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1  引言

    主控系統(tǒng)（Main Control System，簡稱為MCS）即綜合監(jiān)控系統(tǒng)，是地鐵各專業(yè)自動化系統(tǒng)統(tǒng)一的計算機硬件和軟件平臺。主控系統(tǒng)改變了原來地鐵監(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，大大提高了自動化系統(tǒng)對突發(fā)事件的綜合應(yīng)變能力，由于各專業(yè)由同一系統(tǒng)平臺支持，使地鐵的運營降低了運行和維護成本。
主控系統(tǒng)在國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(qū)的將軍澳線和新機場快線也采用了綜合監(jiān)控系統(tǒng)。

    近年來，國內(nèi)軌道交通已開始適度采用綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)。上海明珠線最早將電力和環(huán)控兩個專業(yè)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(huán)控和防災(zāi)報警綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)”。其東直門站為地下站，集成了3個機電主系統(tǒng)，構(gòu)成了真正的綜合監(jiān)控系統(tǒng)。深圳地鐵1號線的綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成了機電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（EMCS）、變電所自動化系統(tǒng)（PSCADA）、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)（FAS）共3個專業(yè)，已于2004年年底開通。

    廣州地鐵3、4號線主控系統(tǒng)是目前國內(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號線將于2006年6月開通，4號線大學(xué)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(shè)計為分三段施工。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(tǒng)是基于以上車站規(guī)模設(shè)計的，并在設(shè)計中充分考慮了繼續(xù)延伸的軟硬件擴展的方便性。

    4號線主控系統(tǒng)集成的系統(tǒng)包括：PSCADA、FAS、EMCS、屏蔽門（PSD）、防淹門（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）、自動售檢票系統(tǒng)（AFC）、信號系統(tǒng)（SIG）、時鐘系統(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)等展開設(shè)計，以進一步提高運營行車管理的水平。

    主控系統(tǒng)面向的對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、值班員，系統(tǒng)滿足這些崗位的功能要求。

    當出現(xiàn)異常情況由正常運行模式轉(zhuǎn)為災(zāi)害運行模式時，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，易于擴展。4號線主控系統(tǒng)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(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主控系統(tǒng)（CMCS），設(shè)置于新造控制中心的軟件測試平臺（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)采用兩級管理三級控制的分層分布式結(jié)構(gòu)。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(xiàn)場級。

    中央級主控系統(tǒng)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(tǒng)通過全線的主干網(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。為了實現(xiàn)更大范圍的信息互通，中央級主控系統(tǒng)還與PA、CCTV、TIS、SIS、AFC、SIG、CLK等系統(tǒng)在中心實現(xiàn)互聯(lián)。

    車站級主控系統(tǒng)包括各車站、車輛段及獨立的變電所、冷站。通過車站局域網(wǎng)絡(luò)，將車站的各有關(guān)機電系統(tǒng)集成在一起，包括PSCADA、FAS、EMCS、PSD、FG等系統(tǒng)現(xiàn)場層的接入，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)場級是由PSCADA、FAS、EMCS、PSD、FG、PA、CCTV、TIS、SIS、AFC、SIG等系統(tǒng)的現(xiàn)場層設(shè)備組成。這些系統(tǒng)與主控系統(tǒng)的車站級或中央級互聯(lián)，起接口轉(zhuǎn)換、信息采集、傳送、匯聚、命令接受、執(zhí)行和反饋作用，不屬于主控系統(tǒng)。

3.3  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

(1)  中央級主控系統(tǒng)

    大石控制中心與新造4號線控制中心在構(gòu)成層次上均屬于中央級，整體構(gòu)成上采用Client/Server的結(jié)構(gòu)形式，即4號線控制中心設(shè)置服務(wù)器、磁盤陣列、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號線控制中心，共用4號線控制中心的服務(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號線控制中心網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)端口，連接中央實時服務(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)。通過冗余的100Mbps網(wǎng)絡(luò)端口連接工作站、前端處理器（FEP）、軟件測試平臺（STP）、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（NMS）和打印機等其它設(shè)備構(gòu)成中央的應(yīng)用計算機局域網(wǎng)絡(luò)。再通過交換機上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)成一個完整的中央主控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

    CMCS在新造4號線控制中心配置冗余的實時服務(wù)器和歷史服務(wù)器，用于完成對實時數(shù)據(jù)的采集和處理及對歷史數(shù)據(jù)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(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信息編輯工作站。

