城市軌道交通綜合監控系統第4章城市軌道綜合監控技術基礎5.1城市軌道交通綜合監控系統目標、任務和要求5.2系統集成方案 5.3系統架構及組成 5.4綜合監控系統功能 5.5綜合監控系統系統性能 5.6綜合監控系統硬件 5.7綜合監控系統軟件 5.8UPS（不間斷電源） 5.9綜合后備盤（IBP） 要求:

熟悉城市軌道交通綜合監控系統目標、任務和要求以及系統集成方案。熟悉綜合監控系統基本功能、中央級功能、車站級功能、互聯系統功能和綜合監控系統系統性能。熟悉綜合監控系統應用的各種硬件設備和系統軟件。熟悉UPS電源設備以及在緊急情況下使用的設置在每個車站控制室的綜合后備盤（IBP）。5.1城市軌道交通綜合監控系統目標、任務和要求

5.1.1系統目標

城市軌道交通綜合監控系統（以下簡稱綜合監控系統，IntegratedSupervisoryandControlSystem，ISCS）旨在實現地鐵智能化管理的總體目標，建立一個信息共享和監控的綜合自動化平臺，將城市軌道交通中各自動化子系統有機結合，實現系統聯動和快速反應；將多個自動化系統統一在一個共用的硬件平臺、操作和維護界面上，為地鐵運營調度人員的監控操作和系統維護提供方便，提高運營操作和維護的自動化管理程度，減輕調度員的工作強度，提高調度管理效率；從整體上發揮更大的作用，改善環境、提高安全和對乘客的服務水平。

5.1.2系統任務

綜合監控系統主要應滿足地鐵運營“調度管理”和“維護管理”兩個層面的需求。這兩個層面所面對的服務對象不同，“調度管理”面向的是地鐵控制中心調度人員及車站值班員；“維護管理”所面對的服務對象是綜合監控系統各專業維護工程師和維護人員，包括供電維護人員、機電設備（環控、屏蔽門、電扶梯、事故電源等）維護人員、火災報警維護人員等。

從運營管理角度來講，綜合監控系統應實現的功能主要有：運營所需的機電設備監控功能和系統聯動功能；保證建立全線路的綜合維修中心、實現綜合維修的全部功能；同時，要保證綜合監控系統的強大的可擴展功能。既要保證實現當前功能需求的變化，又要保證隨著運營實踐的推進實現新要求的功能。

5.1.3系統要求

綜合監控系統通過對各子系統信息的集成和整合，可以輕松地實現信息共享和各種跨系統的聯動功能，提高城市軌道交通整體的自動化水平。

另外，系統的人機界面為所有操作員提供了通用統一的顯示操作風格。對屏幕顯示布局、圖符號、顏色定義統一規定。操作員通過樹形圖從最高層開始到目標層依次做選擇，以達到實際要瀏覽的相關頁面，經過的層數不超過三層。控制命令能夠通過鼠標和鍵盤輸入。

綜上所述，通過綜合監控系統的應用，可以為車站級與中央級管理人員提供一個使用方便，集成度高，界面統一、友好的系統，克服了以往各自系統單獨運作，信息不能共享，集成度低，操作界面不統一的缺點。

5.2系統集成方案

各條線路在建設綜合監控系統時，應考慮實際情況，根據地鐵線路機電系統的構成要求和技術、管理與運營水平，以及資金、資源等情況綜合決定集成規模。

綜合監控系統一般有兩種方案：一是以行車指揮為核心的集成方案；二是以電調、環調為核心的集成方案。目前為止，國內大多綜合監控系統采用以電調、環調為核心的集成方案。主要是將原屬于監控范圍的系統（電力監控系統、環境與設備監控系統、火災自動報警系統）的車站級功能和中心級功能進行集成，統一到一個監控平臺上，對屏蔽門、防淹門的信息進行集成，并將通信系統中的閉路電視監視系統、廣播系統、乘客信息系統中直接面對調度員的人機操控功能進行集成。5.2系統集成方案

