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1  引言

    主控系統(tǒng)（Main Control System，簡(jiǎn)稱為MCS）即綜合監(jiān)控系統(tǒng)，是地鐵各專業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)硬件和軟件平臺(tái)。主控系統(tǒng)改變了原來(lái)地鐵監(jiān)控系統(tǒng)中各專業(yè)分立的多島結(jié)構(gòu)，將各專業(yè)的綜合信息納入同一數(shù)據(jù)庫(kù)，大大提高了自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)突發(fā)事件的綜合應(yīng)變能力，由于各專業(yè)由同一系統(tǒng)平臺(tái)支持，使地鐵的運(yùn)營(yíng)降低了運(yùn)行和維護(hù)成本。
主控系統(tǒng)在國(guó)外城市軌道交通已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。例如：西班牙馬德里地鐵和畢巴爾巴額地鐵、法國(guó)巴黎地鐵14號(hào)線、墨西哥城地鐵B線、韓國(guó)的仁川地鐵、漢城地鐵7號(hào)線和8號(hào)線、新加坡東北線等。香港特別行政區(qū)的將軍澳線和新機(jī)場(chǎng)快線也采用了綜合監(jiān)控系統(tǒng)。

    近年來(lái)，國(guó)內(nèi)軌道交通已開(kāi)始適度采用綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。上海明珠線最早將電力和環(huán)控兩個(gè)專業(yè)集成在一個(gè)平臺(tái)上。2002年，北京城市鐵路13號(hào)線實(shí)施了“供電、環(huán)控和防災(zāi)報(bào)警綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)”。其東直門(mén)站為地下站，集成了3個(gè)機(jī)電主系統(tǒng)，構(gòu)成了真正的綜合監(jiān)控系統(tǒng)。深圳地鐵1號(hào)線的綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成了機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（EMCS）、變電所自動(dòng)化系統(tǒng)（PSCADA）、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)（FAS）共3個(gè)專業(yè)，已于2004年年底開(kāi)通。

    廣州地鐵3、4號(hào)線主控系統(tǒng)是目前國(guó)內(nèi)規(guī)模最大、集成系統(tǒng)最多的綜合監(jiān)控系統(tǒng)。其中3號(hào)線將于2006年6月開(kāi)通，4號(hào)線大學(xué)城專線段將于2005年12月開(kāi)通。

2  項(xiàng)目概況

    廣州市軌道交通4號(hào)線目前設(shè)計(jì)為分三段施工。大學(xué)城專線段工程屬于中間一段，設(shè)置5座地下車站、1座車輛段、1座主變電站、1座4號(hào)線控制中心。近期將向北延伸至黃洲、向南延伸至黃閣，包括4座地面車站和2座地下車站。黃閣延伸段工程計(jì)劃將于2006年12月建成并投入運(yùn)營(yíng)，黃洲延伸段工程計(jì)劃將于2007年12月建成并投入運(yùn)營(yíng)。

    目前實(shí)施的主控系統(tǒng)是基于以上車站規(guī)模設(shè)計(jì)的，并在設(shè)計(jì)中充分考慮了繼續(xù)延伸的軟硬件擴(kuò)展的方便性。

    4號(hào)線主控系統(tǒng)集成的系統(tǒng)包括：PSCADA、FAS、EMCS、屏蔽門(mén)（PSD）、防淹門(mén)（FG）。

    互聯(lián)系統(tǒng)包括：廣播系統(tǒng)（PA）、閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)（CCTV）、車載信息系統(tǒng)（TIS）、車站信息系統(tǒng)（SIS）、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)（AFC）、信號(hào)系統(tǒng)（SIG）、時(shí)鐘系統(tǒng)（CLK）。

3  主控系統(tǒng)構(gòu)成

3.1  系統(tǒng)構(gòu)成原則

    主控系統(tǒng)圍繞行車和行車指揮、防災(zāi)和安全、乘客服務(wù)等展開(kāi)設(shè)計(jì)，以進(jìn)一步提高運(yùn)營(yíng)行車管理的水平。

    主控系統(tǒng)面向的對(duì)象為控制中心的行調(diào)、電調(diào)、環(huán)調(diào)、維調(diào)和總調(diào)（值班主任）及車站的值班站長(zhǎng)、值班員，系統(tǒng)滿足這些崗位的功能要求。

    當(dāng)出現(xiàn)異常情況由正常運(yùn)行模式轉(zhuǎn)為災(zāi)害運(yùn)行模式時(shí)，主控系統(tǒng)能迅速轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)急模式，為防災(zāi)、救援和事故處理的指揮提供方便。

