地铁综合监控系统(ISCS)的组成以及子系统PACADA的组网方案探究

[摘 要]综合监控系统为地铁车站提供了一个集中操作、运营管理的平台。信息技术的发展推动着地铁综合监控系统（ISCS）的不断改进，PSCSDA（电力监控）作为承担地铁供电系统监控任务的一个综合监控子系统，对它的安全可靠性要求与对电力系统保障供电的要求相近。PSCADA系统须连续稳定运行这一特点，要求我们在优化施工方案的过程中，遵循行业特点，从实际出发遵循渐进地稳步推进。本文结合地铁的供电建设，探讨了施工过程中综合监控系统的发展、组成，以及对变电所PSCADA方案优化以及应注意的问题。文章素材来源于工程实施中遇到的问题。

[关键词]综合监控系统、PSCADA、方案优化

中图分类号：U231+.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0363-02

以前国内地铁各机电系统一般是分立设置，独立管理，存在系统资源共享困难，不利于维护管理等缺点。随着自动化技术的发展，越来越多的地铁线路开始考虑和实施综合监控系统；通过综合监控系统统一的软硬件平台，实现资源共享、互联互通、设备集中管理和维护，以及对子系统故障的监测，并为紧急情况下事件的处理提供全面而及时的信息和控制能力，提高地铁整体运营调度管理水平。

早期地铁车站控制室的各系统都有自己的管理工作站，一般包括常规机电设备监控系统、信号系统、自动售检票系统、门禁系统、旅客信息系统（PIS）、防灾报警系统、广播系统（PA）等的工作站。而一般的地铁车站通常只设置2名车站值班人员，要负责监管如此多的机电设备，需要不断在各系统工作站的液晶显示（LCD）间切换，工作强度大。为了方便运营的集中操作，产生了地铁综合监控系统的运用需求。地铁综合监控系统采用集成和互联的体系结构通常，采用集成的子系统主要有：电力监控系统（PSCADA），环境与设备监控系统（BAS），火灾报警系统（FAS），屏蔽门（PSD）或安全门（SD）系统，门禁系统（ACS）；采用互联的子系统主要有：信号（SIG）系统，自动售检票（AFC）系统，闭路电视（CCTV）系统，广播（PA）系统，PIS，车载信息与安全防灾系统，无线通信系统，时钟（CLK）系统。

ISCS系统主要由中央综合监控系统、车站综合监控系统（包括综合后备盘）及综合监控骨干网等组成。

1 中央综合监控系统

中央综合监控系统由中央监控网络、运营控制中心（OCC）冗余实时服务器、冗余历史服务器、磁盘阵列、磁带记录装置、各类操作员工作站（总调工作站、电调工作站、环调工作站、维调工作站）、冗余的互联系统的网关装置（FEP前端处理器或通信控制器）、不间断电源、打印机、网络管理系统（NMS）、大屏幕系统（OPS）等组成，用于监视全线各车站（包括车辆段）的各个子系统的运行状态，完成中央级的操作控制功能。地铁综合监控系统在中央监控中心设立中央级监控网络管理工作站。中央级监控网络的核心是冗余配置的以太网交换机。

2 车站综合监控系统

车站级监控系统与车辆段监控系统分别位于车站、车辆段。车站综合监控系统由车站监控网络、车站服务器、车站（或车辆段）操作员工作站、前端处理器、双屏值班站长操作站、双屏值班员操作站、车站互联系统的网关装置（FEP）、打印机、综合后备盘（IBP）等组成，用于监视车站各子系统的运行状态，完成车站级的操作控制功能。

3 综合监控骨干网

通信骨干网是连接车站级监控系统和中央级监控系统的主干传输通道，它将中央级监控系统、车站级监控系统和车辆段监控系统连接为一有机整体。早期国内地铁监控网络大多基于同步数字分级（SDH）或异步传输模式（ATM）通信方式。而今随着通讯技术的发展，大多采用单独光纤通道组建综合监控系统骨干网，即开放式传输网（OTN）通信方式。

4 综合后备盘

车站车控室设置综合后备盘（IBP），实现紧急情况下（灾害及阻塞）相关重要设备的后备控制功能。根据不同站设备配置和车控室布置不同，宜采用一站一设计构思。每个车站控制室IBP柜、工作台的形状尺寸都应根据房间尺寸专门定制，控制室不仅要有高效的车站控制功能，而且在整体美观方面也有很高的标准。

