广州地铁3号线主控系统的工程设计

：　蚺：甫　辄值　窝．疆鼹．　’　ｒ　｝　：　｛　　｛‘　广州地铁３号线主控系统的工程设计　梁东升　湛维昭　吴殿华　魏晓东２　（１．广州市地下铁道设计研究院，５１００１０，广州；２．北京和利时系统工程股份有限公司，１０００９６，北京∥第一作者，高级工程师）　摘要广州地铁３号线主控系统（综合自动化系统）是一　个几乎覆盖了地铁所有机电系统专业的信息共享平台。介　绍了主控系统的基本设计原则。主控系统应满足安全性、可　嚣性、实时性、实用性、经济性、工程化、可扩展性等要求。　从集成和互联的范围、主控系统的硬件构架、软件组成、系统　功能等方面对主控系统集成平台进行了详细介绍，以推动我　国地铁整体综合自动化水平迈向更高的台阶。　关键词广州。地铁，主控系统，综合集成　中图分类号Ｕ　２３１　．９２　Ｔｈｅ　ｉ　ｏｆＭａｉｎＣｏｎｌｒｏｉ　ＳｙｓｔｅｍｉｎＱＩａｎｇ　ｌＭｅｔｒｏＬｉｎｅ　３　Ｌｉａｎｇ　Ｄｏｎｇｓｈｅｎｇ，Ｚｈａｎ　Ｗｅｉｚｈａｏ，Ｗｕ　Ｄｉａｎｈｕａ，Ｗｅｉ　Ｘｉａｏｄｏｎｇ　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｍａｉｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｉｎ　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｍｅｔｒｏ　Ｌｉｎｅ　３，ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ　ｓｕｍｓ　ｕｐ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａｎ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃ　ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄ　ｍａｋｅｓ　ａ　ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ　ｒ￣ｅａｒｃｈ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ａｐ　ｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔ￣－ｎ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｍｅｔｒｏ，　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ，ｍｅｔｒｏ，ｍａｉｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ，ｉｎｔｅｇｒａ—　ｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　Ｆｉｒｓｔ．ａｕｔｈｏｒ’Ｓ　ａｄｄｒｅｓｓ　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｍｅｔｒｏ　Ｄｅｓｉｎｇ＆Ｒ￣ａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，５１００１０，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ。Ｃｈｉｎａ　从２Ｏ世纪９Ｏ年代开始，随着科学技术的进步，　将相关机电系统进行综合集成，实现信息互通和资　源共享成为可能。综合集成是指通过一个统一的软　硬件平台，将中央调度人员和车站值班人员所关心　的监控信息汇集在一起，在统一的软件体系支持下，　形成一个大型的综合自动化监控系统；最终用户可　通过统一的图形化人机界面，更加方便和有效地监　控管理整条线路相关机电系统的运作情况。