系統名稱車站級集成車站級互聯中央級集成中央級互聯變電所自動化系統（PSCADA）

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環境與設備監控系統（BAS）√

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廣播系統（PA）√

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閉路電視監視系統（CCTV）√

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屏蔽門系統（PSD）√

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防淹門系統（FG）√

√

火災報警系統（FAS）√

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乘客信息系統（PIS）√

√

自動售檢票系統（AFC）

√時鐘系統（CLK）

√

√門禁系統（ACS）

√列車自動監控系統（ATS）

√

√集中告警檢測系統（ALM）

√5.3系統架構及組成

5.3.1系統架構

綜合監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ISCS系統架構圖5.3系統架構及組成

5.3.1系統架構

綜合監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ISCS系統架構圖1.中央級

中央級綜合監控系統采用Client/Server架構，中央實時服務器通過全線的主干網絡直接從各站的交換機讀取數據，包括PSCADA、BAS、FAS、PA等，從而實現多系統的綜合監控。2.車站級

車站級綜合監控系統也采用Client/Server架構，PSCADA、BAS直接接入車站交換機，其他系統的數據車站實時服務器從本站的FEP（FrontEndProcessor，前端處理機）讀取數據，工作站的數據則從本站服務器中讀取。3.現場級

現場級是由PSCADA、FAS、BAS、廣播等子系統的現場層設備組成。綜合監控系統與這些子系統間的接口采用FEP，起到系統隔離的作用。FEP與各子系統按不同的協議進行數據交換后，再以統一的數據格式與服務器交換。子系統起到命令接受、執行和反饋作用，不屬于綜合監控系統。4.骨干網

綜合監控系統骨干網用于車站、車輛段等局域網與OCC局域網之間的互聯，由設在車站、車輛段、OCC等地點的交換設備及交換設備之間的區間光纜構成。在每個站點（包含車輛段及OCC）的工業級以太網交換機上都配有百兆及千兆以太網模塊，百兆以太網模塊用于本站點內的系統連接，千兆以太網用于站點之間的互連。5.3.2系統組成

ISCS系統組成可以從硬件來劃分或從數據流來劃分。

1.從硬件來劃分

1）中央級

中央級系統配置實時服務器、歷史服務器、FEP、交換機、調度工作站、大屏顯示等設備，需要處理全線所有的數據。

2）車站級

車站級具有實時服務器、FEP、交換機、車站值班員工作站，需要處理本站點的所有數據。

2.從數據流進行劃分

1）數據接口（FEP）

專門用于數據采集和協議轉換，負責對ISCS與子系統的數據進行隔離，從而保證各自系統數據的獨立性。

2）數據處理（服務器）

專門用于數據管理，通過實時數據庫和關系數據庫提供ISCS的應用功能。

3）人機界面（工作站）

專門用于處理人機接口，通過從車站/中央服務器獲取或寫入數據，并在工作站上顯示。

5.4綜合監控系統功能

5.4.1基本功能

（1）綜合監控系統應滿足正常模式、阻塞模式、故障模式和災害模式的聯動控制要求。

（2）綜合監控系統應具有模式控制、順控及點控功能。

（3）綜合監控系統應實現故障自診斷功能，宜實現遠程故障診斷、遠程維護功能。

（4）綜合監控系統應具有時鐘同步功能。

（5）綜合監控系統應具備監視、控制與調節和參數設置功能。

（6）綜合監控系統宜具有事件回放、運營數據統計和決策支持等運營輔助管理功能。

（7）綜合監控系統應實現所集成系統的中央級和車站級的運營管理、設備監控功能。

（8）綜合監控系統應具有權限管理功能和集中統一的用戶注冊管理功能，并應根據注冊用戶的權限，提供權限范圍內的功能。使用權限級別應包括系統管理級、運營操作級和瀏覽級。

