地鐵主控系統及機電設備監控系統接口分析

林立峰

（大連地鐵運營有限公司，遼寧 大連 116000）

之所以會存在地鐵主控系統，關鍵原因是希望通過其將地鐵系統當中各個分散的模塊借助互聯網以及計算機技術進行整合，讓多個原本孤立的模塊可以信息共享、資源互通，提高多方面的資源整合能力，在切實提高自動化水平的基礎上，讓城市軌道交通得以生成快速、高效的信息通道。以此為基礎，地鐵機電設備監控系統的存在，能夠從技術層面切實提高地鐵對各類突發事件的應對能力，特別是今年鄭州特大暴雨所引發的地鐵事故造成社會各界高度關注的情況下，主控系統及機電設備監控系統的分析顯得尤為重要。

1 地鐵主控系統及機電設備監控管理系統的結構及特點

地鐵主控系統即Main Control System，簡稱為“MCS”，是近年來城市軌道交通關聯甚廣的技術性話題，根據實現方案以及設計目標的不同，該系統的結構體系可以做如下劃分。

1.1 以香港機場為代表的地鐵主控系統結構

香港機場的MCS 包括了地鐵運行現場控制系統的所有關鍵環節，能夠實現不同環節數據的現場采集與專業監控管理。[1]從內容來說，香港機場MCS 主要包括操作員站、主控系統服務器、遠程終端單元等接口設備，主要特點集中在以下幾個方面。

首先，香港機場子系統的通信數據不允許通過前端處理器直接進入到MCS 當中，但是和MCS 系統一樣，必須按照一定的通信協議進行工作轉換。從其他角度嘗試將子系統接入到MCS 現場通信網絡的辦法包括：通過遠程終端設備轉化后的數據，以及現場過程控制系統直接送來的通信數據兩種方式。

其次，香港機場MCS 與現場控制系統的接口界面包括就地設備以及現場控制系統。

最后，香港機場MCS 內部以服務器為分界，劃分為2層網絡、3 層服務結構，通過現場通信網絡分離服務器以及現場子系統，借助監控通信網絡聯系MCS 服務器與監控顯示單元。如此可以在MCS 內部最終生成采集、處理以及監控于一體的服務體系。

1.2 傳統地鐵機電設備監控管理系統

系統結構簡述：傳統地鐵機電設備監控管理系統分為監控系統控制中心以及車站管理中心，其中監控系統控制中心屬于主控級（可以劃分為控制中心、車站以及就地三個級別），車站管理中心則為分控級，二者具體的功能如下所示。

1.2.1 監控系統控制中心功能闡釋

首先，要對地鐵運輸線路所涉及的各個車站站點，其內部的通風、排水、照明等設備的運行狀態進行監控；其次，收集各個車站站點的試測溫度、二氧化碳濃度、濕度參數，并對全線的用水量進行全程監測；再次，與中央列車的自動監控系統進行銜接，即使接受地鐵在隧道等位置滯留所釋放的信息；再次，對各個車間設備的運行狀態、運行時間進行記錄；最后，和防災報警系統進行接口，一旦出現災害時，要即刻命令環境控制系統嚴格按照災害控制模式行使報警命令。

1.2.2 車站管理中心功能闡釋

首先，要對車站的照明、透風、空調、給排水等系統進行監控管理，針對其運行狀態及時提供報警措施；其次，需要向控制中心及時傳送設備信息，并執行相應的命令；再次，接收地質災害或其他突發性災害報警，并且緊急啟動防災救治模式；最后，協調整個地鐵站的設備運行，必要時可以委派人工對其進行修整。

1.3 地鐵主控系統的主要特點

正常情況下，地鐵主控系統主要負責各個子系統的調度以及管理，借此對相關業務臺的工作進行合理統籌，對各個設備的運行狀態進行全方位的監控。[2]

1.3.1 阻塞模式中央聯動功能

一旦出現阻塞的情況，可以結合現場施工的實際情況制定相應的緊急處理措施，要協調指揮中心的工作人員及時作出工作決策、有效進行指揮工作。如果地鐵在站臺或者隧道間的運行受到阻礙，此時主控系統會受到來自ATS的信號，隨即自動進入到阻塞模式。此時，大屏幕會同步出現阻塞的消息，告知各個車間的運行管理人員系統已經進入阻塞模式，并在顯示屏上明確標注地鐵的位置、運行方向以及狀態，促使各個地區的子系統以及工作能源能夠及時協調互動、消除阻塞。

