城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)控制權(quán)限移交設(shè)計

趙琛琛 李永紅

(1.南京南瑞集團公司 南京 211106;2.北京城建設(shè)計發(fā)展集團股份有限公司 北京 100037)

城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)控制權(quán)限移交設(shè)計

趙琛琛1李永紅2

(1.南京南瑞集團公司 南京 211106;2.北京城建設(shè)計發(fā)展集團股份有限公司 北京 100037)

結(jié)合多條城市軌道交通線路情況，根據(jù)三級控制結(jié)構(gòu)和操作權(quán)唯一的原則，闡述綜合監(jiān)控系統(tǒng)控制權(quán)限移交的分類和模式，詳細分析對應(yīng)分類和模式下權(quán)限移交實現(xiàn)的方式和過程。以電力監(jiān)控、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)為例，對綜合監(jiān)控深度集成子系統(tǒng)的多級權(quán)限移交進行歸納。

城市軌道交通;綜合監(jiān)控系統(tǒng);控制權(quán)限;移交

城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)(integrated supervision and control system ISCS)是一套分布式系統(tǒng)，系統(tǒng)中節(jié)點地位平等，只要賦予權(quán)限就能在任一節(jié)點進行其權(quán)限對應(yīng)范圍內(nèi)的各種操作。為了保證某個受控對象在同一時間操作的唯一性，保障設(shè)備和人員安全，綜合監(jiān)控系統(tǒng)必須具備對用戶級別和權(quán)限進行定義、管理的功能。通過操作權(quán)唯一的原則和權(quán)限移交的方式，實現(xiàn)控制閉鎖和操作互斥，從而高效協(xié)調(diào)各級操作員在不同位置對系統(tǒng)所轄設(shè)備的有序控制。因此，控制權(quán)限移交設(shè)計是保障綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備安全、有效運作的基礎(chǔ)。

1 移交分類和原則

綜合監(jiān)控系統(tǒng)的權(quán)限移交分為內(nèi)部和外部兩大類。根據(jù)兩級管理、三級控制原則，ISCS主體系統(tǒng)通常由中心級和車站級ISCS構(gòu)成，采用相同的操作系統(tǒng)和監(jiān)控軟件平臺。內(nèi)部權(quán)限移交是指ISCS主體系統(tǒng)內(nèi)部(即中心級和車站級之間)轉(zhuǎn)移操作權(quán)限，判斷權(quán)限位置的標(biāo)志位信息、移交和控制閉鎖機制由ISCS主體軟件實現(xiàn)。

外部權(quán)限移交是指ISCS主體系統(tǒng)與各個接口系統(tǒng)之間的權(quán)限轉(zhuǎn)移，如與環(huán)控維護工作站、變電所監(jiān)控工作站等的權(quán)限轉(zhuǎn)移。判斷權(quán)限位置的標(biāo)志位信息、移交和控制閉鎖機制由接口系統(tǒng)的主控制器/主服務(wù)器與ISCS主體系統(tǒng)配合完成。

每個ISCS集成專業(yè)在系統(tǒng)內(nèi)都配置了默認的權(quán)限所在地，以確保設(shè)備操作權(quán)限，在同一時間僅隸屬于某個系統(tǒng)的某一級調(diào)度員。例如，電力監(jiān)控系統(tǒng)(power supervisory control and data acquisition system，PSCADA)控制權(quán)限默認在中心級ISCS，環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(building automation system，BAS)控制權(quán)限默認在車站級ISCS。集成子系統(tǒng)通常與綜合監(jiān)控中心、車站兩級系統(tǒng)之間構(gòu)成三級權(quán)限移交，如果子系統(tǒng)內(nèi)部存在其他監(jiān)控分級，則可進一步拓展權(quán)限移交層次。

在系統(tǒng)正常或異常情況下，無論權(quán)限移交需求的提出是主動或被動，權(quán)限移交通過以下3種模式進行。

1)手動轉(zhuǎn)移:在ISCS正常運行時，由權(quán)限的源所在地向目標(biāo)所在地發(fā)起權(quán)限移交請求，由目標(biāo)所在地確認接收。