在城市轨道交通综合监控系统中，电力监控系统作为一个深度集成的子系统已经在业内广泛应用。电力监控系统的中央级（主控级）通常布置于控制指挥中心，车站变电所内电力监控系统（PSCADA系统）在车站就地组建。PSCADA系统向上接入车站级综合监控系统局域网，向下与变电所内综合自动化隔层设备接口，它与中央级（主控级）的通信通道和综合监控系统其它子系统共用。PSCADA系统的技术方案对确保地铁综合监控系统的整体可靠性至关重要。

随着信息技术的发展，PSCADA系统的技术方案在不断的寻求进步和完善。良好的组网方式及设备选型对PSCADA系统的安全可靠提高十分关键。下面针对工程实施中遇到的问题，对以前的技术方案和现在的技术方案进行了比较。

以前接触到的PSCADA方案有三种，分别是分布式双以太网结构、集中式双以太网结构、单网单主机结构。

1.双以太网结构

此结构中协议转换单元分散安装在不同的变电所设备机房内，分布于地铁车站变电所控制室内的通信控制屏、变电所400V低压配电室（两个）、变电所高压开关柜内。为便于供电专业维护人员在车站巡检与作业，设置一套本地监控机，它负责对本车站变电所的监控，提供本站PSCADA系统人机界面，不与车站局域网及地铁指挥中心（OCC）主站进行数据交换。

本方案实现了PSCADA系统通信层得双以太亢余，当交换机或通信信道出现单点故障时，能够避免系统通信长时间中断。但本方案存在如下问题：协议转换单元不能全部集中在控制室内，PSCADA专业的维护人员须进入高压室进行设备检修与维护，对人身安全及设备系统构成威胁，协议转换单元较多且分布过于分散，不仅给PSCADA专业设备巡检工作带来不便，也提高了成本，且地下设备安装空间十分有限，上述网络结构及设备配置存在诸多问题。

2.集中式双以太网结构

此方案沿用了通信层双以太网亢余的构架，只是将第一种方案中的几台协议转换单元的信息处理功能由两台亢余的主机自主独立地完成，两台主机一主一备，主机之间通过跳线完成连接，平时主机处理相关业务，备机处于热备状态。当侦测到主机发生故障不能正常工作时，备机可以接管相关业务。任意一台主机均可完成全站数据的采集（包括协议转换功能）与网络中的上层设备进行数据交互。方案中两台主机通过硬件切换共享一套显示器、鼠标及键盘。

但由于采用光纤介质，通信控制屏的光电转换装置与光纤转串口的装置数量会比较多，会是屏内设备安装与布线拥挤，不便于运营维护，光纤敷设数量多于其他方案。

3.单网单主机结构

以前地铁PSCADA系统曾采用这种组网结构，它有简洁实用的优点，想节省光纤的敷设数量，可将众多的串行接口接到一台串口服务器上，在由一根光纤送到通信控制屏主机上，串口通信卡（NPORT）故障率一般很低，尺寸小，所以把它安装与高压柜的二次小柜内。但监控网络规模扩大后，传输时时钟延迟必然加大，且众多信息通过中央路由器时可能会产生拥塞，影响实时性要求严格的故障诊断信息传输（如电力系统监控和数据采集（PSCADA）等），严重的话还会造成数据报文的丢失，影响监控中心做出正确及时的决策。

本方案相对于第二种方案比较，虽然光纤布置数量比第二种方案少，但是本方案有单主机的缺点，在主机发生故障时，无法继续工作，会使运营及检修产生很大的麻烦，风险较大。

通过近些年PSCADA的发展，地铁的PSCADA组网方案采用的是10KV、400V为分段系统、750V为双网系统，附属系统为单网系统，集以上三种方案的优点于一身，既有双机双网的安全保障，还有单机的安装空间等。具体的网络拓补图如下：

10KV、400V为分段系统、750V为双网系统附属系统为单网系统

综合分析，现用PSCADA系统组网方案，无论是从技术角度还是从管理维护角度分析，现行方案为最优方案，可以保证整个PSCADA系统的稳定。

本文介绍了综合监控系统的组成及子系统PACADA系统的组网方式的选择，反映了综合监控系统对于各个子系统组网方案的选择有着很高的要求，并根据指标来进行相关的设备选型和采取相应的技术亢余手段，对于及时消除安全隐患、保证综合监控系统正常安全运行有着重要的意义。

参考文献

[1] GB 50157―2003地铁设计规范[S]

[2] 彭辉，周文华等，城市轨道交通智能综合监控系统设计[J].铁道工程学报，2006（1）：15.

[3] 张文涧，对地铁车站级PSCADA系统技术方案的比较分析[J].技术纵横，2009（10）