    主控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，易于擴(kuò)展。4號(hào)線主控系統(tǒng)不僅滿足黃洲、黃閣段運(yùn)營(yíng)和管理的需求，還為今后向南、向北延伸以及其他線路的接入，與更高一級(jí)管理系統(tǒng)的連接預(yù)留一定的條件。

3.2  系統(tǒng)構(gòu)成概述

    廣州市軌道交通4號(hào)線主控系統(tǒng)是由設(shè)置于大石和新造控制中心的中央級(jí)主控系統(tǒng)（CMCS），設(shè)置于新造控制中心的軟件測(cè)試平臺(tái)（STP）、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（NMS），設(shè)置于車站的主控系統(tǒng)（SMCS）、車輛段的主控系統(tǒng)（DMCS）和設(shè)置于車輛段的培訓(xùn)管理系統(tǒng)（TMS）等組成。主控系統(tǒng)采用兩級(jí)管理三級(jí)控制的分層分布式結(jié)構(gòu)。兩級(jí)管理分別是中央級(jí)和車站級(jí)，三級(jí)控制分別是中央級(jí)、車站級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)。

    中央級(jí)主控系統(tǒng)包括大石控制中心和新造4號(hào)線控制中心。

    中央級(jí)主控系統(tǒng)通過(guò)全線的主干網(wǎng)絡(luò)將各車站監(jiān)控網(wǎng)的監(jiān)控信息匯集到控制中心從而實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)的綜合監(jiān)控，這些信息包括PSCADA、FAS、EMCS、PSD、FG。為了實(shí)現(xiàn)更大范圍的信息互通，中央級(jí)主控系統(tǒng)還與PA、CCTV、TIS、SIS、AFC、SIG、CLK等系統(tǒng)在中心實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。

    車站級(jí)主控系統(tǒng)包括各車站、車輛段及獨(dú)立的變電所、冷站。通過(guò)車站局域網(wǎng)絡(luò)，將車站的各有關(guān)機(jī)電系統(tǒng)集成在一起，包括PSCADA、FAS、EMCS、PSD、FG等系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)層的接入，與PA和CCTV等系統(tǒng)互聯(lián)，使它們相互協(xié)調(diào)地工作。

    現(xiàn)場(chǎng)級(jí)是由PSCADA、FAS、EMCS、PSD、FG、PA、CCTV、TIS、SIS、AFC、SIG等系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)層設(shè)備組成。這些系統(tǒng)與主控系統(tǒng)的車站級(jí)或中央級(jí)互聯(lián)，起接口轉(zhuǎn)換、信息采集、傳送、匯聚、命令接受、執(zhí)行和反饋?zhàn)饔茫粚儆谥骺叵到y(tǒng)。

3.3  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

(1)  中央級(jí)主控系統(tǒng)

    大石控制中心與新造4號(hào)線控制中心在構(gòu)成層次上均屬于中央級(jí)，整體構(gòu)成上采用Client/Server的結(jié)構(gòu)形式，即4號(hào)線控制中心設(shè)置服務(wù)器、磁盤(pán)陣列、路由器等設(shè)備，大石控制中心不設(shè)服務(wù)器，只設(shè)置遠(yuǎn)程調(diào)度員工作站，各種調(diào)度工作站以局域網(wǎng)的方式直接納入新造4號(hào)線控制中心，共用4號(hào)線控制中心的服務(wù)器。從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上大石控制中心的主控系統(tǒng)只是作為新造4號(hào)線控制中心網(wǎng)絡(luò)的延展。

    新造4號(hào)線控制中心配置2臺(tái)帶路由功能的中央交換機(jī)，通過(guò)交換機(jī)上冗余的1000Mbps網(wǎng)絡(luò)端口，連接中央實(shí)時(shí)服務(wù)器和中央歷史服務(wù)器，形成中央服務(wù)器的局域網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)冗余的100Mbps網(wǎng)絡(luò)端口連接工作站、前端處理器（FEP）、軟件測(cè)試平臺(tái)（STP）、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（NMS）和打印機(jī)等其它設(shè)備構(gòu)成中央的應(yīng)用計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)。再通過(guò)交換機(jī)上1000Mbps的以太網(wǎng)光纖接口與主干網(wǎng)、大石控制中心局域網(wǎng)相連，從而構(gòu)成一個(gè)完整的中央主控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