2)強制轉(zhuǎn)移:在ISCS正常運行或緊急情況下，由一方強制收回，無需對方確定。通常，僅中心級具有強制收回權(quán)限。

3)自動轉(zhuǎn)移:當(dāng)接口系統(tǒng)與ISCS通信中斷時，權(quán)限自動移交至子系統(tǒng)側(cè)。例如，PSCADA權(quán)限由中心級ISCS自動轉(zhuǎn)移至變電所監(jiān)控工作站，BAS權(quán)限由車站ISCS自動轉(zhuǎn)移至環(huán)控維護工作站。

2 ISCS主體系統(tǒng)權(quán)限移交

2.1 內(nèi)部權(quán)限移交

具有當(dāng)前控制權(quán)限的車站/中心/子系統(tǒng)均允許發(fā)起手動權(quán)限移交操作，經(jīng)目標(biāo)所在地接收后，完成控制權(quán)移交，權(quán)限所在地標(biāo)識同步更新。

默認控制中心(operating control center，OCC)具有最高控制權(quán)限。在緊急情況下，中心操作員可以不經(jīng)過車站操作員的請求確認，而直接將控制權(quán)限由車站轉(zhuǎn)移到中心。原則上，車站不可以強制收回權(quán)限，但也可根據(jù)功能需求，設(shè)置特殊的用戶類實現(xiàn)。ISCS內(nèi)部權(quán)限移交如圖1所示。

圖1 ISCS內(nèi)部權(quán)限移交

2.1.1 手動請求移交

綜合監(jiān)控系統(tǒng)正常運行時，由權(quán)限所在地向目標(biāo)所在地發(fā)起權(quán)限移交命令，接收地點的人機界面上權(quán)限轉(zhuǎn)移圖標(biāo)閃爍，以提醒操作員有移交請求。在預(yù)設(shè)時間內(nèi)完成權(quán)限接收，則移交成功;如果超出預(yù)設(shè)時間未接收，則移交失敗。

2.1.2 強制移交

強制轉(zhuǎn)移在源所在地和目標(biāo)所在地都可以發(fā)起。在緊急情況下，通常由中心級操作員發(fā)起強制收回。車站原則上不設(shè)置強制收回功能，僅當(dāng)車站與中心通信中斷、同時BAS設(shè)備權(quán)限在中心且車站ISCS操作員需要控制本站BAS設(shè)備時，可設(shè)置特殊的用戶類，由車站強制收回權(quán)限。在該情況下，如果緊急后備控制盤(IBP)可完成車站主要通風(fēng)設(shè)備的控制，則可以取消車站強收功能。

2.2 外部權(quán)限移交

ISCS系統(tǒng)與其他接口系統(tǒng)也可以進行權(quán)限交接，如PSCADA系統(tǒng)、BAS等。通常根據(jù)雙方接口系統(tǒng)的通信協(xié)議，在通信控制器中設(shè)置權(quán)限標(biāo)志位信息點，判斷設(shè)備權(quán)限位置，以實現(xiàn)邏輯控制閉鎖。

ISCS或者接口系統(tǒng)的操作界面(維護工作站或子系統(tǒng)操作終端)均可以進行權(quán)限下發(fā)/權(quán)限收回指令，控制權(quán)限移交除手動、強制模式外，如果子系統(tǒng)與ISCS通信中斷，則權(quán)限自動轉(zhuǎn)移至接口側(cè)。ISCS外部權(quán)限移交如圖2所示。

2.2.1 正常情況下權(quán)限移交

正常通信情況下，通過權(quán)限的下放、接收、強制收回等操作改變標(biāo)志位狀態(tài)，由通信控制器將權(quán)限標(biāo)識信息同時送往ISCS和接口子系統(tǒng)(以下簡稱IS)，以實現(xiàn)ISCS的外部權(quán)限移交。

