制中心、车站综控室的各专业调度人员，其工作站的主要监控职能为：l 实现分立系统原有各专业调度工作的全部功能； l 监控全线环境、灾害、乘客、供电及车站主要设备的运行情况；l 根据不同的情况启动相应的预设工作模式实现全线各子系统的联动控制；l 在正常工作模式下中央级具有最高控制权限l 每套调度工作站均设置为多屏21”LCD显示各调度员工作站主要功能如下： 总调度员工作站正常情况下，总调将负责综合监控系统各子系统的调度管理工作，协调相关调度台之间的配合工作，监视各系统设备的运行状态和各调度台工作状态。当发生火灾时，根据现场实际情况制定相关的应急处理措施，及时决策，并监督防灾指挥台完成各项程序，有效指挥。并能对PA和CCTV进行控制。 电调工作站主要负责对主变电所、牵引降压所、降压所和跟随所的断路器和隔离开关进行监控，对设备的状态、电压、电流和功率等实时信息进行监控，具有紧急断电功能。实现电力视频监视。 环调工作站用于对车站的通风空调、隧道通风、照明、给排水、电梯系统、PIS、PA、CCTV和FAS系统的监控，以及列车位置、AFC设备工作状态和客流信息的监视。 行调工作站用于对PA、CCTV和无线通信等通信系统的控制和操作；行调工作站可在本工作站上控制和选择PA（广播）、无线通信台和CCTV图像监视，也能够进行CCTV在显示系统上的监视模式的选择。行调工作站也可监视PSD（屏蔽门）的运行状态、时钟和客流以及接触轨带电信息等内容。 维调工作站自动或手动完成各子系统发送的主要设备报警信息、维修信息的收集和管理，作好维护管理工作，组织指挥定期或临时的现场设备的维修工作，针对各种可能发生的突发事件，编制事故抢修、灾害救援方案，由突发事件触发调出相应处理预案，快速处理故障，减轻事故及灾害影响范围。 显示系统综合显示各变电所开关位置、主接线图及接触轨带电状态等，显示全线火灾自动报警系统设备状态及报警信息，显示通风空调设备状态，显示各种机电设备状态，动态显示CCTV画面，显示信号系统列车运行情况和信号设备状态，可以灵活定义显示内容及显示窗口，支持多屏幕拼接显示方式。四、 设备配置（以5号线为例）序号系统名称设备名称数量1中心综合监控系统系统服务器2套2历史服务器2套3历史服务器外部磁盘阵列1套4磁带记录机1台6调度员工作站9套7显示系统投影仪及相关设备1套8中心UPS1套9打印机9台10中心通信前置机2套11以太网交换机2套12中心调度工作台8面13中心综合监控系统全套软件1套14设备配件及机柜1套15车站综合监控系统（每座车站）系统服务器1套16车站值班工作站2套17变电所值班工作站1套18车站调度工作台2面19IBP后备盘1套20车站UPS1套21前置通信处理机FEP2套22变电所前端处理器2套23变电所通信控制器5套24以太网交换机2套25打印机2台26变电所综合自动化设备22套27车站综合监控系统全套软件1套28设备配件及机柜1套29车辆段综合监控系统系统服务器2套30工作站4套31工作台4面32变电所值班工作站2套33前置通信处理机FEP2套34变电所前端处理器4套35变电所通信控制器5套36UPS1套37打印机2台38变电所缩合自动化设备1套39以太网交换机2套40系统软件1套41设备配件及机柜1套42车场综合监控系统系统服务器2套43值班人员工作站2套44变电所值班工作站2套45工作台2面46前置通信处理机FEP2套47变电所前端处理器4套48变电所通信控制器5套49UPS1套50打印机2台51变电所综合自动化设备1套52以太网交换机2套53系统软件1套54设备配件及机柜1套55培训管理系统培训服务器1台56工作站7套57工作台7面58前置通信处理机FEP1台59仿真模拟器1套60以太网交换机1台61打印机2台62培训管理软件1套63设备配件及机柜1套64网络管理系统便携式计算机5台65NMS服务器1台66工作站1套67工作台1面68交换机1台69打印机1台70网络管理软件1套71设备配件及机柜1套72设备维护管理系统服务器1台73工作站2套74工作台2面75打印机1台76交换机1台77设备维护管理软件1套78设备配件及机柜1套五、 综合监控系统部分画面图示1、 电力系统（SCADA系统）2、 CCTV（视频系统） 3、 PA（广播系统） 4、 PIS（车站乘客信息系统） PIS（车载信息系统） 5、 PSD（安全门系统应急门故障） 6、 AFC（自动售检票系统）7、 BAS（环控系统）l 电梯、空调水系统、