广州市　地下铁道总公司在地铁３号线工程建设中，总结和　学习了世界轨道交通领域先进技术，大胆创新，提出　了构建地铁综合自动化系统——主控系统。３号线　主控系统是一个几乎覆盖了地铁所有机电系统专业　的信息共享平台。通过构建开放系统和应用系统集　・３４－　成技术，使３号线全线实现资源共享、信息互通，支　持地铁现代化运营管理。　１主控系统的基本设计原则　地铁主控系统监控范围大、涉及层面广，必须满　足一些基本设计原则，才可保证其实施成功。　１．１安全性原则　主控系统尽可能采用成熟的先进技术和完善的　权限管理机制。为保证整个主控系统内部数据的安　全眭，一般将整个主控系统的内部数据作为一个整　体进行设计，外部接人系统的数据需要经过前端处　理器（ＦＥＰ）转化为主控系统的内部数据。将主控系　统与外部接入系统在物理网络连接及数据流上彻底　隔离，以防止外部危险对主控系统的冲击。为保证　系统在极限负荷下的安全性，主控系统应具备雪崩　处理能力。　１．２可靠性原则　为提高系统的可靠性，主控系统的关键设备（网　络交换机、服务器和ＦＥＰ等）及相应软件按照冗余　原则进行设计。此外，主控系统的硬件设备采用符　合国际或行业标准的工业级设备，适应地下相对恶　劣的工作环境。　１．３实时性原则　主控系统本质上是一个大型的计算机网络实时　监控系统。为保证系统的实时性，３号线主控系统　采用了工业级实时以太网技术、实时数据库技术和　实时数据协议转换技术，通过高质量和高性能的软　硬件产品保证了系统的快速响应。　１．４实用性原则　实用性必须以满足运营需要为前提，信息量必　须丰富。通过系统集成平台，３号线主控系统汇集　了大量地铁运营部门电调、环调、行调、维调和值班　调度等工作人员所需的监控信息，不但实现对各接　人机电系统的监控，而且还实现了系统之间的信息　共享和协调互动，从而提高运营管理工作的效率和　维普资讯 http://www.cqvip.com

漂　潮　－　｝　｛　｛．　｝　增强运营紧急情况下的应急处理能力。　１．５经济原则　２　３号线主控系统集成平台的设计　２．１集成和互联的范围　对接入系统的集成，是指接入子系统的全部信　合理控制主控系统的总体成本，关键环节应以　合理投入获得最大化的性能为原则。例如服务器、　骨干网可选取高性价比的设备，以得到良好的性能。　主控系统易于维护。整个系统选用统一、优化的硬　息都是由主控系统传输的，集成系统车站级和中央　级的功能由主控系统（ＭＣＳ）实现。集成系统没有　自己单独的信息传输网络。　所谓对接入系统互联，指接入的系统具有自己　件平台，维修及维护成本将显著降低。　１．６工程化原则　地铁涉及的专业较多。为避免各接入系统与主　控系统的通信协议过于复杂，主控系统和接入系统　之间的通信均采用标准的、开放的通信协议，既易于　工程化实施，又便于采用相同的标准检验。主控系　统是以相关专业完成自身功能为基础，可进一步提　高地铁整体水平的综合监控系统。在庞大、复杂的　地铁工程实施过程中，各相关系统应密切配合，同时　必须制定合理的工程调试计划，确保主控系统的最　终成功实施。　１．７可扩展性原则　为便于地铁线路的扩展，为换乘站或线路间的　互连提供基础条件，主控系统软件及硬件必须预留　一单独的信息传输网络，自身是一个独立系统，可脱离　主控系统单独工作。互联系统只是将一些运营所需　的信息上传主控系统，从而实现各系统之间的信息　互通和协调互动功能。　广州地铁３号线主控系统的集成系统包括变电　所自动化系统（ＰＳＣＡＤＡ）、火灾自动报警系统　（ＦＡＳ）、机电设备监控系统（ＥＭＣＳ）、屏蔽门系统　（ＰＳＤ）、防淹ｆ－Ｉ（ＦＧ）等。互联系统包括广播系统　（ＰＡ）、闭路电视系统（ＣＣＴＶ）、车载信息系统　（ＴＩＳ）、旅客信息显示系统（ＰＩＤＳ）、自动售检票系统　（ＡＦＣ）、信号系统（ＳｌＧ）、时钟系统（ＣＬＫ）等。　２．