PVSS在交通樞紐綜合監控系統中的應用

張林江，孟慶利，李紅勛

（1.天津市中環系統工程有限責任公司，天津 300060；2.天津中環電子信息集團有限公司，天津 300191）

綜合交通樞紐集中了多種交通運輸方式，包括航空、鐵路、軌道交通、公交車、社會車輛和出租車等，是多種交通方式的換乘節點，一旦發生火災等災害，若不能及時處理，各交通方式之間將引起連鎖反應，進而影響樞紐所依托的城市或地區的交通系統，危及公共安全。作為樞紐安全保障的綜合監控系統（ISCS），它的完善程度和穩定運行不僅直接關系到整個樞紐工程內部設備正常運轉，也是綜合交通樞紐正常運營的前提和保證。本次樞紐綜合監控系統（ISCS）的研發基于PVSS的復雜冗余、高兼容、多點數、以及面向對象開發的高標準性等特點，結合綜合監控系統特點，實現樞紐綜合監控系統中央級、現場級系統之間的集成控制。

1 系統構成

1.1 系統整體結構

本系統設計以天津機場樞紐為例進行相關設計，樞紐綜合監控系統（ISCS）主要完成對火災自動報警系統（FAS）、環境與設備監控系統（BAS）和電力監控系統（PSCADA）進行集成，并與廣播（PA）、電視監控系統（CCTV）等系統互聯，同時可通過網絡管理系統對整個網絡及鏈路運行狀態進行監控；采用單級管理、二級控制模式，單級管理為樞紐綜合監控室，二級控制為樞紐綜合監控室、設備就地；綜合監控系統ISCS具備模式控制、群組控制以及點控等功能，同時能夠反映各監控對象的工作狀態。

系統在樞紐綜合監控機房設置2臺實時歷史服務器，設置2臺通訊控制器FEP完成和PA、CCTV系統互聯，設置防火墻用來和外部需要接口的系統互聯。在樞紐綜合監控室設置值班員工作站、網管工作站、維護管理工作站以及電調工作站完成整個系統的監控及管理。在機場航站樓設置相關值班員工作站完成機場對樞紐系統的監視。在控制系統中應用了4套S7-400H冗余PLC系統和一套S7-300系列PLC，另外系統中包含多個西門子設備搭建的遠程I/O站點，冗余400H PLC系統通過PROFINET網絡通訊連接，全部RIO站基于PROFIBUS-DP網絡與PLC主站進行連接。PLC主站與服務器、工作站之間通過以太網連接，系統結構圖如圖1所示。

圖1 系統結構圖Fig.1 Structure of system

1.2 PVSS介紹

PVSS采用開放構架，其內部采用自主開發的中間件產品，使整個系統的各項業務既具備高實時性、高可靠性和維護性，又能具備良好的開放性和互通性[1]。

其技術優勢如下：

·平臺開放：支持Windows、Linux和Unix操作系統平臺；

·處理能力：＞10000000外部信號點；

·操作：＞2500個分布式系統；

·代碼開放：大部分的腳本代碼都是開源的，在開發過程中用戶可以打開界面或腳本的源代碼進行編輯修改，使之符合自己的應用需求；

·構架開放：用戶可以通過各類API函數開發包，集成自己的擴展驅動和行業庫等；

·無需中斷過程就可以改變應用程序；

·全球首個SIL3安全資格認證；

·高標準的冗余熱備機制包括數據采集冗余，數據處理冗余，數據存儲冗余，最大16：16的冗余；

·內部本身內嵌有計劃任務功能模塊，同時也可以通過timedFunc（）來間接實現計劃任務的功能，timedFunc（）具有非常強大而靈活的功能，它與數據類型“_timedFunc”關聯應用，可以實現按間隔時間執行和定時執行2種方式。

基于PVSS開發的樞紐綜合監控系統，接入系統部分采用混合接入方式，針對不同廠商系統設備，分為互聯系統部分和集成系統部分，集成部分通過PVSS數據點進行直接連接及監控點管理，針對互聯系統定制協議多，數據格式復雜，連接方式多樣等特點，采用易與PVSS連接的OPC Server作為互聯系統通信服務，使PVSS可以方便安全地與通信服務互聯，實現集成系統與互聯系統綜合接入，PVSS架構圖如圖2所示。