圖2 ISCS外部權(quán)限移交

標(biāo)識定義如下:LR，單個設(shè)備控制權(quán)限移交操作;LRD，某組設(shè)備或全站設(shè)備控制權(quán)限移交操作;LE，設(shè)備控制權(quán)限標(biāo)志位(0:ISCS，1:IS)。

1)ISCS→IS。由ISCS操作員發(fā)起權(quán)限移交操作，根據(jù)移交范圍，下發(fā)的操作指令會將通信控制器中的LR或LRD標(biāo)志置為1，該數(shù)值在設(shè)定的移交超時時間內(nèi)保持。在此期間，IS接收權(quán)限后，將通信控制器中對應(yīng)移交范圍內(nèi)的設(shè)備LE標(biāo)志置為0。LE發(fā)布至ISCS和IS中，各個系統(tǒng)根據(jù)LE狀態(tài)進行控制閉鎖。

2)IS→ISCS。由IS操作員發(fā)起權(quán)限移交操作，根據(jù)移交范圍，下發(fā)的操作指令將通信控制器中的LR或LRD標(biāo)志置為1，該數(shù)值在設(shè)定的移交超時時間內(nèi)保持。在此期間，ISCS接收權(quán)限后，將通信控制器中對應(yīng)移交范圍內(nèi)的設(shè)備LE標(biāo)志置為0。LE發(fā)布至ISCS和IS中，各個系統(tǒng)根據(jù)LE狀態(tài)進行控制閉鎖。

2.2.2 異常情況下權(quán)限移交

在通信異常的情況下，由接口子系統(tǒng)服務(wù)器/控制器自動完成權(quán)限的轉(zhuǎn)移。同時，在緊急情況下，ISCS或者子系統(tǒng)之間可以互相進行強制權(quán)限轉(zhuǎn)移。

1)ISCS通信中斷。ISCS系統(tǒng)和接口子系統(tǒng)服務(wù)器/控制器的通信中斷時，由子系統(tǒng)向通信控制器發(fā)送ISCS故障標(biāo)志位，同時設(shè)置全站設(shè)備的LE標(biāo)志位為1，即控制權(quán)限移交至子系統(tǒng)側(cè)。通信恢復(fù)后，控制權(quán)限將繼續(xù)保留在IS，直至ISCS操作員進行控制權(quán)限的收回。

2)IS通訊中斷。在IS維護工作站(或操作終端)和其服務(wù)器/控制器的通信中斷時，由子系統(tǒng)向通信控制器發(fā)送IS故障標(biāo)志位，同時設(shè)置全站設(shè)備的LE標(biāo)志位為0。如果原控制權(quán)限在ISCS側(cè)，則繼續(xù)保留;如果原控制權(quán)限在子系統(tǒng)側(cè)，則移交至ISCS。

3)緊急情況。在緊急情況下，ISCS控制中心可以強制收回控制權(quán)限。該操作命令將設(shè)置通信控制器中全站設(shè)備的LE標(biāo)志置為0。在通常情況下，IS不設(shè)置強制收回功能，根據(jù)實際需求，可在接口信息中增加相應(yīng)配置。

3 集成子系統(tǒng)權(quán)限移交

3.1 PSCADA權(quán)限移交

PSCADA采用“中心級ISCS—車站級ISCS(預(yù)留)—變電所”三級權(quán)限移交。控制權(quán)限移交粒度可以按照單個設(shè)備、成組(包括10 kVⅠ段、10 kVⅡ段、750 V 設(shè)備、400 VⅠ段、400 VⅡ段)和全站劃分。在ISCS與PSCADA的權(quán)限移交中，PSCADA的默認控制權(quán)限在控制中心。

1)在控制中心，具有權(quán)限的操作員允許手動將控制權(quán)下發(fā)到車站或變電所。其操作步驟為:由控制中心操作員發(fā)起，目的地人員進行確認。

2)在控制中心，具有權(quán)限的操作員允許強制收回已經(jīng)下發(fā)到車站或變電所的控制權(quán)。其操作步驟為:控制中心操作員執(zhí)行強制收回，無需對端確認。

