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1  引言

    主控系統（Main Control System，簡稱為MCS）即綜合監控系統，是地鐵各專業自動化系統統一的計算機硬件和軟件平臺。主控系統改變了原來地鐵監控系統中各專業分立的多島結構，將各專業的綜合信息納入同一數據庫，大大提高了自動化系統對突發事件的綜合應變能力，由于各專業由同一系統平臺支持，使地鐵的運營降低了運行和維護成本。
主控系統在國外城市軌道交通已經得到了廣泛應用。例如：西班牙馬德里地鐵和畢巴爾巴額地鐵、法國巴黎地鐵14號線、墨西哥城地鐵B線、韓國的仁川地鐵、漢城地鐵7號線和8號線、新加坡東北線等。香港特別行政區的將軍澳線和新機場快線也采用了綜合監控系統。

    近年來，國內軌道交通已開始適度采用綜合自動化監控系統。上海明珠線最早將電力和環控兩個專業集成在一個平臺上。2002年，北京城市鐵路13號線實施了“供電、環控和防災報警綜合自動化監控系統”。其東直門站為地下站，集成了3個機電主系統，構成了真正的綜合監控系統。深圳地鐵1號線的綜合監控系統集成了機電設備監控系統（EMCS）、變電所自動化系統（PSCADA）、火災自動報警系統（FAS）共3個專業，已于2004年年底開通。

    廣州地鐵3、4號線主控系統是目前國內規模最大、集成系統最多的綜合監控系統。其中3號線將于2006年6月開通，4號線大學城專線段將于2005年12月開通。

2  項目概況

    廣州市軌道交通4號線目前設計為分三段施工。大學城專線段工程屬于中間一段，設置5座地下車站、1座車輛段、1座主變電站、1座4號線控制中心。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。黃閣延伸段工程計劃將于2006年12月建成并投入運營，黃洲延伸段工程計劃將于2007年12月建成并投入運營。

    目前實施的主控系統是基于以上車站規模設計的，并在設計中充分考慮了繼續延伸的軟硬件擴展的方便性。

    4號線主控系統集成的系統包括：PSCADA、FAS、EMCS、屏蔽門（PSD）、防淹門（FG）。

    互聯系統包括：廣播系統（PA）、閉路電視監視系統（CCTV）、車載信息系統（TIS）、車站信息系統（SIS）、自動售檢票系統（AFC）、信號系統（SIG）、時鐘系統（CLK）。

3  主控系統構成

3.1  系統構成原則

    主控系統圍繞行車和行車指揮、防災和安全、乘客服務等展開設計，以進一步提高運營行車管理的水平。

    主控系統面向的對象為控制中心的行調、電調、環調、維調和總調（值班主任）及車站的值班站長、值班員，系統滿足這些崗位的功能要求。

    當出現異常情況由正常運行模式轉為災害運行模式時，主控系統能迅速轉變為應急模式，為防災、救援和事故處理的指揮提供方便。

    主控系統采用模塊化設計，易于擴展。4號線主控系統不僅滿足黃洲、黃閣段運營和管理的需求，還為今后向南、向北延伸以及其他線路的接入，與更高一級管理系統的連接預留一定的條件。

3.2  系統構成概述

    廣州市軌道交通4號線主控系統是由設置于大石和新造控制中心的中央級主控系統（CMCS），設置于新造控制中心的軟件測試平臺（STP）、網絡管理系統（NMS），設置于車站的主控系統（SMCS）、車輛段的主控系統（DMCS）和設置于車輛段的培訓管理系統（TMS）等組成。主控系統采用兩級管理三級控制的分層分布式結構。兩級管理分別是中央級和車站級，三級控制分別是中央級、車站級和現場級。

    中央級主控系統包括大石控制中心和新造4號線控制中心。

    中央級主控系統通過全線的主干網絡將各車站監控網的監控信息匯集到控制中心從而實現多系統的綜合監控，這些信息包括PSCADA、FAS、EMCS、PSD、FG。為了實現更大范圍的信息互通，中央級主控系統還與PA、CCTV、TIS、SIS、AFC、SIG、CLK等系統在中心實現互聯。

    車站級主控系統包括各車站、車輛段及獨立的變電所、冷站。通過車站局域網絡，將車站的各有關機電系統集成在一起，包括PSCADA、FAS、EMCS、PSD、FG等系統現場層的接入，與PA和CCTV等系統互聯，使它們相互協調地工作。

    現場級是由PSCADA、FAS、EMCS、PSD、FG、PA、CCTV、TIS、SIS、AFC、SIG等系統的現場層設備組成。這些系統與主控系統的車站級或中央級互聯，起接口轉換、信息采集、傳送、匯聚、命令接受、執行和反饋作用，不屬于主控系統。

3.3  系統結構

(1)  中央級主控系統

    大石控制中心與新造4號線控制中心在構成層次上均屬于中央級，整體構成上采用Client/Server的結構形式，即4號線控制中心設置服務器、磁盤陣列、路由器等設備，大石控制中心不設服務器，只設置遠程調度員工作站，各種調度工作站以局域網的方式直接納入新造4號線控制中心，共用4號線控制中心的服務器。從網絡結構上大石控制中心的主控系統只是作為新造4號線控制中心網絡的延展。

    新造4號線控制中心配置2臺帶路由功能的中央交換機，通過交換機上冗余的1000Mbps網絡端口，連接中央實時服務器和中央歷史服務器，形成中央服務器的局域網絡。通過冗余的100Mbps網絡端口連接工作站、前端處理器（FEP）、軟件測試平臺（STP）、網絡管理系統（NMS）和打印機等其它設備構成中央的應用計算機局域網絡。再通過交換機上1000Mbps的以太網光纖接口與主干網、大石控制中心局域網相連，從而構成一個完整的中央主控系統網絡結構。