圖2 PVSS系統構架圖Fig.2 Structure diagram of PVSS system

2 系統主要功能

綜合監控系統完成對樞紐重要監控對象的狀態、性能等數據進行實時收集及處理，通過工作站以圖形、圖像、表格和文本的形式顯示出來，供值班人員參考和使用[2]。系統根據一定的邏輯關系自動向分布在現場的被監控對象或系統發送模式、程控、點控等控制命令，或由值班員人工發布控制命令，從而完成對環境、設備和乘客的集中監控。系統接收火災災情信息、機電設備運行信息、電力設備運行信息，對各子系統進行監控管理；發布火災涉及消防設備、機電設備、電力設備的控制命令；根據火災具體位置，啟動相應的火災聯動模式；對設備運行狀況進行統計，實施設備維護管理趨勢報告，提高設備管理效率等[3]。

正常工況下綜合監控系統按照日常監控管理模式，通過人機接口畫面監管各有關專業系統的監控功能，通過對環境參數檢測，對能耗進行統計分析，控制通風、空調設備優化運行，提高樞紐環境的舒適度，降低能源消耗，對設備運行狀況進行統計，實施設備維護管理趨勢報告，提高設備管理效率。

火災模式時聯動控制，當現場探測設備確認火災報警信息后，系統自動切換到全系統的災害模式，此時綜合監控系統將綜合現場報警信息，使各有關系統協調工作，啟動各種防煙、排煙模式，聯動停止通風、空調系統的運行，切斷非消防電源，發布火災聯動控制指令，聯動功能觸發PA廣播，CCTV電視監視系統等。

當主要系統設備出現重大故障，影響系統的安全運行或危及設備、人身安全時，綜合監控系統自動進入故障模式，樞紐綜合監控室工作站發出進入故障模式的消息，報警體系在樞紐綜合監控室、航站樓、停車場管理室提醒值班員進入故障模式，各有關系統也將協調互動。

2.1 電力監控系統

電力監控系統（PSCADA）主要是實現樞紐內的10 kV開關站、400 V變電所內的主要電氣設備的遙控、遙信、遙測等功能，PSCADA系統網絡結構圖如圖3所示。系統采用IEC104規約和各站點的通信控制器實現通信及實時數據的處理功能。PVSS軟件本身內嵌有電力系統的IEC104規約驅動，開發人員可以通過系統管理界面（SysMgm），選擇IEC 60870 101/104 Driver就可方便快捷地成功配置一個可用的104規約鏈路，即可實現與PSCADA通訊控制器建立通訊連接，完成電力監控的采集控制。

圖3 PSCADA系統網絡結構圖Fig.3 Network structure diagram of PSCADA system

2.2 環境與設備監控系統

環境與設備監控系統（BAS）對樞紐范圍內通風空調系統設備、給排水系統設備、電扶梯系統設備、動力照明系統設備等進行全面、有效地自動化監控及管理，進行程序自動、實時、定時、現場就地監視設備運行狀態，控制開啟和關停，檢測環境參數，調控環境舒適度及節能管理[4]。

BAS監控網分2層布置，第1層為節點級系統網絡，采用工業級以太網，擔負BAS與ISCS的數據交換；第2層為現場設備級網絡，采用PROFIBUS現場總線，擔負BAS控制器與BAS現場設備的數據交換，BAS系統網路結構圖如圖4所示。系統A、B兩端的主、從冗余PLC控制器以及遠程I/O控制箱通過PROFIBUS現場總線通訊，組成BAS底層冗余雙工業控制現場級監控網絡。

圖4 BAS系統網路結構圖Fig.4 Network structure diagram of BAS system

BAS系統按照樞紐的運行模式一般可分為災害運行模式、正常運行模式。在正常情況下又可按照運行時間分為早、中、晚、夜間運行模式，按照運行季節分為過度季節運行模式和空調季節運行模式等。