3)在車站，具有權(quán)限的操作員允許手動將控制權(quán)交還控制中心或下發(fā)變電所。其操作步驟為:由車站操作員發(fā)起，對應(yīng)的目的地操作人員進行確認。該移交操作需要視車站級ISCS是否具有電力控制權(quán)限而定。

4)在變電所，具有權(quán)限的操作員允許手動將控制權(quán)交還控制中心或車站。其操作步驟為:由變電所操作員發(fā)起，向ISCS進行權(quán)限移交。

5)當(dāng)車站ISCS和PSCADA通信控制器通信正常但車站ISCS和中心ISCS通信故障時，內(nèi)部權(quán)限下放至車站，并發(fā)布至PSCADA通信控制器。該移交操作需要視車站級ISCS是否具有電力控制權(quán)限而定。

6)當(dāng)PSCADA通信控制器與ISCS通信中斷后，自動在其通信控制器內(nèi)置位，將控制權(quán)限移交到子系統(tǒng)內(nèi)。ISCS保持當(dāng)前的內(nèi)部權(quán)限位置(中心或車站)，而外部權(quán)限標(biāo)志在通信恢復(fù)后將被更新為“權(quán)限在PSCADA側(cè)”。通信中斷期間，ISCS側(cè)不能發(fā)起控制。

控制權(quán)移交流程如圖3所示。

3.2 BAS權(quán)限移交

3.2.1 BAS-ISCS 權(quán)限移交

圖3 PSCADA權(quán)限移交流程

BAS與 ISCS之間采用“中心級 ISCS—車站級ISCS—車站BAS維護工作站”三級權(quán)限移交。BAS控制權(quán)限移交粒度按組(包括通風(fēng)空調(diào)、低壓照明、水系統(tǒng)和電扶梯)為單位來進行設(shè)置。組的細化程度可在不影響功能正常實現(xiàn)的前提下自由調(diào)節(jié)，如通風(fēng)空調(diào)組可拆分為A/B端的大/小系統(tǒng)等。考慮到單個設(shè)備手動移交可能導(dǎo)致時間表、模式控制的執(zhí)行失敗，因此BAS不設(shè)置單設(shè)備的手動移交功能。

在ISCS與BAS之間的權(quán)限移交中，BAS的默認控制權(quán)限在車站ISCS工作站。

1)在車控室ISCS工作站上，具有權(quán)限的操作員允許手動將控制權(quán)移交給控制中心或下發(fā)至BAS維護工作站。其操作步驟為:車站操作員發(fā)起，目的地人員確認。

2)在控制中心，具有權(quán)限的操作員允許手動將控制權(quán)交還給車站ISCS，或下發(fā)給BAS維護工作站。其操作步驟為:控制中心操作員發(fā)起，目的地人員確認。

3)在控制中心，具有權(quán)限的操作員允許強制收回車站ISCS或BAS維護工作站控制權(quán)。其操作步驟為:控制中心操作員執(zhí)行強制收回，無需對端確認。

4)在BAS維護工作站，具有權(quán)限的操作員允許手動將控制權(quán)交還控制中心或車站ISCS。其操作步驟為:由環(huán)控維護人員發(fā)起，向ISCS進行權(quán)限移交，ISCS內(nèi)部權(quán)限位置即為對應(yīng)的移交目的地。

5)當(dāng)BAS-PLC與ISCS通信中斷后，自動在PLC內(nèi)部置位，將控制權(quán)限移交到子系統(tǒng)內(nèi)。ISCS保持當(dāng)前的內(nèi)部權(quán)限位置(中心或車站)，而外部權(quán)限位置在通信恢復(fù)后將被更新為“權(quán)限在BAS側(cè)”。通信中斷期間，ISCS側(cè)不能發(fā)起控制。

控制權(quán)移交流程如圖4所示。

圖4 BAS權(quán)限移交流程

3.2.2 BAS 內(nèi)部權(quán)限移交

以地下站為例，BAS系統(tǒng)的軟件按功能結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 BAS軟件結(jié)構(gòu)