1.3.2 荷載模式之下的聯動控制功能

一旦出現火情，需要及時根據地鐵現場的情況制定緊急措施，并對車站的應急措施進行有效的監控管理和及時指揮。當車站以及控制中心接收到突發事件的信息指令時，系統就會自動應變為防災控制和指揮中心，自動切換至全系統災害防治模式。在這樣一種情況下，主控系統可以將列車位置、現場報警信息等進行高度整合，讓各方面工作得到高度協調。[3]

1.3.3 固定模式之下的中央聯動功能

如果系統設備出現故障，直接影響到設備以及人身安全時，主控系統就會進入到相應的故障處理模式，此時大屏幕也會及時進入故障處理模式，各個相關的子系統彼此之間也會進行相應的協調與互動。

2 接口互聯及分析

2.1 系統級接口

系統級接口主要是針對子系統信息產生相應的功能，涉及眾多的子系統。需要有目的性地針對系統結構、功能以及性質進行子系統的整合以及安排，切實解決信息組織結構規范化、存儲結構分布以及信息流動等現實問題。

除此之外，系統級接口還涉及到子系統的權責和義務問題。系統必須把握嚴格的系統接口規范對子系統進行接入，滿足信息集成所需的相關設計要求，及時解決各個子系統之間在分布和信息結構方面的問題，不同結構在系統運行過程中所扮演的角色、具體呈現出的作用等。[4]

2.2 管理級接口

其主要是指系統開發過程中所需要提供支持的各種管理功能，通過多個廠家合作構成的集成系統內部所需的各種軟硬件離不開各個廠家的協同與配合。而且一個具體接口的技術規范出臺之后，各方面也就存在了共同的目標，成功開發管理級接口也就有可能變成現實。為了切實達到監控管理和控制的目的，地鐵主控系統需要和地鐵機電設備監控管理控制系統的接口進行必要的數據交換。地鐵主控系統不僅借助全段處理器獲得互聯系統的數據，而且還可以借助前端處理器將被繼承和互聯的數據、命令進行連接。鑒于目前地鐵主控系統以及機電設備監控系統的發展水平，接口分析可以從主控系統互聯和集成兩個角度來展開。

2.2.1 借助地鐵主控系統的主干網絡和機電設備監控管理系統進行數據關聯和交換

如果僅僅進行數據的交換，那么通信介質的選擇一般是以太網。但是因為傳統以太網的帶寬只有10M，很有可能出現數據阻塞或者丟失的情況，往往需要中間設備來進行實現。但是因為近年來以太網發展的速度比較迅猛，很多帶寬已經達到了100M 以上，再加上IPV6 技術的發展和應用，地鐵主控系統讓機電設備的應用成為現實，其必將成為主流的控制方式。

如此可以讓兩個看似獨立的系統之間擁有銜接的方式，即使獨立的系統出現故障和問題，也不會影響到整體的運行和管理。

2.2.2 將機電設備控制系統作為主控系統的一個被控端

這意味著地鐵主控系統可以直接對機電設備監控系統的設備進行操作管理，此時不同的系統之間大多并不會采用以太網的連接方式，而是設置專門的控制器設備。這樣的操作方式可以讓地鐵主控系統直接對機電設備系統的設備進行監控和控制，能夠有效調度資源，降低管理成本。但是如果地鐵主控系統發生故障，那么機電設備監控系統則很難實現現場控制，而是必須配備相應的后備措施。也就是說，兩個系統之間的關聯性過高，很難實現真正意義上的獨立運行。此時機電設備控制系統可以實現高度集成，讓地鐵主控系統與機電設備監控管理系統之間的連接借助控制器來有所實現。[5]對于地鐵主控系統以及機電設備監控系統的接口，其主要有這樣兩種方式：首先，局域網數據接口，其主要采用RJ45 類接口；其次，串行數據接口，其主要采用RS422 和RS485 類型接口。

3 結論與展望

總而言之，步入新時期，很多城市的地鐵交通建設進入到全新的發展階段，為其構建相應的集中管理和信息共享平臺是一種趨勢，也慢慢發展成為必需品。在技術不斷發展和革新的情況下，可以預見的是未來作用于這一系統當中的技術還會有更為廣闊的發展前景。當下，主控系統已被全面應用于地鐵機電設備監控管理和控制的過程中，相關研究也處在有條不紊的推進過程中，這對于行業的發展產生了一定的促進和推動作用。