（9）系統配置中的冗余設備之間應實現無擾動自動切換。

（10）綜合監控系統的功能應符合相關規定。

（11）當全自動運行時．綜合監控系統應實現相應功能。

（12）綜合監控系統應提供操作提示功能。

5.4.2綜合監控系統中央級功能

（1）綜合監控系統中央級的綜合功能應符合相關規定。

（2）綜合監控系統中央級的電力監控功能應符合相關規定。

（3）綜合監控系統中央級的環境與設備監控功能，應符合相關規定。

（4）當綜合監控系統集成火災自動報警系統時，其中央級的火災自動報警功能應符合相關規定。

（5）當綜合監控系統集成列車自動監控系統時，其中央級的列車自動監控功能應符合相關規定。

（6）當綜合監控系統集成屏蔽門時，其中央級應實現全線車站屏蔽門系統設備的運行狀態、故障狀態監視功能。

（7）當綜合監控系統集成防淹門時，其中央級應實現防淹門系統設備的運行狀態、故障狀態和水位狀態監視功能。

（8）綜合監控系統中央級的復示功能應符合相關規定。

5.4.3綜合監控系統車站級功能

（1）綜合監控系統車站級的綜合功能應符合相關規定。

（2）綜臺監控系統車站級的電力監控功能應符合相關規定。

（3）綜合監控系統車站級的環境與設備監控功能．應符合相關規定。

（4）當綜合監控系統集成火災自動報警系統時，車站級的火災自動報警功能應符合相關規定。

（5）綜合監控系統車站級的復示功能應符合相關規定。

（6）綜合監控系統的車站綜合后備盤功能應符合相關規定。

（7）當綜合監控系統集成列車自動監控系統時，其車站級的列車自動監控功能應符合相關規定。

（8）當綜合監控系統集成屏蔽門時，應監控車站級屏蔽門的各種運行狀態。

（9）當綜合監控系統集成防淹門時，應監控車站級防淹門的各種運行狀態。

5.4.4互聯系統功能

（1）當綜合監控系統互聯火災自動報警系統時，應對全線車站、車輛基地及區間火災情況進行監視管理，對全線區間火災進行模式表管理。

（2）當綜合監控系統互聯列車自動監控系統時，列車自動監控系統功能應符合相關規定。

（3）當綜合監控系統互聯屏蔽門時，應對全線車站屏蔽門設備的運行狀態、故障狀態進行監視。

（4）當綜合監控系統互聯防淹門時，應對全線防淹門設備的運行狀態、故障狀態、水位狀態進行監視。

（5）綜合監控系統的廣播系統功能應符合相關規定。

（6）綜合監控系統的視頻監控系統功能應符合相關規定。

（7）綜合監控系統的門禁系統功能應符合相關規定。

（8）綜合監控系統的乘客信息系統功能應符合相關規定。

（9）綜合監控系統的自動售檢票系統功能應符合相關規定。

（10）綜合監控系統與時鐘系統應實現對時功能。

（11）綜合監控系統應實現對不間斷電源的工作狀態、各種電量參數、報警信息及電池狀態等的監視功能。

（12）綜合監控系統應實現監視感溫光纖、電氣火災、消防電源等設備狀態、故障信息的功能，應接收電氣火災報警并顯示報警具體位置。

（13）綜合監控系統的能源計量管理系統功能應具備監視相關設備狀態、故障信息的功能，并應實現采集能源計量信息、進行統計分析和制定統計報表功能。

5.5綜合監控系統系統性能

（1）控制命令在綜合監控系統中的響應時間應小于2s。

（2）設備狀態變化信息在綜合監控系統中的響應時間應小于2s。

（3）單站實時數據畫面在操作員工作站屏幕上整幅調出響應時間應小于1s。

（4）冗余設備切換時間應符合下列規定：

冗余服務器切換時間不應大于2s；

網絡切換時間不應大于0.5s；

通信處理機切換時間不應大于1s。

（5）綜合監控系統宜進行可靠性、可用性、可維護性、安全性管理。

（6）系統的平均無故障時間不應小于8000h。

（7）系統可用性指標應大于99.98％。

（8）服務器中央處理器平均負荷率應小于或等于30％。

（9）工作站中央處理器平均負荷率應小于或等于30％。

（10）通信處理機中央處理器平均負荷率應小于或等于20％。

5.6綜合監控系統硬件

5.6.1工作站

綜合監控工作站即工業控制計算機，或稱工業個人計算機，它是一種加固的增強型個人計算機，可以作為一個工業控制器在工業環境中可靠運行。工作站5.6.2服務器

服務器，從廣義上講，是指網絡中能對其它機器提供某些服務的計算機（或系統）。從狹義上講，服務器是專指某些高性能計算機，能通過網絡對外提供服務，這種服務器相對于普通PC來說，穩定性、安全性、性能等方面的要求更高，因此在CPU、芯片組、內存、磁盤系統、網絡等方面硬件和普通PC有所不同。服務器5.6.3磁帶機和磁盤陣列

1.磁帶機

磁帶機（TapeDrive）通常由磁帶驅動器和磁帶構成，是一種經濟、可靠、容量大、速度快的備份設備。這種產品采用高糾錯能力編碼技術和寫后即讀通道技術，可以大大提高數據備份的可靠性。根據裝帶方式的不同，一般分為手動裝帶磁帶機和自動裝帶磁帶機（即自動加載磁帶機）。磁帶機

