轨道交通综合监控系统概论.ppt
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1、综合监控系统技术(ISCS)概论 2009年11月2日,提 纲,综合监控系统的概念及必要性 综合监控系统的体系结构及组成 综合监控系统的接口介绍 综合监控系统各子系统功能介绍 综合监控系统的数据流介绍 综合监控系统的联动 综合监控系统工程的特点 综合监控系统的趋势及展望,综合监控系统工程现状(国外),西班牙毕巴尔巴额地铁 法国巴黎14号线 墨西哥城地铁线 西班牙马德里地铁 新加坡东北线,综合监控系统工程现状(国内),北京地铁5、8、10号线,机场快轨 广州地铁3、4、5号线 上海地铁10号线 香港地铁将军澳线 香港地铁迪士尼线 西安地铁2号线,什么是SCADA,SCADA系统是利用通讯通道上的
2、编码信号控制RTU(Remote Terminal Unit:远程终端单元)设备的系统; 又是将数据采集功能和通过通信通道获得RTU设备状态的显示或记录信息功能结合在一起的监管系统,SCADA的应用领域,方圆数千公里的电力传送系统。SCADA系统监测线网负载状况,控制开关并响应线网负载变化。 小水电站群监管系统。SCADA系统响应用户需求对远程的发电机启停,快速响应电网对小电站的供配电需求。 分布在较大范围的油、气生产实体,包括:油井,气井,油、气采集系统,流量测量设备、泵站等。SCADA系统采集计量信息,控制电机的启停对整个油、气田范围作出快速的调节。,大型SCADA系统的发展,以通用的、非
3、专利的PLC取代专利的RTU。 以开放系统、以工业标准组件和部件、以智能化的远程PLC取代传统的专利的SCADA结构模式。 在SCADA系统中引入以Web为基础的技术,应用Web浏览器,在SCADA操作员站上显示包含动态实时数据的HTML页面。,分立自动化系统的缺点,不同的子系统所采用的硬件设备及软件一般随设备供应商的不同而不同,设备维护种类多、工作量大 各子系统的人机界面(图形风格、设备监控操作方式、报警管理、实时历史数据管理等)由于子系统的不同监控性质而互不相同,分立自动化系统的缺点,无法在通用的、可互换的操作员工作站上实现对地铁所有运营数据做全面的综合监控,信息无法全面共享 分立的子系统
4、较难实现仅按权限登录即可监控任意子系统的运营需求 各子系统较难实现直接、快速的数据交换,不利于地铁运营对所有地铁运营系统全面监控的实际需要,无法实现更为复杂、实用的联动功能 需要的维护人员很多,维护成本很高,综合监控系统的概念,综合监控系统是一个地理上分散、多专业关联、包含多种接口协议( Modbus,IEC104,CIP, 现场总线),并以综合自动化技术为核心的大型SCADA监控系统。 综合监控系统是计算机技术和网络技术进步的必然结果 以综合自动化技术为核心的综合监控系统是轨道交通发展、信息技术发展的必然趋势 信息集成和数据库建设是地铁信息化的基础,信息的有效整合才能使信息及时、准确、可靠地
5、在系统内流通,并为有关部门共享和领导决策所用,综合监控系统的必要性,实现资源共享,信息互通,提升自动化水平,提高地铁运营效率 提高自动化系统的安全性、可靠性及快速响应能力 实现高性价比、减少重复投资和后期维护成本 为地铁运营管理提供信息集成平台 上述特点使地铁运营选择综合监控系统成为趋势,综合监控系统实施条件,综合自动化系统集成一般是人、技术、管理三者的有机结合 人:“一把手工程”,包括领导和企业/公司各个层面的人愿意且能够接受信息化改造 技术:设计单位、供货商必须具备实施综合自动化系统的丰富经验 管理: 建设单位能够对整个项目进行有效管理 运营单位确实能够有效利用综合监控系统实现提高运营效率
6、和可靠运营的目的,综合监控系统实施条件,业主需具备一定的运营经验和具有高效的管理体系 必须有建设单位、设计单位、供货商(施工单位)多方面的密切配合 子系统众多,需各个子系统厂商能够在综合监控系统的框架下配合综合监控系统接口工作,实现相应的功能 需要有成熟应用经验的软件供货商的支持 业主能够有效协调工程各方,综合监控系统供货商必须具备丰富的系统集成和项目管理经验 业主的协调能力和系统集成商接口集成能力是整个工程成败的关键(系统级、设备级、管理级),地铁运营对自动化系统的基本要求,列车运行管理 对列车的运行调度指挥,保证行车安全和准点的信号控制管理系统。 车站站务管理 车站秩序管理、票务管理和安全
