地铁自动化集成系统车站群组监控模式探讨

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　　摘要：本文主要对西延工程自动化集成系统车站群组监控的运营经验，对比传统的车站监控模式，介绍了车站群组监控模式的硬件架构和软件架构。
　　关键词：地铁；自动化集成系统；监控模式
　　1、工程概况
　　西延工程线路总长10.488km，全部为地下线；全线共设车站6座，其中换乘站3座，金安桥站与S1线、M11线换乘，苹果园站与1号线、S1线换乘，田村站与3号线、L6线换乘。全线最大站间距为2276.721m，位于廖公庄站与田村站之间，最小站间距为1156m，位于苹果园站与苹果园南路站之间，平均站间距1700.282m（含田村至五路居站）。
　　本工程设计范围为西延工程6座地下车站，同时本工程为北京市科委“地铁机电设备故障监测与智能诊断系统研制及示范应用”（Electromechanical device of subway fault monitoring and Intelligent diagnosis system，简称FIS）科研课题（编号Z131100004113004）的工程示范应用。
　　2、系统设计方案
　　系统主要完成对机电设备故障的智能诊断，并利用软件智能化手段对设备运行、故障信息进行分析，完成更丰富的信息化应用。结合目前地铁运营模式和机电设备维护使用需求，FIS系统按照地铁机电维修管理模式，按照三级监测、两级管理的结构进行设备，三级监测为设备现场级、机电工区级、维修中心级，两级管系统的分级管理主要依靠应用软件平台和网络传输来完成，系统应用软件平台应分层分布式架构，部署灵活，易于扩展，并采用基于Web的技术提供更便捷、开放的功能应用。
　　2.1、系统构成
　　按照目前地鐵运营机电维修的管理模式，FIS系统从结构上分为现场级系统、机电工区级系统和维修中心级系统三个分级，实现三级监测、两级管理的应用分级。三个分级系统通过全线主干网络进行连接。
　　2.1.1、设备现场级系统
　　FIS系统的设备现场级系统位于车站内，主要进行对车站机电设备的运行状态和故障信息进行采集，将信号进行数字化处理，经故障诊断器进行智能分析，再将分析结果和数据信息上传至机电工区系统。FIS现场级系统包含设备传感器、数据采集器、通信接口模块、故障诊断分析器、现场显示屏、网络交换机、电器线缆等。FIS的设备现场级系统在车站两端的环控电控室内设置主机控制柜，用于安装故障诊断器、数据存储器、网络交换设备和电源设备，在机电设备的就地现场以分布、分散形式设置数据采集器和局域网交换机。FIS系统的现场级系统按照被监测的设备类型划分为子单元，每个子单元在物理结构上相对独立，有专用的故障传感器、数据采集器和故障分析器，通过车站局域网络与系统连接，灵活性较强，同时系统易于扩充监测类型。目前FIS的实验性监测设备为大型风机、屏蔽门、自动扶梯，每类设备形成一个监测子单元。
　　设备现场级主要设备如下：以太网交换机：在有主干网络的环控电控室，现场级FIS系统应设置一台三层交换机，主要连接主干网、故障诊断器、局域层等设备。
　　现场级FIS系统局域层配置多台二层交换机，主要连接各数据采集器、故障诊断器，形成现场级FIS系统局域层。交换机数量根据各车站电扶梯、主风机分布情况确认。故障诊断器：现场级FIS系统应配置冗余的故障诊断器，完成现场级FIS系统数据采集和处理工作。冗余故障诊断器应能自动进行切换。每个故障诊断器应通过100Mbps以太网接口与中心以太网交换机连接。故障诊断器应完成现场级FIS系统所有的指令、程序的运行，并完成与风机变频器系统、屏蔽门信号系统的通讯工作。数据采集器：现场级FIS系统中数据采集器完成数据采集功能，将过程原始数据及状态存入故障诊断器，过程原始数据及状态取自状态检测仪表，数据采集器具有独立的报警判断功能。