BAS維護工作站及維護終端(觸摸屏)作為BAS維護設(shè)備，為車站ISCS工作站的后備手段，可以在脫離車站ISCS的干預(yù)下實現(xiàn)對整站設(shè)備的單操、模式控制。維護工作站針對整站設(shè)備，維護終端只針對車站B端的現(xiàn)場設(shè)備。因而，BAS內(nèi)部存在兩級權(quán)限移交，通過在BAS維護工作站和維護終端之間設(shè)置一個內(nèi)部信息點，用以定義BAS側(cè)內(nèi)部的權(quán)限位置，默認情況下為維護工作站。

當(dāng)權(quán)限在BAS維護工作站時，可以向車站ISCS工作站或B端觸摸屏移交權(quán)限，經(jīng)目的地人員確認后，完成移交。在緊急情況下，車站ISCS工作站可強制收回控制權(quán)限，維護工作站無需主動請求，僅做相關(guān)信息的提示。

控制權(quán)限在觸摸屏維護終端時，可向BAS維護工作站移交權(quán)限，經(jīng)目的地人員確認后完成移交。在緊急情況下，維護工作站可強制收回控制權(quán)限，維護終端無需主動請求，僅做相關(guān)信息的提示。

4 結(jié)語

隨著城市化進程的推進，以及擴大內(nèi)需和發(fā)展低碳經(jīng)濟的需要，城市軌道交通憑借其運量大、速度快、安全、準(zhǔn)點、環(huán)保、節(jié)能等特點，已成為實現(xiàn)城市交通可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。綜合監(jiān)控系統(tǒng)憑借統(tǒng)一的軟硬件平臺，可實現(xiàn)最大化的信息互通、資源共享，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。由于各級各類操作員體系龐大，且監(jiān)控范圍不可避免地存在交叉，因此不同操作員在多個位置均能對某個受控對象進行控制操作。如果不進行管理，可能會造成人為操作事故，影響線路運營。因此，權(quán)限移交功能是從技術(shù)層面、管理角度保障系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備安全可靠運行的基礎(chǔ)，通過移交分類、原則和設(shè)計方案，總結(jié)了國內(nèi)多條地鐵線路的實施經(jīng)驗，可在今后的工程設(shè)計實施中加以借鑒。

［1］GB 50157—2003地鐵設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2003.

［2］GB 50636—2010城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2010.

［3］魏曉東.城市軌道交通自動化系統(tǒng)與技術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2004.

［4］北京地鐵5號線綜合監(jiān)控系統(tǒng)招標(biāo)文件［G］.北京，2005.

［5］北京軌道交通房山線綜合監(jiān)控系統(tǒng)招標(biāo)文件［G］.北京，2008.

［6］北京地鐵9號線綜合監(jiān)控系統(tǒng)招標(biāo)文件［G］.北京，2009.

Design of Control Authority Transfer of Integrated Supervision and Control System in Urban Rail Transportation

Zhao Chenchen1Li Yonghong2
(1.NARI Group Corporation，Nanjing 211106;2.Beijing Urban Construction Design＆ Development Group Co.，Ltd.，Beijing 100037)

Abstract:Based on the applications in several rail transit lines，the classification and pattern of control authority transfer of Integrated Supervision and Control System(ISCS)is summarized according to the principle of three-level control structures and uniqueness of operation right.Furthermore，the method and process of realization of control authority transfer of each classification are analyzed in detail.The multistage transfer of control authority of the integration system of ISCS，such as power supervisory control and data acquisition system，building automation system，are concluded.

Key words:urban rail transit;Integrated Supervision and Control System(ISCS);control authority;transfer

U231.8

A

1672-6073(2014)01-0104-04

10.3969/j.issn.1672-6073.2014.01.025

收稿日期:2013-04-25

2013-05-31

作者簡介:趙琛琛，女，碩士研究生，工程師，項目經(jīng)理，從事軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)研究和工程實施，cc.z@163.com

(編輯:郭 潔)