城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)

1、城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)    摘 要：提出了城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)分層分布總體架構(gòu)、平臺化的技術(shù)方案和累積性應(yīng)用思路，旨在保證監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、安全性、可實(shí)施性及應(yīng)用的開放性，同時(shí)提出了以綜合監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)架構(gòu)思路和應(yīng)用框架。 關(guān)鍵詞：城市軌道交通；電力監(jiān)控；綜合監(jiān)控 0 引言      城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)主要是對城市軌道交通全線各類變配電所、接觸網(wǎng)等電力設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行分層分布遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制，處理供變配電系統(tǒng)的各種異常事故及報(bào)警事件，保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行，同時(shí)提升供變配電系統(tǒng)調(diào)

2、度、管理及維修的自動(dòng)化程度，提高供電質(zhì)量，保證系統(tǒng)安全、可靠地運(yùn)行。系統(tǒng)通過通信專業(yè)提供的通信通道與車站變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行信息交換；變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通過所內(nèi)通信網(wǎng)與所內(nèi)各類現(xiàn)場測控裝置互連，形成現(xiàn)場、車站和主控中心的多層應(yīng)用體系。在系統(tǒng)整體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，控制中心主備監(jiān)控系統(tǒng)和站級監(jiān)控系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集、處理、分析與系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和使用節(jié)點(diǎn)，而現(xiàn)場測控設(shè)備是整個(gè)監(jiān)控的接口設(shè)備。1 分層分布的系統(tǒng)架構(gòu)      城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過多年的實(shí)踐，單條線路基本上按照兩級管理、三級控制方式進(jìn)行使用和管理，與之相適應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)考

3、慮城市軌道交通的地域分布特點(diǎn)，監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布的結(jié)構(gòu)體系。分層分布系統(tǒng)架構(gòu)在監(jiān)控系統(tǒng)中屬于大型復(fù)雜系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，適用于跨地域、多層次、分級別的大型自動(dòng)化系統(tǒng)，這種結(jié)構(gòu)既滿足目前城市軌道交通的電力應(yīng)用需求，也滿足今后城市軌道交通橫向規(guī)模綜合和縱向應(yīng)用綜合的兩度應(yīng)用發(fā)展對支持系統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)要求。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。它們之間既相互聯(lián)系又相對獨(dú)立，分層分布原則確保了層次間的相對獨(dú)立性，有效分解了系統(tǒng)的復(fù)雜度，提升了系統(tǒng)的可實(shí)施性；冗余和動(dòng)態(tài)分布原則極大提升了系統(tǒng)的并行度，結(jié)合多種軟硬件隔離和抗干擾措施，軟件支持 1+N 冗余調(diào)度，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高可用性的

4、終極目標(biāo)。      城市軌道監(jiān)控應(yīng)用中心系統(tǒng)通常采用主備冗余系統(tǒng)，它對全線重要監(jiān)控對象的狀態(tài)、性能數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)收集和處理，通過各種調(diào)度員工作站以圖形、圖像、表格和文本的形式顯示出來，供調(diào)度人員控制和監(jiān)視。同時(shí)系統(tǒng)根據(jù)一定的邏輯關(guān)系自動(dòng)向分布在各站點(diǎn)的被監(jiān)控對象或系統(tǒng)發(fā)送模式、程控、點(diǎn)控等控制命令，由調(diào)度員人工發(fā)布控制命令，從而完成對全線供電設(shè)備集中監(jiān)控和調(diào)度管理，確保軌道交通的供電質(zhì)量和供電安全。      車站級電力監(jiān)控系統(tǒng)對本站供電設(shè)備監(jiān)控對象的狀態(tài)、性能數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)收集和處理，當(dāng)中心系統(tǒng)