7、管理,保障乘客上下车和列车到发的安全和准点,避免站内发生意外事故 设备运转管理 设备运转的管理以机电设备管理为主,主要是供电系统和地下车站中的通风和空调系统,地铁运营对自动化系统的基本要求,列车运行管理主要由信号系统及行车调度系统支持实现 车站站务管理、设备运转管理是在列车运行管理地基础上,综合机电设备监控系统等各专业子系统的信息来实现的,地铁运营对自动化系统的基本要求,列车运行系统:隧道、站台、线路、车辆、牵引供电、信号、控制中心、车站行车等 客运服务系统:车站及照明、售检票机计算中心、导向及预告措施、消防、环控、自动扶梯、电梯、车站服务等 检修保障系统:为保障上述设备性能良好、能随时启动重
8、新投入运行而具备的检修手段能力等,综合监控系统的体系结构,典型的大型分层分布式监控系统 具有典型的CIMS (Computer Integrated Manufacture System)结构特点 ISCS( Integrated Supervision and Control System ) or MCS( Main control system ) “三层两库一支撑”体系结构 三层:中心综合监控系统、车站综合监控系统、现场控制系统 两库: 实时数据库、关系数据库(历史数据库) 一支撑:计算机网络,深度集成的基本概念,深度集成综合监控系统使用同一软件平台将被集成子系统完全集成在系统之内 数
9、据库对数据库的对接变为数据库的映射和包含关系 减少了不必要的中间环节,保证了系统的远动特性,深度集成,系统结构的深度集成 软件的深度集成 硬件的深度集成 工程实施的深度集成,ISCS系统构成原则(I),综合监控系统应围绕列车安全稳定运行、地铁经营效率提高、机电设备良好运转、旅客服务完善等目标进行设置。 综合监控系统面向OCC电调、环调、行调、维调、总调及车站值班长和值班员,满足这些岗位功能需求。 综合监控系统采取分层分布式结构,由中心监控中心级(OCC)中心监控系统、车站级车站监控系统以及车站内的基础自动化(设备自动化)系统组成,三层网络、三层管理。,ISCS系统构成原则(II),系统须采用先
10、进的计算机网络构建硬件平台,并设置网络管理系统提供对网络的性能管理、配置管理和故障管理。 系统须采用先进的计算机集成系统软件体系对各子系统进行集成。 软件体系支持所有子系统的功能要求,支持综合自动化监控系统高性能指标的实现。 系统必须具备完善的人机界面体系支持综合监控功能实现。,ISCS系统构成原则(III),综合监控系统须采用可靠性设计,系统设备和系统构成应安全可靠。 硬、软件技术先进成熟、能够高可靠高稳定运行。 热备冗余分层分布结构,尽可能采用光纤传输介质。系统须采用行之有效的抗干扰措施。 车站内的子系统一般采用工业控制网络或现场总线,分散控制结构,自律式控制器保证基础自动化层的安全可靠。
11、,ISCS系统构成原则(IV),综合监控系统应为开放系统,硬件设备通信接口、网络协议、数据库等均采用国际标准,具有ODBC、OPC标准接口功能 系统应具有较大的扩展能力,支持分期施工。系统可采用多媒体技术为地铁工程提供更强的功能 系统提供较广阔的集成平台,能接入其他的系统也能对地铁工程进程中新出现的项目进行集成 系统具有集成第三方设备和软件的能力,ISCS系统构成原则(V),综合监控系统须采用先进的计算机集成系统软件对各相关系统进行无缝地接口。 系统软件支持所有相关系统的功能要求,支持综合监控系统性能指标的实现。 各被集成或互联的子系统保证相对独立工作。 当出现异常情况由正常运行方式转为灾害运
12、行方式时,综合监控系统能迅速转变为灾害模式,为防灾、救援和事故处理的指挥提供方便。,ISCS系统构成原则(VI),综合监控系统采用工业级产品,保证能全天候724小时不间断地远行。综合监控系统采用模块化设计,易于扩展。 综合监控系统不仅满足线路本身运营和管理的要求,并能为今后线路的扩展以及其它线的接入和与更高一级管理系统连接预留一定的条件。 综合监控系统须在信息的处理上坚持实时监控信息和事务信息严格分开的原则,保证信息安全和网络安全。 综合监控系统需采用深度集成模式构建,采用同一软件平台集成子系统、实现综合监控和联动控制。,第一层 中心级ISCS系统,中心级ISCS系统包括中心ISCS系统(CM