5.6.3磁帶機和磁盤陣列

2磁盤系統

磁盤系統的作用是擴展服務器的磁盤容量。采用模塊化設計的磁盤系統由于其高度可擴展、非常靈活等特點更能滿足用戶的需要。磁盤系統

5.6.4前端處理器FEP

前端處理機FEP（FrontEndProcessor）是一個專用計算機，它的功能是完成所有的通信任務及協議轉換，而讓服務器主機來進行專門的數據處理。因此，FEP經常被稱為前端通信處理機，主要功能是減輕主機運行的應用程序的負擔。FEP具有如下特性：穩定性、實時性、多接口、支持多種協議（未知協議可編程實現）、可擴展性。MoxaDA-682A

研華HD30005.6.4前端處理器FEP

ISCS與各個子系統有兩種物理連接方式，一種是直接接入中心級和車站級（含車輛段、停車場等，以下統一稱車站級）局域網，如子系統A；另一種是通過FEP硬件隔離后接入系統局域網，如子系統B。子系統接入方式

5.6.5交換機

1.交換機概述

廣義上來看，交換機分為兩種：廣域網交換機和局域網交換機。廣域網交換機主要應用于電信領域，提供通信用的基礎平臺。而局域網交換機則應用于局域網絡，用于連接終端設備，從傳輸介質和傳輸速度上可分為以太網交換機、快速以太網交換機、千兆以太網交換機、FDDI交換機、ATM交換機和令牌環交換機等。從規模應用上又可分為企業級交換機、部門級交換機和工作組交換機等。

交換機通過以下三種方式進行交換：直通式、存儲轉發、碎片隔離。

（1）直通式（CutThrough）

直通方式的以太網交換機可以理解為在各端口間是縱橫交叉的線路矩陣電話交換機。

（2）存儲轉發（Store&Forward）

存儲轉發方式是計算機網絡領域應用最為廣泛的方式。它把輸入端口的數據包先存儲起來，然后進行CRC（循環冗余碼校驗）檢查，在對錯誤包處理后才取出數據包的目的地址，通過查找表轉換成輸出端口送出包。

（3）碎片隔離（FragmentFree）

這是介于前兩者之間的一種解決方案。5.6.5交換機

2.綜合監控系統交換機

在工業環境中，需要用到工業以太網交換機，與一般交換機相比，工業級交換機具有更高的穩定性、可靠性，并且可以在相對惡劣的環境下正常工作。

交換機具有高效的三層交換功能和路由功能，以太網符合IEEE802.3系列的規定，并能支持MSTP（IEEE802.1s）、RSTP（IEEE802.1d）、OSPF、支持組播路由功能。控制中心、車站及車輛段交換機5.7綜合監控系統軟件

5.7.1系統主要軟件

1.操作系統

操作系統是控制其他程序運行，管理系統資源并為用戶提供操作界面的系統軟件的集合。

2.數據庫系統

數據庫是通過數據庫管理系統軟件來實現數據的存儲、管理與使用的。

3.應用軟件

應用軟件是用戶可以使用的各種程序設計語言，以及用各種程序設計語言編制的應用程序的集合，分為應用軟件包和用戶程序。

4.網絡協議

網絡協議是網絡上所有設備（網絡服務器、計算機及交換機、路由器、防火墻等）之間通信規則的集合，它定義了通信時信息必須采用的格式和這些格式的意義。5.7.2人機界面HMI

綜合監控系統的人機界面建立在實時數據庫的基礎上，實時顯示現場設備的狀態（數字量），并可根據實際需要，用文本或圖形等不同的表現方式來顯示。對每個模擬量除了實現數值的實時顯示，還完成對其的監視功能，如果模擬量值超過報警界限，將觸發報警。通過HMI，操作人員可以方便地對子系統實施各種方式的控制，包括點控、程控、模式控制、時間表控制、聯動控制等。

濟南地鐵1號線ISCS系統監控軟件界面的總體布局應分為7個區域，分別是：項目標志區、選站區、工具菜單欄、導航欄、主顯示區、報警事件欄和狀態區。5.7.2人機界面HMI

操作人員可以通過選站區選擇車站、控制中心、車輛段等站點，再利用一級導航菜單選擇綜合監控的各集成及互聯系統，再利用二級導航菜選擇一級系統的功能或子系統進行監視和控制。