5、或通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，該系統(tǒng)可對車站范圍內(nèi)的供電設(shè)備進(jìn)行控制，形成多級冗余。      現(xiàn)場級測控設(shè)備與監(jiān)控系統(tǒng)的中心和車站級均有通信接口。它們位于各監(jiān)控對象附近，起接口轉(zhuǎn)換、信息采集、傳送、匯聚、命令接收、執(zhí)行和反饋?zhàn)饔?。通常采用工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)或現(xiàn)場總線，分散控制結(jié)構(gòu)，自律式控制器保證系統(tǒng)的安全可靠。現(xiàn)場級測控設(shè)備通常設(shè)置當(dāng)?shù)?遠(yuǎn)方功能，為系統(tǒng)的現(xiàn)場維護(hù)調(diào)試和特殊情況提供現(xiàn)場操作選擇。2 系統(tǒng)平臺化實(shí)現(xiàn)方案      國內(nèi)外城市軌道交通經(jīng)過多年的實(shí)踐，基于平臺化的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)顯現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢，尤

6、其在綜合監(jiān)控應(yīng)用模式中，軟件平臺成為技術(shù)方案的核心和技術(shù)精華所在。平臺化的方案使項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、工程的實(shí)施和業(yè)主的應(yīng)用更側(cè)重關(guān)注應(yīng)用技術(shù)和應(yīng)用的本身，而不是支持系統(tǒng)的技術(shù)細(xì)節(jié)和計(jì)算機(jī)通信的基礎(chǔ)技術(shù)。      目前，國內(nèi)城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，廣州地鐵 3、4、5 號線采用的是基于法國的SCADASOFT 平臺、北京軌道交通指揮系統(tǒng)采用的是基于新加坡的 OASYS 平臺、北京地鐵 5 號線采用的是基于英國的 RAILSCADA 平臺、北京首都機(jī)場線采用的是基于國產(chǎn)化的 RAILSYS 平臺。    

7、60; 由于平臺軟件建設(shè)是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，而且基于平臺的產(chǎn)品需要一定的應(yīng)用累積和工程檢驗(yàn)。國內(nèi)自主研發(fā)的 RAILSYS 軌道交通實(shí)時(shí)應(yīng)用支持系統(tǒng)（簡稱為 RAILSYS 軟件平臺）是結(jié)合了國情和行業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)研發(fā)的。該平臺面向城市軌道交通、鐵道行業(yè)實(shí)時(shí)應(yīng)用，如城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)和綜合監(jiān)控系統(tǒng)、鐵道行業(yè)行車調(diào)度、牽引供電遠(yuǎn)動(dòng)、10 kV 電力與信號電源監(jiān)控等實(shí)時(shí)應(yīng)用開發(fā)的一套功能強(qiáng)大的、接口標(biāo)準(zhǔn)開放的大型自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)時(shí)應(yīng)用支撐軟件平臺，是國內(nèi)比較優(yōu)秀的軟件應(yīng)用平臺（Application Plat）之一。      基于該軟件平臺可開發(fā)

8、各種城市軌道交通和鐵道實(shí)時(shí)應(yīng)用系統(tǒng)，并保證系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和可靠性，系統(tǒng)的應(yīng)用構(gòu)架由平臺決定，具體的應(yīng)用功能由基于平臺的工程化實(shí)施完成。RAILSYS 軟件平臺在通用平臺基礎(chǔ)上增加了應(yīng)用支持層，使平臺具備一定的行業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)；同時(shí)它也豐富了產(chǎn)品群，尤其是工程支持包，實(shí)現(xiàn)了非量化工程軟件實(shí)施使用的高可靠性。下面就該平臺的基本構(gòu)成作一介紹。2.1 異構(gòu)計(jì)算機(jī)/網(wǎng)絡(luò)/數(shù)據(jù)庫環(huán)境支持      RAILSYS 實(shí)時(shí)軟件平臺完全支持多個(gè)網(wǎng)絡(luò)的分布式運(yùn)行環(huán)境。支持多網(wǎng)絡(luò)下的業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)加載與分配。同時(shí)該系統(tǒng)底層采用虛擬操作系統(tǒng)技術(shù)和虛擬數(shù)據(jù)庫技術(shù)，支持系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境適

