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地铁综合监控系统接入方式探讨

发表时间：2020/8/4 来源：《基层建设》2020年第11期作者：吴志勇

[导读] 摘要：综合监控系统是一个高度集成的综合自动化监控系统，实现相关各个子系统之间的信息共享和协调互动功能，通过综合监控系统的统一用户界面，使运营管理人员能够高效地监控管理各个专业设备，保障地铁的正常运营。

        广州地铁集团有限公司运营事业总部广东广州 510320
        摘要：综合监控系统是一个高度集成的综合自动化监控系统，实现相关各个子系统之间的信息共享和协调互动功能，通过综合监控系统的统一用户界面，使运营管理人员能够高效地监控管理各个专业设备，保障地铁的正常运营。
        关键词：地铁车站；综合监控系统；接入方式
        广州地铁综合监控系统的子系统主要是电力监控系统（PSCADA）、环境与设备监控系统（BAS）、火灾自动报警系统（FAS）、屏蔽门（PSD）、防淹门（FG）、广播系统（PA）、闭路电视系统（CCTV）、乘客信息系统（PIS）、信号系统（SIG）及自动售检票系统（AFC）。
        一、系统结构
        综合监控系统为了满足两级制监控和调度指挥的需求，采用两级管理三级控制的分层分布式结构。两级管理分别是中央级管理和车站级管理，三级控制分别是中央级控制、车站级控制和现场级控制。

        图1 综合监控系统及其接入系统层次划分示意图
        其中综合监控系统通过对车站各相关专业系统集成和互联，实现信息互通和协调互动。
        综合监控系统集成：综合监控系统取代了各接入子系统的监控层系统，各子系统的数据处理、监控功能、人机界面均通过综合监控系统完成，各集成的相关系统完全依赖综合监控系统实现各项监控和操作功能。
        综合监控系统互联：是指综合监控系统与各子系统之间存在数据交换但其数据处理相对独立，被互联子系统具有独立的传输网络，是独立系统。综合监控系统与它们在不同的监控级别存在接口，与它们交换必要的信息，实现联动等功能，互联系统能脱离综合监控系统独立运行。
        二、系统集成模式
        （一）独立的系统集成模式。该模式保证子系统独立运行，不会因为集成平台出现的问题而受影响。系统数据独立传输，不影响数据通道的带宽，是一种风险较小的集成方式。
        （二）完全集成模式。该模式可提高综合监控系统的集成度，使综合监控系统和各子系统能紧密有机地结合在一起协调工作，运营管理人员只需通过统一的工作操作平台就可实现多个子系统原有的上位机监控功能。
        三、系统接入方式及特点
        目前国内轨道交通自动化系统发展的技术水平逐渐提高，根据系统接入方式的不同，主要可分为三种方式，分别是前置处理器FEP隔离方式、网络交换机无缝接入方式、混合式接入方式。
        （一）前置处理器FEP隔离方式
        综合监控系统通过FEP（前置处理器）与电力监控系统（PSCADA）、环境与设备监控系统（BAS）、火灾报警系统（FAS）、屏蔽门（PSD）、防淹门（FG）、广播系统（PA）、视频监视系统（CCTV）、乘客信息系统（PIS）、信号系统（SIG）、自动售检票系统（AFC）、门禁系统（ACS）和时钟系统（CLK）数据交换。广州地铁三号线和四号线主控系统（即综合监控系统）皆采用前置处理器FEP隔离式接入方式。前置处理器FEP隔离式接入方式示意图如下图所示。

        图2 前置处理器FEP隔离式接入方式示意图
        此方式将各个子系统通过FEP接入进综合监控系统。FEP采用嵌入式操作系统，并进行冗余配置。此种接入方式其实质就是将各子系统的上下位机结构拆分成为两个独立部分。其优点就是在各站点将原来分立的各集成子系统分为两部分，上位机监控部分功能由综合监控系统来完成，下位控制器部分功能由各集成子系统完成，建立在此结构上的综合监控系统通过FEP来实现与各接入系统的数据通信和信息隔离。缺点是系统划分方式将导致综合监控系统独享上层的网络资源，并且FEP突发故障状态时，影响其它子系统的监控。
        （二）网络交换机无缝接入方式
        此方式是综合监控系统在一个统一的平台上直接集成，通过交换机实现与电力监控系统（PSCADA）、环境与设备监控系统（BAS）、火灾报警系统（FAS）、屏蔽门（PSD）、防淹门（FG）、广播系统（PA）、视频监视系统（CCTV）、乘客信息系统（PIS）、信号系统（SIG）、自动售检票系统（AFC）、门禁系统（ACS）和时钟系统（CLK）的数据通信，服务器实现数据全部的格式转换。各集成和互联系统均通过以太网口直接接入综合监控系统局域网。网络交换机无缝接入方式示意图如下图所示。

        图3 网络交换机无缝接入方式
        此方式各个子系统接口均采用以太网接口。接入综合监控系统时，各个子系统直接接入车站综合监控系统交换机，由服务器提供后台通信协议转换。其优点就是在各站点将原来分立的各集成子系统分为两部分，上位机监控部分功能由综合监控系统来完成，下位控制器部分功能由各集成子系统完成，建立在此结构上的综合监控系统通过交换机来实现与各接入系统的数据通信，所有信息直接传送到综合监控系统的车站服务器，由服务器实现数据隔离和通信协议转换。这样的系统接入方式使得各系统都能享用综合监控系统网络资源。缺点是这种接入方式使得所有接入系统均通过车站服务器进行大量协议转换和数据隔离的工作，对服务器的性能要求较高，及设备连接线路工艺要求较高。
        （三）混合式接入方式
        此方式是综合监控系统通过交换机实现与电力监控系统（PSCADA）、信号系统（SIG）、环境与设备监控系统（BAS）、火灾报警系统（FAS）、屏蔽门（PSD）、防淹门（FG）等集成系统通信，集成系统共享网络资源。综合监控系统也通过FEP与广播系统（PA）、视频监视系统（CCTV）、乘客信息系统（PIS）、自动售检票系统（AFC）、门禁系统（ACS）和时钟系统（CLK）的进行互联。混合式接入方式总体构架如下图所示。

        图4 混合式接入方式
        此方式各个子系统接口均采用以太网接口，接入综合监控系统时，各系统直接接入车站综合监控系统交换机。同时，在车站综合监控系统网中仍设置FEP设备。由FEP设备负责通信处理，完成数据分类、重新打包的功能。优点是采用独立系统集成模式的综合监控系统在接入方式上也进行优化，多个控制层设备（例如BAS控制器、FAS控制器等）皆可直接连接到综合监控系统的站级局域网络上，互联系统接入FEP中。这方式简化网络层次的同时还满足相关子系统设备异地通信和远程访问等功能需求。
        结论
        综合以上所述分析，混合式接入方式结合了前置处理器FEP隔离方式、网络交换机无缝接入方式的优点，使设备运行更加稳定，方便维护，有效的降低了成本。因此，采用混合式接入方式作为目前各系统接入综合监控系统的最佳方式。
        参考文献
        1.《地铁设计规范》GB50157-2013
        2.《轨道交通综合监控系统的设计》