电扶梯数据采集器具备独立的数据接口，可与电扶梯动力箱进行MODBUS通讯，读取电扶梯的电功率相关参数。每个电扶梯配置一个数据采集器，每组主风机（位于车站同一端的主风机）配置一个数据采集器。每个数据采集器配置一个墙挂式数据采集箱，并放置在所监控设备附近。接口设备：每个故障诊断器配置一个接口设备，接口设备可与风机变频器以及屏蔽门的信号单元进行通讯（MODBUS485），接口设备将读取的数据传输至故障诊断器。光纤收发器：区间风井数据采集器处需配置一台光纤收发器。
　　2.1.2、机电工区级系统
　　机电工区是最靠近车站现场设备的维修管理级，本机电工区的管辖范围是6个车站，机电工区内有设备维修人员驻扎，负责管区车站机电设备巡检和维修养护。系统在机电工区内设置显示终端，供维修人员对设备的状态和故障进行查看。机电工区级显示终端工作站作为维修中心级系统的客户端，从维修中心服务器调取数据信息和应用服务，机电工区不设置服务器，由工作站进行数据缓存。工区级FIS系统通过与中心级FIS系统互联，读取中心级FIS系统数据。
　　机电工区级系统主要由监控终端工作站、打印机、网络设备、链接线缆等设备组成。监控终端工作站数量应满足机电维修运营人员岗位设置，目前试验阶段按照3套终端进行配置。
　　2.1.3、维修中心级系统
　　维修中心级系统负责全线设备维修维护信息的管理和应用，利用数据库中设备的各种记录信息，对设备故障维修进行决策支持。维修中心系统应是热备、冗余、开放、可靠、易扩展的计算机系统；中心服务器采用热备冗余方式，故障时主备切换应确保连续的显示及控制功能。维修中心级系统应具备C/S和B/S两种结构、TCP/IP协议；系统通过全线主干网将各现场级的FIS系统信息汇集到监测中心，从而实现各车站的机电设备故障监测与智能诊断功能。维修中心设置一套冗余应用服务器，负责对实时数据的处理和分析，设置一台数据服务器和磁盘阵列，负责历史数据的存储和调用。设置监控工作站供维修中心调度使用。 　　中心FIS系统应配置冗余的应用服务器，完成中心实时数据采集和处理工作。冗余应用服务器应能自动进行切换。每个应用服务器应通过100Mbps以太网接口与中心以太网交换机连接。中心FIS系统应配置数据库服务器，完成中心实时数据的存储和处理工作。数据服务器应通过100Mbps以太网接口与中心以太网交换机连接。数据库服务器应配置磁盘阵列，磁盘阵列满足整个FIS系统数据处理和存储容量的需求。
　　中心FIS系统提供2台机电设备故障监测与智能诊断工作站，通过该工作站可以实时监测机电设备的运行状态图谱，并具有智能诊断功能。工作站设有一高分辨率21寸液晶显示屏，同时配置两台高分辨率的70寸液晶显示屏。
　　由于本系统在西延工程是实验系统，全线在苹果园站只设有一个机电工区，维修中心级无真实物理位置，因此维修中心级系统与机电工区级系统合设在同一机房内，在系统逻辑上进行两个管理级的区分，并用不同监控工作站实现。
　　2.1.4、系统网络方案
　　FIS系统在车站内的设备现场级主要用于连接车站内分布的各种数据采集器，将采集的各种故障信息和设备运行状态信号进行汇总，传输到车站设置的故障诊断器。设备现场级网络采用环形以太网，网络交换机分布在监测设备的现场，连接成单环局域网。车站内现场级局域网络10/100Mbps二层网络工业级交换机组成单环网络，符合IEEE802.3标准，采用TCP/IP协议。交换机配置百兆以太网接口和百兆多模光纤接口。全线主干网络用于维修中心级与工区、车站局域网的互联，该主干层负责承载FIS系统中心级系统与工区级、现场级系统之间的信息互传。系统全线主干网由通信系统提供信道带宽，采用100Mbps以太网端口，带宽速率为20Mbps。由于本系统不是运营生產性系统，现场级脱离全线系统后仍可独立运行，网络恢复后数据可继续上传，因此系统对主干网络的冗余性要求不高，全线6座车站采用单环主干网络，每座车站与主干网连接采用三层交换机。