13、CS)、网络管理系统(NMS)、培训管理系统(TMS)、综合显示屏(OPS)、软件测试平台(STP)。 设置冗余实时服务器、冗余历史服务器、历史磁盘阵列、各类调度员工作站(如电调、环调和总调等)、网管服务器、网管工作站、事件打印机、报表打印机、彩色图形打印机、冗余网络交换机、通讯控制器(负责中心互联系统的接入)、弱电系统不间断电源UPS。,第二层 车站级ISCS系统,包括车站级ISCS系统(SMCS)、车辆段ISCS系统(DMCS)、车辆段维修管理系统(DMS)。 车站级ISCS系统包括冗余的实时服务器、历史服务器、工作站、事件打印机、冗余的带路由功能的网络交换机、综合后备盘(IBP)和不间断
14、电源UPS等。,第三层 现场级ISCS系统,包括深度集成的电力监控系统(PSCADA)、环境与设备监控子系统(BAS)和通信控制器(网关)互联的其它专业车站级子系统。 PSCADA:由变电所内管理层、网络通信层、间隔设备层组成 BAS:由监控管理层、现场设备层组成,数据库系统,实时数据库起到了连接底层的设备监控和上层的运营管理的桥梁作用,促使监控数据和管理信息在整个综合监控网中有序的流动。 历史数据库对统计数据进行存储,以备操作员对历史纪录进行必要的查询和分析。,通讯传输网,轨道交通综合监控系统对通讯网的可靠性、可扩展性、透明的、高速、网络通讯质量有着较高的要求。 要求无单点故障和适应地铁分期
15、、分段建设的特点。,通讯传输网络,控制中心ISCS通过交换机上冗余的1000Mbps网络端口,连接中心实时服务器和中心历史服务器,通过冗余的100Mbps网络端口连接工作站、远程终端单元(FEP)、综合显示单元、软件测试平台(STP)、网络管理系统(NMS)和打印机等 车站ISCS通过车站以太网交换机上冗余的100Mbps网络端口,连接车站服务器、车站值班站长工作站、打印机、远程终端单元(FEP)、PSCADA综合自动化子系统控制信号盘、BAS控制器等设备。,ISCS系统的典型构成,中心ISCS系统(CMCS) 车站ISCS系统(SMCS) 车辆段ISCS系统(DMCS) 深度集成的子系统(P
16、SCADA、BAS) 维修管理系统(DMS) 网络管理系统(NMS) 车辆段培训管理系统(TMS) 软件测试平台(STP) 互联系统(通讯系统、信号系统等) 骨干网(MBN),综合监控系统层次结构示意图,系统构成,中心综合监控系统: CISCS 、BAS、PSCADA、OPS、NMS、 TMS、 STP、UPS 车站综合监控系统: SISCS、BAS、PSCADA、IBP、UPS 车辆段综合监控系统: DISCS、UPS、IAS 、 DMS、,中心综合监控系统CISCS,中心监控网 OCC实时服务器 历史和事件服务器 磁盘阵列 磁带记录装置 各类操作员工作站 中心RTU、UPS、OPS、打印机
17、、机柜和附件等部分组成,网络管理系统NMS,可对ISCS的全部网络设备进行配置、监视和控制。 这些管理的设备包括:ISCS网络上的所有交换机、所有的服务器、工作站、远程终端单元(RTU)、磁盘阵列、磁带机、UPS、大屏幕系统等。,网络管理系统NMS,大屏幕系统OPS,控制中心大屏幕投影系统(OPS)由投影拼接墙体、多屏处理器及显示墙应用管理系统(VWAS)软件等构成,投影墙划分为三个显示区域,供ISCS、CCTV及ATS三个系统分别使用。 OPS的规模和处理器主从模式随项目不同差异较大,OPS,软件测试平台STP,用于在现场实际运行前,配置、测试和检验数据库和软件组件(集成互联系统的硬件接口、
18、软件协议测试)。 在新的数据库和软件组件投入实际使用之前,对其进行配置、测试和验证。 生成/修改和测试新图片。 测试新版RTU、工作站和车站及OCC服务器软件。 将测试好的配置分发系统的各个部分。 与子系统进行接口测试。 在STP服务器上运行车站和OCC应用程序。,软件测试平台STP,培训管理子系统TMS,TMS系统用于培训新的操作人员,TMS服务器软件启动后,可以支持车站或中心的培训操作,培训管理子系统TMS,车站综合监控系统SISCS,SISCS包括: 冗余的车站网络交换机 冗余的车站服务器 RAID5磁盘阵列 车站双屏值班站长工作站 车站RTU 车站打印机 综合后备盘(IBP) 不间断电