    新造中心配置一對冗余的FEP，負責(zé)接入子系統(tǒng)的通訊，在中心實現(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)對象是車站值班站長和值班員。

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

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

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

    SMCS配置4臺FEP，用于管理所有車站被集成和互聯(lián)系統(tǒng)的接口，以實現(xiàn)各集成或互聯(lián)系統(tǒng)的信息向SMCS的傳輸。同時MCS也通過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15kVA在線式UPS，供本站MCS設(shè)備使用。

    為保證中央級監(jiān)控系統(tǒng)或車站級監(jiān)控系統(tǒng)在災(zāi)害及阻塞等特殊情況下出現(xiàn)癱瘓時，重要監(jiān)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(nèi)設(shè)置綜合性的緊急狀態(tài)后備盤（IBP）。在出現(xiàn)特殊故障時，實現(xiàn)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(huán)控通風(fēng)排煙系統(tǒng)和消防聯(lián)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(shè)置時鐘顯示、重要系統(tǒng)的報警音響指示以及指示燈測試等。

    車輛段主控系統(tǒng)的功能與配置與車站主控系統(tǒng)類似，但沒有IBP。DMCS的主要的服務(wù)對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，每個節(jié)點均采用主備冗余的兩套以太網(wǎng)交換機，所有車站、車輛段、控制中心的MCS設(shè)備都連接到交換機上進行數(shù)據(jù)通信，再通過千兆的出口與MBN相聯(lián)，從而將CMCS、SMCS、DMCS等聯(lián)接成為一個完整的監(jiān)控系統(tǒng)。

    本項目中選擇德國HIRSCHMANN的MACH系列工業(yè)以太網(wǎng)交換機產(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，對學(xué)員進行各種MCS的培訓(xùn)操作，包括仿真單點的設(shè)置、遙控、組控、模式控制等功能。TMS系統(tǒng)是獨立的系統(tǒng)，配置有獨立的培訓(xùn)系統(tǒng)軟件。

(5)  STP

    在新造4號線控制中心內(nèi)設(shè)置STP，STP可對系統(tǒng)軟件的功能進行仿真測試。STP系統(tǒng)主要用于在現(xiàn)場實際運行前，配置、測試和檢驗數(shù)據(jù)庫和軟件組件。

(6)  NMS

    NMS可對MCS的全部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行配置、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、所有的服務(wù)器、工作站、FEP、磁盤陣列、磁帶機、UPS、大屏幕系統(tǒng)等。

    網(wǎng)絡(luò)管理就是通過對上述的各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的節(jié)點、服務(wù)器資源進行規(guī)劃、配置、監(jiān)視、分析、擴充和控制來保證計算機網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的有效實現(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)和報警顯示；控制功能；計算事件；處理優(yōu)先級；報警管理；指導(dǎo)/幫助；趨勢；設(shè)備標簽；脫離掃描；手動超馳；響應(yīng)程序；時間表調(diào)度；屏幕拷貝；數(shù)據(jù)記錄；報告生成；存檔功能；系統(tǒng)聯(lián)動；控制地點顯示；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)動功能

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

    對操作和時間有苛刻要求的聯(lián)動直接在相關(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)動功能由MCS完成更經(jīng)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(tǒng)的聯(lián)動模式從系統(tǒng)構(gòu)成上可以分為三大類：中央級聯(lián)動模式、車站級聯(lián)動模式以及車輛段聯(lián)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(zāi)害模式、故障模式等。

5  結(jié)論

    地鐵的基本運營狀態(tài)包括正常運營狀態(tài)、非正常運營狀態(tài)和緊急運營狀態(tài)。地鐵運營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)營效率。這就要求自動化監(jiān)管系統(tǒng)能在上述三種運營狀態(tài)下，協(xié)調(diào)各專業(yè)來達到目標。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)個工作站信息溝通，實現(xiàn)互聯(lián)互動。在車站車控室，將與站務(wù)和機電設(shè)備相關(guān)的信息溝通，實現(xiàn)互聯(lián)互動。現(xiàn)代地鐵運營要求自動化系統(tǒng)提供實現(xiàn)信息互通和資源共享的信息平臺。主控系統(tǒng)滿足了這種需要，實現(xiàn)了運營管理的現(xiàn)代化和科學(xué)化。