9、用于多種計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)和商用關(guān)系數(shù)據(jù)庫，包括現(xiàn)有的主流操作系統(tǒng)和主流數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。2.2 基于內(nèi)存的實(shí)時(shí)關(guān)系數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)      數(shù)據(jù)庫支持多網(wǎng)絡(luò)訪問，支持多數(shù)據(jù)庫冗余，支持 SQL 語言有限子集等。2.3 實(shí)時(shí)中間件技術(shù)及軌道應(yīng)用公共信息總線      結(jié)合軌道交通實(shí)時(shí)應(yīng)用的需求，參照中間件接口標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中間件、實(shí)時(shí)通訊中間件、實(shí)時(shí)消息中間件等平臺內(nèi)核機(jī)制。      平臺提供一套完備的軌道實(shí)時(shí)應(yīng)用公共信息總線，本總線支持軌道交

10、通供電應(yīng)用、環(huán)境監(jiān)控、機(jī)電設(shè)備等各種實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)應(yīng)用的數(shù)學(xué)模型以及其他相關(guān)擴(kuò)展業(yè)務(wù)應(yīng)用。2.4 公共應(yīng)用模型支持      自動(dòng)化的深入應(yīng)用會(huì)遇到應(yīng)用模型的數(shù)學(xué)問題，作為平臺軟件，創(chuàng)新地在基礎(chǔ)平臺上增加了實(shí)時(shí)監(jiān)控應(yīng)用模型（屬于公共應(yīng)用模型的一種）的支持。國際上有 IEC 61970 CIM/CIS 的公共應(yīng)用模型標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合國際標(biāo)準(zhǔn)和國內(nèi)的具體應(yīng)用，考慮開放性的標(biāo)準(zhǔn)，在 RAILSYS 軌道實(shí)時(shí)應(yīng)用支持系統(tǒng)中采取外掛策略，支持應(yīng)用模型，這種靈活的方式為支持系統(tǒng)帶來廣泛的適用性。同時(shí)也驗(yàn)證了平臺的技術(shù)思路和開放性。2.5 軌道交通實(shí)時(shí)應(yīng)用的人機(jī)界面組態(tài)

11、工具      完整的實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺可細(xì)化為通信平臺+SCADA 平臺+ALARM/EVENT+HMI 平臺。當(dāng)今軟件產(chǎn)品人機(jī)界面占的分量越來越大，通常在實(shí)時(shí)應(yīng)用行業(yè)所占比例約在 5060%，而通用軟件所占的份額更大。平臺的產(chǎn)品特點(diǎn)要求把組態(tài)軟件分成支持和應(yīng)用 2 部分。從圖元底層、數(shù)據(jù)源頭 2 方面把握，提供上層應(yīng)用的有力支持（通常腳本支持）；平臺軟件中提供典型的應(yīng)用和應(yīng)用模板，一方面豐富支持系統(tǒng)，另一方面驗(yàn)證支持系統(tǒng)的正確性。3 累積性應(yīng)用      對于軌道交通監(jiān)控應(yīng)用，目前國內(nèi)積累了一定的

12、經(jīng)驗(yàn)，但是針對高密度行車、網(wǎng)狀線路、突發(fā)事件處理、多專業(yè)協(xié)調(diào)互動(dòng)、營運(yùn)管理和專業(yè)維修支持等應(yīng)用都在探索中。在監(jiān)控應(yīng)用的多專業(yè)接口缺乏規(guī)范情況下，只有平臺化思路，才能制訂從通信、數(shù)據(jù)、應(yīng)用等各種不同匹配層的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。4 RAILSYS 軟件平臺的應(yīng)用      RAILSYS 軟件平臺在北京市軌道交通首都機(jī)場線綜合監(jiān)控系統(tǒng)電力監(jiān)控子系統(tǒng)的工程實(shí)踐中已經(jīng)顯現(xiàn)出優(yōu)勢。其綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）按照兩級管理、三級控制的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行架構(gòu)。RAILSYS系統(tǒng)軟件從設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)充分考慮和體現(xiàn)了分層分布、高可靠性、高實(shí)時(shí)性、模塊化、接口的完整、規(guī)范和開放的特點(diǎn)