在正常運行模式下，BAS系統主要負責對樞紐機電設備的自動化監控，按照溫度（季節）模式對樞紐通風空調設備實施節能化管理，根據設置在現場的溫濕度等各類傳感器的測量值，計算判斷現場的環境情況，控制現場機電設備按照相對適當的末端負荷運行，有效地控制現場空調通風、送排風等設備，給乘客提供良好的乘車環境；按照時間模式（早、中、晚、夜間）對樞紐照明進行自動監控，節能管理，還包括日常情況下對給排水系統各類水泵、水位的監視、提供樞紐應急照明電源，對電梯、自動扶梯等設備的狀態、故障監視。

火災時接受FAS系統指令，轉為災害運行模式，配合進行防排煙工作。

2.3 火災自動報警系統

FAS系統功能為監視范圍內的火災災情并報警，聯動控制消防泵、噴淋泵、氣體滅火設備、防火卷簾門、應急照明等。

FAS系統主報警控制器通過RS485通訊接口和BAS主控PLC相連，在火災時將報警信息傳輸給BAS系統，使BAS系統轉為火災模式運行，聯動控制相關設備等。FAS系統主報警控制器和綜合監控系統通過冗余RJ45以太網方式相連，使綜合監控系統能夠獲取到火災報警信號，對火災報警進行確認，同時完成FAS系統到綜合監控系統的集成。當有火災報警信號時，PVSS會自動彈出報警窗口，提示報警位置。

FAS系統對火災報警要求ISCS系統在報警發生時第一時間彈出報警提示窗口，對于普通數量的報警信號進行實時監測和報警對系統資源的消耗有限，但此ISCS系統中包含5400點以上數量的需要實時監測的FAS報警信息的數據點，為了減少系統開銷，根據對FAS報警數據點的分析，采用了“頂層報警下層搜索”的方式來實現報警彈窗提示功能，即使用dp-Connect（）來實時監測頂層（分區報警）報警數據點，當頂層發生報警時，再去輪詢下層（各檢測傳感器）報警數據點，搜索到下層報警后彈出報警提示窗口，報告給用戶具體的報警分區及傳感器等的描述或編號。

2.4 廣播與電視監控系統

PA和CCTV系統通過Modbus TCP協議與PVSS進行通訊。PVSS可以完成對PA系統的查詢和廣播控制等功能；同時實現對CCTV系統的控制及緊急情況下的系統聯動，將PA、CCTV等報警信息在PVSS中顯示。

2.5 網絡監控系統

網絡監控系統是通過PVSS內嵌的SNMP網絡管理協議完成對網絡監控的功能，監視網絡中各個網絡部件的運行狀態以及整個網絡鏈路的狀態信息。對于不支持SNMP的網絡部件，可使用ICMP協議偵測其是否在線。

用戶可以在PVSS中打開相關網絡設備查看其具體運行狀態。

3 結語

交通樞紐安全問題在當前社會發展以及日常運營中顯得尤為突出，對樞紐綜合監控系統也即提出了更新的要求[5]。通過PVSS開發的交通樞紐監控平臺使整個綜合監控系統具有實時性、可靠性、容錯性、在線擴展及在線維護的特點，這些特點滿足了不斷發展變化的監控系統的要求。本文闡述的綜合監控系統已成功應用于天津機場交通樞紐工程中，系統運行穩定可靠。

[1] PVSS在線幫助文檔[Z].德國Siemens公司，2009.

[2] 林廣利，尹貽林.綜合交通樞紐綜合監控系統集成設計研究[J].西安電子科技大學學報：社會科學版，2011（1）：44-48.

[3] 徐杰，賈利民，秦勇，等.城市軌道交通綜合監控平臺系統集成的研究[J].鐵道學報，2007（3）：109-114.

[4] 溫玉君，戴孫放.綜合監控系統在城市軌道交通工程中的應用[J].城市軌道交通研究，2010（9）：7-10.

[5] 王婷婷，汪文功.現代城市軌道交通綜合監控系統的設計理念[J].自動化技術與應用，2010（2）：122-125.