    CMCS在新造4號(hào)線控制中心配置冗余的實(shí)時(shí)服務(wù)器和歷史服務(wù)器，用于完成對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集和處理及對(duì)歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、記錄和管理。

    CMCS分別在新造4號(hào)線控制中心和大石控制中心配置2套電力調(diào)度員工作站、2套環(huán)境調(diào)度員工作站、2套行車調(diào)度員工作站、2套維修調(diào)度員工作站和1套總調(diào)度員工作站。大石控制中心還配置了兩臺(tái)信息編輯工作站。

    新造中心配置一對(duì)冗余的FEP，負(fù)責(zé)接入子系統(tǒng)的通訊，在中心實(shí)現(xiàn)互聯(lián)的AFC和SIG采用以太網(wǎng)TCP/IP通訊接入控制中心的FEP，其它CCTV、PA、TIS、CLK采用異步串行通訊方式通訊。

    在新造和大石控制中心的主控設(shè)備房各配置1臺(tái)30kVA在線式UPS，供控制中心的MCS設(shè)備使用。

(2)  SMCS和DMCS

    SMCS的主要的服務(wù)對(duì)象是車站值班站長(zhǎng)和值班員。

    SMCS在主控設(shè)備室內(nèi)配置2臺(tái)冗余的實(shí)時(shí)服務(wù)器用于完成各被控點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和處理工作。

    SMCS在主控設(shè)備室內(nèi)配置2臺(tái)以太網(wǎng)交換機(jī)，通過(guò)交換機(jī)上冗余的100Mbps網(wǎng)絡(luò)端口，連接車站服務(wù)器、車站值班站長(zhǎng)工作站、FEP和打印機(jī)等設(shè)備；再通過(guò)交換機(jī)上

    1000Mbps以太網(wǎng)接口與MBN（主控系統(tǒng)骨干網(wǎng)）連接，構(gòu)成一個(gè)完整的車站局域網(wǎng)絡(luò)。

    SMCS配置4臺(tái)FEP，用于管理所有車站被集成和互聯(lián)系統(tǒng)的接口，以實(shí)現(xiàn)各集成或互聯(lián)系統(tǒng)的信息向SMCS的傳輸。同時(shí)MCS也通過(guò)FEP完成發(fā)往被集成和互聯(lián)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和命令。

    車站的主控設(shè)備房配置1臺(tái)15kVA在線式UPS，供本站MCS設(shè)備使用。

    為保證中央級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)或車站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)在災(zāi)害及阻塞等特殊情況下出現(xiàn)癱瘓時(shí)，重要監(jiān)控對(duì)象仍能被控制，并為乘客提供必要的逃生條件，在各車站控制室內(nèi)設(shè)置綜合性的緊急狀態(tài)后備盤(pán)（IBP）。在出現(xiàn)特殊故障時(shí)，實(shí)現(xiàn)后備的手動(dòng)操作與表示功能，保證車站控制室具有緊急后備裝置，以免影響安全。

    IBP為以下控制功能提供后備控制操作，它們包括：SIG的緊急停車、扣車和放行；環(huán)控通風(fēng)排煙系統(tǒng)和消防聯(lián)動(dòng)控制以及阻塞模式下的控制；PSD緊急開(kāi)門(mén)控制；AFC閘機(jī)釋放控制；ACS的釋放；FG控制；扶梯停止控制；同時(shí)還設(shè)置時(shí)鐘顯示、重要系統(tǒng)的報(bào)警音響指示以及指示燈測(cè)試等。

    車輛段主控系統(tǒng)的功能與配置與車站主控系統(tǒng)類似，但沒(méi)有IBP。DMCS的主要的服務(wù)對(duì)象是車輛段的值班人員。

(3)  MBN

    主控系統(tǒng)骨干網(wǎng)用于車站、車輛段等局域網(wǎng)與控制中心局域網(wǎng)之間的互聯(lián)，它是由設(shè)在車站、車輛段、控制中心等地點(diǎn)的交換設(shè)備及交換設(shè)備之間的區(qū)間光纜構(gòu)成。

    各車站、車輛段和控制中心等均作為MBN的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均采用主備冗余的兩套以太網(wǎng)交換機(jī)，所有車站、車輛段、控制中心的MCS設(shè)備都連接到交換機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，再通過(guò)千兆的出口與MBN相聯(lián)，從而將CMCS、SMCS、DMCS等聯(lián)接成為一個(gè)完整的監(jiān)控系統(tǒng)。

    本項(xiàng)目中選擇德國(guó)HIRSCHMANN的MACH系列工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)產(chǎn)品作為MCS骨干網(wǎng)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