19、源(UPS) 车站机柜及附件,综合后备盘IBP,IBP物理结构包括以下三部分: IBP盘体(包括马赛克盘面) 落地柜体 操作台 在中心一级发生通信故障或在车站一级人机接口发生故障时,保证车站具有紧急后备装置,以免影响安全,综合后备盘IBP,车辆段综合监控系统DISCS,车辆段DISCS包括: 冗余的车辆段网络交换机(带路由功能) 冗余的车辆段实时服务器 RAID5磁盘阵列 车辆段双屏值班站长工作站 车辆段RTU 车辆段打印机 不间断电源(UPS) 车辆段机柜及附件,集中告警系统(IAS),IAS对全线重要设备报警信息进行收集,并通过相应的维护工作站提示维修信息。主要报警信息包括: ISCS系统
20、设备 供电设备 变频器 应急照明电源 通风空调 给排水设备 自动扶梯 FAS设备 ACS设备 PSD设备,集中告警系统(IAS),综合监控系统的接口,对接口技术的成功掌控是综合监控系统成败的关键所在。 业主对其重视程度,集成商对接口技术的把握能力的重要性怎么强调都不为过。,综合监控系统接口类型,ISCS与相关系统的接口主要包括:串行数据接口、局域网数据接口、硬线接口等类型。 串行数据接口采用标准的RS422/485/232接口,支持通用、开放、软件解码的协议。 局域网数据接口采用10Mbps/100Mbps自适应IEEE802.3以太网接口,支持TCP/IP接口,支持通用、开放、软件解码的协议
21、。,接口设计原则,集成和互联的概念 顶端集成和深度集成接口范围的区别 接口设计原则,接口管理,内部接口,深度集成的综合监控系统ISCS,传统集成系统 PSD/FG,互联系统 FAS/PA/CCTV/ACS,PSCADA间隔层设备,综合监控系统 设备房间 接线箱端子排外侧,BAS底层环控设备和机电设备,深度集 成接口,接口设计深度集成系统,变电所综合自动化系统(PSCADA) 机电设备监控子系统(BAS),接口设计集成系统,屏蔽门(PSD) 防淹门(FG) 门禁系统(ACS),接口设计互联系统,信号系统(ATS) 自动售检票系统(AFC) 广播系统(PA) 闭路电视系统(CCTV) 火灾报警系统
22、(FAS) 乘客信息显示系统(PIS) 集中告警系统(IAS) 时钟系统(CLK) ,深度集成接入方案,深度集成是地铁综合监控系统的发展方向和核心技术 深度集成综合监控系统使用同一软件平台将被集成子系统完全集成在系统之内, 典型的深度集成方案:PSCADA/BAS的深度集成。,ISCS/PSCADA接口,ISCS/BAS接口,互联子系统接口,ISCS/FAS接口,ISCS/PSD接口,ISCS/ACS接口,ISCS/PA接口,ISCS/CCTV接口,ISCS/FG接口,ISCS/PIS接口,ISCS/ATS接口,ISCS/CLK接口,PSCADA系统结构,综合监控系统各子系统功能,综合监控系统
23、各集成系统功能 综合监控系统各互联系统功能,PSCADA系统功能,实现对地铁各变电所设备进行实时控制、监视和数据采集。 调度人员通过监控系统实时地监视着供电系统设备的运行情况,及时掌握供电系统的各种事故和警报事件,准确实施调度指挥、事故抢修和事故处理,保证供电的安全性和可靠性。,PSCADA 中心功能,控制功能 遥信及信息处理功能 遥测及数据处理功能 遥调功能 报警(事故、预告告警)处理 调度事务管理功能 供电系统运行情况的数据归档和统计报表功能 信息查询功能 用户主要画面显示功能 数据打印及画面拷贝功能 大屏幕投影显示功能 对各种重要命令和操作设置超时监视,PSCADA 车站功能,控制方式采
24、用控制中心远方操作/所内控制信号盘上集中操作/开关柜当地操作三级控制方式 在各车站不设电力调度值班员,车站级综合监控系统不设对变电所的控制功能,可设本车站管辖范围内的变电所设备、接触轨设备运行状态和运行参数的实时监视功能 主要有遥信功能、遥测功能、用户画面显示功能、数据打印及画面拷贝功能等,BAS系统结构,BAS中心级功能,中心级功能设计面向地铁运营和维护,突出日常调度和防灾指挥功能,支持全局性的监控和管理,并实现于调度和运营管理的数据设备、关键设备的遥控、组控及模式控制等功能 为OCC环调及维调提供用于运营管理的、全局的各类高效实用监控手段,BAS控制中心功能,监控功能 显示功能 故障显示
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