13、，保證了系統(tǒng)的安全可靠和應(yīng)用的靈活多樣性。其優(yōu)勢集中體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：      （1）高可靠性解決方案，1+N 容錯(cuò)運(yùn)行模式。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到地鐵實(shí)時(shí)監(jiān)控對可靠性的極高要求，采用關(guān)鍵結(jié)點(diǎn)硬件冗余配置熱備運(yùn)行，軟件運(yùn)行方式實(shí)現(xiàn) 1+N 容錯(cuò)模式，最大限度地保證系統(tǒng)的可用性。      （2）支持混合軟硬件計(jì)算機(jī)支撐環(huán)境。RAILSYS 系統(tǒng)軟件平臺在混合軟硬件支撐平臺上統(tǒng)一設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)，支持混合計(jì)算機(jī)硬件平臺，不同的操作系統(tǒng)及各種主流商用數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)核心應(yīng)用采用 UNIX 環(huán)境，人機(jī)接口采用

14、Windows 環(huán)境。      （3）先進(jìn)的多層體系系統(tǒng)構(gòu)架。系統(tǒng)按照多層體系結(jié)構(gòu)的框架，劃分前置通訊預(yù)處理層、實(shí)時(shí)監(jiān)控應(yīng)用的數(shù)據(jù)處理層、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫/歷史數(shù)據(jù)庫支持層、客戶端應(yīng)用的服務(wù)層和客戶界面應(yīng)用層。      （4）強(qiáng)大系統(tǒng)可擴(kuò)展性支持應(yīng)用的延展。該系統(tǒng)從設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)一直把系統(tǒng)的可擴(kuò)展性貫串始終，系統(tǒng)強(qiáng)大的可擴(kuò)展性是對用戶投資和系統(tǒng)發(fā)展的最大保障。RAILSYS 系統(tǒng)采用分層、分布式的支持實(shí)時(shí)監(jiān)控應(yīng)用的平臺結(jié)構(gòu)，保證了系統(tǒng)在應(yīng)用上的不斷擴(kuò)展，同時(shí)該系統(tǒng)在軟件設(shè)計(jì)容量上不進(jìn)行限制，僅根據(jù)實(shí)際

15、工程的計(jì)算機(jī)性能、內(nèi)存、數(shù)據(jù)庫、可能的最大應(yīng)用規(guī)模等綜合性能進(jìn)行配置限制，保證了系統(tǒng)在規(guī)模上的持續(xù)擴(kuò)展。      （5）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫與商用數(shù)據(jù)庫相結(jié)合。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)開放性和應(yīng)用實(shí)時(shí)性的完美解決方案，遵照商用數(shù)據(jù)庫接口標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫通用、高效，接口開放，滿足不斷發(fā)展的實(shí)時(shí)監(jiān)控應(yīng)用需求和實(shí)時(shí)系統(tǒng)高標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)性指標(biāo)。      （6）圖模庫一體化。該系統(tǒng)開發(fā)出面向供電及其他具有拓?fù)溥壿嫿Y(jié)構(gòu)的應(yīng)用圖模庫一體化機(jī)制。在繪圖的同時(shí)自動(dòng)建立供電應(yīng)用數(shù)學(xué)拓?fù)淠Ｐ?，智能形成?yīng)用模型實(shí)際參數(shù)并自動(dòng)錄入到數(shù)據(jù)庫中，

16、因此極大地提高了系統(tǒng)建模的正確性，減輕了建模和參數(shù)錄入工作量，便于整個(gè)系統(tǒng)的一體化維護(hù)，保證了系統(tǒng)圖模庫的一致性和準(zhǔn)確性。      （7）強(qiáng)化的異常捕捉和事故處理。該系統(tǒng)強(qiáng)化異常捕捉和事故處理，增加事故追憶及反演，完善故障錄波、故障判斷及自動(dòng)隔離（DA）等一系列功能，同時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了獨(dú)立報(bào)警和事項(xiàng)處理機(jī)制，支持多媒體語音報(bào)警、手機(jī)短信等功能，進(jìn)一步延伸異常捕捉和事故處理后的深層應(yīng)用。5 結(jié)束語      本文以實(shí)際平臺軟件和國內(nèi)實(shí)踐為例，研究了城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)總體分層分布架構(gòu)、平臺化實(shí)施方案和累積性應(yīng)用。重點(diǎn)論述分布分層的系統(tǒng)架構(gòu)和平臺內(nèi)核的技術(shù)要點(diǎn)。從今后軌道交通