２主控系统硬件构架　定的可扩展空问，如数据库容量、服务器硬件工作　广州地铁３号线主控系统硬件由主控骨干网　（ＭＢＮ）、中央主控系统（ＣＭＣＳ）、车站主控系统　（ＳＭＣＳ）和车辆段主控系统（ＤＭＣＳ）等组成。主控　系统结构如图１所示。　主控骨干网是一个地理上分散于运营控制中心　（ＯＯＣ）、各车站和车辆段的网络。通过主控骨干　能力、网络流量、子系统接口、增加车站数量、增加服　务器或工作站数量等的扩展能力。同时，主控系统　在早期工程设计时，必须考虑详细、可行的系统扩展　解决方案，制定出扩展步骤、注意事项、可能问题的　解决方法等，并对其进行工程化评估。　共ｌ８个车站　●‘●－－●…‘●‘●●●　ｔ图ｌ　３号线主控系统结构示意图　・　３５　・　维普资讯 http://www.cqvip.com

潼　雨辄：疆。　：疆疆’；　｛　。　｛　网，将中央局域网和站级局域网连接在一起，实现整　个网络上的信息传输。骨干网在主控系统中处于极　为重要的位置。３号线采用德国ＨＩＲＳＣＨＭＡＮＮ　公司的工业级千兆以太网交换机组成主控系统冗余　骨干环网。它是由双环光纤连接分布在各车站和中　央的ＨＩＲＳＣＨＭ　Ｎ工业级实时以太网交换机组　成。中央交换机采用ＭＡＣＨ３００５双套冗余配置，站　级交换机为ＭＡＣＨ３００２双套冗余配置。通过各自　的千兆以太网光纤端口，各交换机以隔站跳接的方　式组成全线骨干环网。主控系统骨干网共有２０个　节点（１个控制中心、ｌ８个车站、１个车辆段）。该双　环千兆以太网遵从ＩＥＥＥ　８０２．３协议，并遵从　ＨＩＲＳ－Ｃ　，ＩＡＮＮ以太网双光纤自愈环协议。主干　网的最大数据传输带宽为１　０００　Ｍｂｉｔ／ｓ。主控骨干　网既可以克服单环中出现的单点故障，实现不大于　５００　ｍＳ的自动愈合恢复；又可克服网络类多点故　障，实现双环之问的环问切换。　中央级主控系统（ＣＭＣＳ）位于。　，以中央局　域网为基础。中央配置的冗余实时和历史服务器、　各调度员终端、ＦＥＰ、大屏幕（ＯＰＳ）等设备，皆通过　以太网接口接人中央局域网络，然后通过全线骨干　网收集各站点上传的监控信息，向各站点下达相关　的控制命令。　车站级主控系统（ＳＭＣＳ）位于车站，以车站局　域网为基础。车站配置的冗余实时服务器、车站值　班工作站、ＦＥＰ等设备，皆通过以太网接口接入车　站局域网，然后通过全线骨干网向ＣＭＣＳ上传本站　的监控系统，接收ＣＭＣＳ下达的相关控制命令。此　外，在车站控制室还设置综合后备盘（ＩＢＰ）。紧急　情况下，车站值班人员可通过ＩＢＰ盘实现对本站关　键设备的紧急后备手动控制。　车辆段主控系统（ＤＭＣＳ）位于车辆段，以车辆　段局域网为基础。车辆段是当作一个特殊站点进行　考虑的，其硬件配置与车站类似。　接入系统较多是主控系统的一大特点。由于各　接入系统与主控系统的通信协议难以保证完全统　一，因此３号线主控系统专门配置一对冗余的ＦＥＰ。　ＦＥＰ负责与各相关接入系统的数据隔离和协议转　换。ＦＥＰ按照接口双方规定的、开放的、软件解码　的软件协议，如ＭＯＤＢＵＳ／ｒｃＰＩＰ和ＩＥＣ６０８７０—５　—１０４等开放协议，将各相关系统不同格式的实时　数据转换成为主控系统的内部统一格式数据；然后　再上传主控系统车站和中心服务器进行处理和存　・　３６　・　｛　｛．　睾　；　ｌ　：　ｌ　储，同时将主控系统下达的命令转换成各相关系统　可理解的格式后下传到各接入系统。　２．３主控系统软件组成　广州地铁３号线主控系统选用法国泰雷兹信息　系统有限公司（ＴＨＡＬＥＳ—ＩＳ）的大型数据采集与监　控软件ＳＣＡＤＡＳｏｆｔ作为其核心软件。ＳＣＡＤＡＳｏｆｔ　处于整个地铁自动化的顶层，是一个功能丰富、结构　复杂的大型ＳＣＡＤＡ软件。此软件核心内核可以根　据业主的需求进行功能定制与开发，易于进行移植。　首先，３号线主控系统软件集成平台采用　“ＵＮＩＸ＋ＷＩ　Ｄ（）ＷＳ　ＸＰ＋ｖｘＷＯＲＫＳ”的软件　架构。