5.8UPS（不間斷電源）5.8.1UPS概述為了消除這些電網公害的影響，一方面是制定有關的法規來限制用電器對電網造成的公害；另一方面就是使用不間斷電源UPS（UninterruptablePowerSupply）對電網和用電器進行隔離,既避免負載對電網產生干擾,又避免電網中的干擾影響負載。UPS是不間斷電源的英文簡稱，是可以供給持續、安穩、不間斷的電源供給的主要電氣設備。現在，國內城市軌道交通信號系統、通信系統、綜合監控系統均采用在線雙變換式UPS電源供電，以保證系統供電質量和不間斷供電。

5.8.2UPS的工作原理及模式UPS在市電正常時，將市電進行整流供給直流電壓給逆變器工作，由逆變器向負載供給交流電，同時對電池組進行強充電或浮充電；在市電異常時，逆變器由蓄電池供給能量；逆變器一直處于工作狀態，保證無間斷輸出。在線雙變換式UPS電源主要包括由整流模塊（REC）和逆變模塊（INV）組成的AC-DC-AC變換主回路、由反向并聯的可控硅組成的旁路靜態開關、維修旁路空開Q3BP、輸出隔離變壓器和逆變靜態開關、蓄電池組以及輸入空開Q1/輸出空開Q5等。其中，空氣斷路器Q1控制主路交流電源輸入，整流模塊將交流電源變成直流電源，逆變模塊進行DC/AC變換，將整流模塊和蓄電池提供的直流電源變換成交流電源，經過隔離變壓器輸出。蓄電池組在交流停電時通過逆變向負載供電。輸入電源也可以通過旁路靜態開關從旁路回路向負載供電。另外，要求對負載供電不間斷而對UPS內部進行維修時，可使用維修旁路開關Q3BP。

5.8.2UPS的工作原理及模式（1）市電模式：在市電正常情況下，整流器開始工作，交流市電轉換為直流電源后，對電池充電。同時提供電能給逆變器，轉化為純凈交流電供負載使用。

（2）電池模式：當市電發生異常或整流器停止工作時，連接在DCBUS上的電池組提供電能給逆變器，使交流輸出不會有中斷現象，進而達到保護輸出負載的作用。

5.8.2UPS的工作原理及模式（3）旁路模式：當逆變器發生如溫度過高、短路、輸出電壓異常或過載等異常情況且超過逆變器可承受范圍時，逆變器會自動關閉以防止損壞。若此時市電仍然正常，靜態開關會將電源供應轉為由旁路電源供應給負載使用。

（4）維護旁路模式：當不間斷電源要進行維修或更換電池而且負載供電又不能中斷時，可以先關機，將逆變器關閉，然后開啟維修旁路開關，再將市電、旁路、輸出開關及外接電池柜開關切斷。在手動維護旁路轉換的過程中，交流電源經由維護旁路開關繼續供應電源給負載。

5.8.3UPS主要設備某地鐵線控制中心UPS主機，電池組配備科華蓄電池組在線監控裝置。

UPS電池組

5.8.4電池組在線監控蓄電池組在線監控裝置用于蓄電池的電壓、電流、內阻、容量等參數檢測，并對能蓄電池進行在線電量監控調節控制，避免電池過、欠充。蓄電池組在線監控裝置通過由監控主機、檢測監控單元組成，監控主機通過通信接口接入綜合監控系統。實現在綜合監控系統的集成，并能被車站值班人員、控制中心調度人員遠程監控，同時納入綜合監控系統網管系統、集中告警系統進行監控管理。。

5.9綜合后備盤（IBP）5.9.1綜合后備盤（IBP）概述IBP（IntegratedBackupPanel）設置在每個車站控制室，在緊急情況下提供緊急按鈕，當在中央級發生通訊故障或在車站級發生故障時，作為車站綜合監控系統的后備設備，在緊急情況下使用的按鍵式模擬監控盤，以支持車站的關鍵監視和控制功能。1.IBP盤體馬賽克盤面表面安裝SIG、BAS、ACS、AFC、ES、PSD、FAS專業的后備操作按鈕、狀態指示燈、蜂鳴器等電氣元件，并印刷必要的工藝圖和文字說明。所有操作按鈕都加蓋，和指示燈明顯區分，防止誤操作。2.落地柜體落地柜體連接IBP盤體和操作臺，其內部可安裝主機、PLC、線槽和端子排等設備。3.操作臺操作臺設計用于放置ISCS雙屏顯示工作站、其他子系統的工作站、PA后備控制鍵盤、CCTV后備控制鍵盤、調度電話及公務電話等。

5.9綜合后備盤（IBP）5.9.1綜合后備盤（IBP）概述

5.9綜合后備盤（IBP）5.