    CMCS在新造4號線控制中心配置冗余的實時服務器和歷史服務器，用于完成對實時數據的采集和處理及對歷史數據的存儲、記錄和管理。

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

    新造中心配置一對冗余的FEP，負責接入子系統的通訊，在中心實現互聯的AFC和SIG采用以太網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備房各配置1臺30kVA在線式UPS，供控制中心的MCS設備使用。

(2)  SMCS和DMCS

    SMCS的主要的服務對象是車站值班站長和值班員。

    SMCS在主控設備室內配置2臺冗余的實時服務器用于完成各被控點的數據采集和處理工作。

    SMCS在主控設備室內配置2臺以太網交換機，通過交換機上冗余的100Mbps網絡端口，連接車站服務器、車站值班站長工作站、FEP和打印機等設備；再通過交換機上

    1000Mbps以太網接口與MBN（主控系統骨干網）連接，構成一個完整的車站局域網絡。

    SMCS配置4臺FEP，用于管理所有車站被集成和互聯系統的接口，以實現各集成或互聯系統的信息向SMCS的傳輸。同時MCS也通過FEP完成發往被集成和互聯系統的數據和命令。

    車站的主控設備房配置1臺15kVA在線式UPS，供本站MCS設備使用。

    為保證中央級監控系統或車站級監控系統在災害及阻塞等特殊情況下出現癱瘓時，重要監控對象仍能被控制，并為乘客提供必要的逃生條件，在各車站控制室內設置綜合性的緊急狀態后備盤（IBP）。在出現特殊故障時，實現后備的手動操作與表示功能，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；環控通風排煙系統和消防聯動控制以及阻塞模式下的控制；PSD緊急開門控制；AFC閘機釋放控制；ACS的釋放；FG控制；扶梯停止控制；同時還設置時鐘顯示、重要系統的報警音響指示以及指示燈測試等。

    車輛段主控系統的功能與配置與車站主控系統類似，但沒有IBP。DMCS的主要的服務對象是車輛段的值班人員。

(3)  MBN

    主控系統骨干網用于車站、車輛段等局域網與控制中心局域網之間的互聯，它是由設在車站、車輛段、控制中心等地點的交換設備及交換設備之間的區間光纜構成。

    各車站、車輛段和控制中心等均作為MBN的網絡節點，每個節點均采用主備冗余的兩套以太網交換機，所有車站、車輛段、控制中心的MCS設備都連接到交換機上進行數據通信，再通過千兆的出口與MBN相聯，從而將CMCS、SMCS、DMCS等聯接成為一個完整的監控系統。

    本項目中選擇德國HIRSCHMANN的MACH系列工業以太網交換機產品作為MCS骨干網的基礎網絡設備。

(4)  TMS

    在車輛段的主控系統培訓室內設置TMS。設置TMS的目的是使學員處于模擬仿真的MCS操作環境，對學員進行各種MCS的培訓操作，包括仿真單點的設置、遙控、組控、模式控制等功能。TMS系統是獨立的系統，配置有獨立的培訓系統軟件。

(5)  STP

    在新造4號線控制中心內設置STP，STP可對系統軟件的功能進行仿真測試。STP系統主要用于在現場實際運行前，配置、測試和檢驗數據庫和軟件組件。

(6)  NMS

    NMS可對MCS的全部網絡設備進行配置、監視和控制。這些管理的設備包括：MCS網絡上的所有交換機、所有的服務器、工作站、FEP、磁盤陣列、磁帶機、UPS、大屏幕系統等。

    網絡管理就是通過對上述的各種網絡設備、網絡設備的節點、服務器資源進行規劃、配置、監視、分析、擴充和控制來保證計算機網絡服務的有效實現。

4  系統功能

4.1 通用功能

    主控系統通用功能包括了以下功能，它們是：設備狀態和報警顯示；控制功能；計算事件；處理優先級；報警管理；指導/幫助；趨勢；設備標簽；脫離掃描；手動超馳；響應程序；時間表調度；屏幕拷貝；數據記錄；報告生成；存檔功能；系統聯動；控制地點顯示；操作員工作站的角色分配；系統安全；通用 MMI功能；I/O處理；打印管理；系統備份/恢復；決策支持（DSS）。

4.2 系統聯動功能

    聯動功能即可以在系統之間自動激活執行，也可以作為一個控制序列由操作員手動執行。

    對操作和時間有苛刻要求的聯動直接在相關子系統之間完成，比如電力子系統內跳閘連鎖。如果聯動功能由MCS完成更經濟（如可以減少接口）或更易于以后維護，則由MCS完成。

    主控系統的聯動模式從系統構成上可以分為三大類：中央級聯動模式、車站級聯動模式以及車輛段聯動模式；從工作方式上可以分為但并不局限于以下幾類：正常模式、災害模式、故障模式等。

5  結論

    地鐵的基本運營狀態包括正常運營狀態、非正常運營狀態和緊急運營狀態。地鐵運營就是要在這三種狀態下，保證人和設備的安全，提高人性化服務水平，提高地鐵經營效率。這就要求自動化監管系統能在上述三種運營狀態下，協調各專業來達到目標。在控制中心要將行調、電調、環調、防災調度、維調和總調個工作站信息溝通，實現互聯互動。在車站車控室，將與站務和機電設備相關的信息溝通，實現互聯互動。現代地鐵運營要求自動化系統提供實現信息互通和資源共享的信息平臺。主控系統滿足了這種需要，實現了運營管理的現代化和科學化。