　　2.2、系统电源方案
　　FIS系统中心级、工区级、现场级系统设备采用一级负荷供电。设备现场级的数据采集设备和传感器从机电设备供电动力箱就地供电，由动力照明专业提供配电回路。车站主控制柜从环控电控室内就地供电，由动力照明专业在环控柜上提供配电回路。机电工区级和维修中心级系统从所在车站环控电控室供电，由动力照明专业在环控柜上提供配电回路。
　　3、系统接口
　　3.1、与自动扶梯的接口
　　1）接口界面及接口类型
　　位于电扶梯机坑内接线箱内配线架外线侧，采用数据线端口。
　　2）接口说明
　　自动扶梯专业：自动扶梯专业按约定好的数据格式，发送扶梯故障代码、传感器信息给FIS系统，并回应FIS对自动扶梯的通信检测。
　　FIS专业：FIS专业按周期采集自动扶梯的故障代码和传感器信息，并对采集信息进行分析处理。
　　3.2、与屏蔽门系统的接口
　　1）接口界面及接口类型
　　位于屏蔽门控制室的屏蔽门控制器接线端子外侧。采用通信接口。
　　2）接口说明
　　屏蔽门专业：屏蔽门专业按约定好的数据格式，发送屏蔽门故障代码、状态信息、开机时间、电机电流曲线、UPS状态信息等给FIS系统。
　　FIS专业：FIS专业按周期采集屏蔽门故障代码、屏蔽门状态信息、屏蔽门开门时间、电机电流曲线、UPS状态信息等，并监视屏蔽门与信号接口状态。FIS对采集数据进行分析处理，做出故障检测指示。
　　3.3、与通风专业的接口
　　接口界面及接口类型：位于风机振动监测传感器信号分配器线端子上，采用硬线接口。位于环控电控制风机变频器/软起动器接线端子上，采用通信接口。
　　通风专业：通风专业风机振动检测系统与FIS系统实现信息传递，将风机振动振动传感器的信息传给FIS专业。并提供FIS器/软起动器的接口，实现故障信号采集。
　　FIS专业：在FIS与车站风机振动监测系统、风机变频器/软起动器之间建立连接，从风机振动监测传感器信号分配器上读取风机振动传感器的信号。实现FIS对风机振动传感器信号的采集。从风机变频器/软起动器上采集风机的故障数据信息。实现FIS对风机故障信号的采集。从风机变频器/软起动器上采集风机的故障数据信息。
　　3.4、与动力照明专业的接口
　　（1）扶梯动力箱
　　动力照明专业在扶梯动力箱内设置扶梯动力负荷的智能型电流表，可以将电流表读书以通信接口上传。本系统通过通信线与电流表链接，接口位置在扶梯动力箱电流表通信接口处。
　　（2）电源
　　动力照明专业在扶梯动力箱和环控柜上为本系统预留了电源端口，可为系统进行供电，接口位置在扶梯动力箱和环控柜电源出线端子上。
　　3.5、与通信传输系统的接口
　　本系统全线主干网络由通信传输系统提供，接口为以太网RJ45接口，接口位置在每站专用通信机房通信传输机柜端子排上，本系统负责将传输线缆引至通信机柜并负责接线，通信系统负责提供接线端子位置和接线要求，并负责现场接线指导，配合网络调试。
　　参考文献
　　[1] 刘丹.地铁综合自动化集成系统分析[J].科技创新与应用，2018（25）：83-84.
　　[2] 舒伟明.地铁综合自动化集成系统方法分析[J].住宅与房地产，2017（30）：220.
　　[3] 朱中圆.地铁综合自动化集成系统方案解析[J].技术与市场，2015，22（08）：108-109.
　　[4] 江伟，袁矿辉.地铁自动化集成系统车站群组监控模式探讨[J].城市轨道交通研究，2014，17（07）：62-65+72.
　　[5] 赵龙.地铁综合自动化集成系统方案解析[J].科技创新与应用，2014（15）：278.
　　（作者单位：北京市地铁运营有限公司）
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