(4)  TMS

    在車輛段的主控系統(tǒng)培訓(xùn)室內(nèi)設(shè)置TMS。設(shè)置TMS的目的是使學(xué)員處于模擬仿真的MCS操作環(huán)境，對(duì)學(xué)員進(jìn)行各種MCS的培訓(xùn)操作，包括仿真單點(diǎn)的設(shè)置、遙控、組控、模式控制等功能。TMS系統(tǒng)是獨(dú)立的系統(tǒng)，配置有獨(dú)立的培訓(xùn)系統(tǒng)軟件。

(5)  STP

    在新造4號(hào)線控制中心內(nèi)設(shè)置STP，STP可對(duì)系統(tǒng)軟件的功能進(jìn)行仿真測(cè)試。STP系統(tǒng)主要用于在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行前，配置、測(cè)試和檢驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)和軟件組件。

(6)  NMS

    NMS可對(duì)MCS的全部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行配置、監(jiān)視和控制。這些管理的設(shè)備包括：MCS網(wǎng)絡(luò)上的所有交換機(jī)、所有的服務(wù)器、工作站、FEP、磁盤(pán)陣列、磁帶機(jī)、UPS、大屏幕系統(tǒng)等。

    網(wǎng)絡(luò)管理就是通過(guò)對(duì)上述的各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的節(jié)點(diǎn)、服務(wù)器資源進(jìn)行規(guī)劃、配置、監(jiān)視、分析、擴(kuò)充和控制來(lái)保證計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的有效實(shí)現(xiàn)。

4  系統(tǒng)功能

4.1 通用功能

    主控系統(tǒng)通用功能包括了以下功能，它們是：設(shè)備狀態(tài)和報(bào)警顯示；控制功能；計(jì)算事件；處理優(yōu)先級(jí)；報(bào)警管理；指導(dǎo)/幫助；趨勢(shì)；設(shè)備標(biāo)簽；脫離掃描；手動(dòng)超馳；響應(yīng)程序；時(shí)間表調(diào)度；屏幕拷貝；數(shù)據(jù)記錄；報(bào)告生成；存檔功能；系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)；控制地點(diǎn)顯示；操作員工作站的角色分配；系統(tǒng)安全；通用 MMI功能；I/O處理；打印管理；系統(tǒng)備份/恢復(fù)；決策支持（DSS）。

4.2 系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)功能

    聯(lián)動(dòng)功能即可以在系統(tǒng)之間自動(dòng)激活執(zhí)行，也可以作為一個(gè)控制序列由操作員手動(dòng)執(zhí)行。

    對(duì)操作和時(shí)間有苛刻要求的聯(lián)動(dòng)直接在相關(guān)子系統(tǒng)之間完成，比如電力子系統(tǒng)內(nèi)跳閘連鎖。如果聯(lián)動(dòng)功能由MCS完成更經(jīng)濟(jì)（如可以減少接口）或更易于以后維護(hù)，則由MCS完成。

    主控系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)模式從系統(tǒng)構(gòu)成上可以分為三大類：中央級(jí)聯(lián)動(dòng)模式、車站級(jí)聯(lián)動(dòng)模式以及車輛段聯(lián)動(dòng)模式；從工作方式上可以分為但并不局限于以下幾類：正常模式、災(zāi)害模式、故障模式等。

5  結(jié)論

    地鐵的基本運(yùn)營(yíng)狀態(tài)包括正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)、非正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)和緊急運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。地鐵運(yùn)營(yíng)就是要在這三種狀態(tài)下，保證人和設(shè)備的安全，提高人性化服務(wù)水平，提高地鐵經(jīng)營(yíng)效率。這就要求自動(dòng)化監(jiān)管系統(tǒng)能在上述三種運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下，協(xié)調(diào)各專業(yè)來(lái)達(dá)到目標(biāo)。在控制中心要將行調(diào)、電調(diào)、環(huán)調(diào)、防災(zāi)調(diào)度、維調(diào)和總調(diào)個(gè)工作站信息溝通，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互動(dòng)。在車站車控室，將與站務(wù)和機(jī)電設(shè)備相關(guān)的信息溝通，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互動(dòng)。現(xiàn)代地鐵運(yùn)營(yíng)要求自動(dòng)化系統(tǒng)提供實(shí)現(xiàn)信息互通和資源共享的信息平臺(tái)。主控系統(tǒng)滿足了這種需要，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)營(yíng)管理的現(xiàn)代化和科學(xué)化。