实时服务器和历史服务器的软件平台选用　ＵＮＩＸ平台；操作员工作站及人机界面软件采用　ＷＩＮＤＯＷＳ　ＸＰ平台；ＦＥＰ主要完成与不同子系统　的数据转换与信息交互，不仅要求实时快速，而且要　求简单可靠，故其采用嵌入式系统软件平台　Ｖ）　嘲ＫＳ。　其次，３号线主控系统采用模块化的软件设计　架构，采用ＣＯＲＢＡ中间件的软总线技术。模块化　软件架构使得软件内核之间的结构清晰，接口明确，　易于完成软件的分布式服务（如分布式的输入／输出　服务、报警服务、历史趋势服务、列表服务、报表服务　等），易于进行软件移植与应用开发，易于软件故障　诊断。ＣＯＲＢＡ中间件的软总线技术通过中间件屏　蔽了通讯底层接口的复杂性，易于实现跨系统平台　（ＵＮＩＸ系统、ＷＩＮＤＯＷＳ　ＸＰ系统）、跨网络及硬件　的软件通讯，使应用软件的内部数据流更清晰，各种　服务与客户端之间可更方便地交互所需要的数据。　最后，３号线主控系统的人机界面部分采用　ＡＮＩＭＡＴＯＲ图形软件。ＡＮＩＭＡＴＯＲ支持高实时　性要求的各种图形显示，支持动画处理，可按照图形　类的方式处理各种图形对象（需要与软件的设备类　相配合），可直接支持ＡＵＴＯＣＡＤ格式的电子文件　图形，支持矢量化、高比率的图形无级缩放功能等。　２．４主控系统功能设计　主控系统本质上是一个集成和互联系统的信息　共享平台。集中监控、实现系统之问信息共享和协　调互动是３号线主控系统的两大主要功能。　２．４．１集中监控功能　３号线主控系统通过对车站主要机电系统的集　成，实现了对地铁运营与行车指挥、防灾和安全，以　及乘客服务等相关信息的集中监控功能，主要包括：　电力监控的遥控、遥信、遥测和遥调；火灾报警信息　维普资讯 http://www.cqvip.com

演｝｛＿潮　醛　。　｝　｝　｝　气、武力威胁等突发事件发生时相关系统的联动。　（５）相关系统发生重大设备故障情况下系统应　急处理的联动等。　的监视；地铁车站环境参数的监视、车站环控设备和　隧道通风设备的监控；屏蔽门和防淹门设备运行状　态的监控；客流信息和自动售检票设备状态信息的　监视；在线列车实际位置的实时监视；与运营相关的　车站显示和车载显示系统信源的编辑；广播系统的　播出控制；闭路电视监视画面的切换；中央大屏幕的　全线监视；车站控制室的后备紧急控制等。　２．４．２协调互动功能　３结语　３号线主控系统目前已进入现场调试阶段，工　程正按照既定的工期计划向前稳步推进。在国内地　铁工程项目中，３号线主控系统第一个将国际先进　通过主控系统集成平台，３号线主控系统实现　水平的综合集成技术应用到实际工程项目，为我国　城市轨道交通的建设做出了有益尝试。它将推动我　国地铁整体综合自动化水平迈向一个更高的台阶。　了相关机电系统之间的信息共享和协调联动。这部　分功能在以往分立监控模式下是难以实现的，主要　包括：　（１）正常运营情况下各相关系统的协调联动。　例如早间启运和晚间停运时车站设备监控系统　（ＢＡＳ）以及ＰＡ、ＣＣＴＶ、ＰＩＤＳ等系统之间相应的联　动和列车到站时自动广播等。　（２）在火灾情况下各相关系统的协调联动。例　如车站公共区、设备房发生火灾，列车在隧道发生火　灾等情况下，ＦＡＳ、ＢＡＳ、ＰＳＣＡＤＡ、ＰＡ、ＣＣＴＶ、ＰＩＤＳ　等系统之间相应的联动。　（３）列车在隧道阻塞时ＢＡＳ、ｃｃｒｖ、ＰＩＤＳ等系　统之问的相应联动。　参考文献　［１］魏晓东．城市轨道交通自动化系统与技术［Ｍ］．北京：电子工　业出版社，２００４．　［２］ＧＢ　５０１５７—２００３地铁设计规范［ｓ］．　．　［３］马国华．监控组态软件及其应用［Ｍ］．北京：清华大学出版社．　２００１．　［４］Ｂｅｈｒｏｕｚ　Ａ　Ｆｏｒｏｕｚａｎ．数据通信与网络［Ｍ］．北京：机械工业出　版社．２００２．　［５］广州地下铁道总公司．广州地铁综合自动化集成系统科研报告　［Ｒ］．广州：广州地下铁道总公司，２００１．　［６］吴新平，董德存．城市轨道交通信息集中监控系统的设计与实　现［Ｊ］．城市轨道交通研究，２００５（４）：４７．　（４）突发事件情况下的联动。如台风、暴雨、毒　（收稿日期：２００６　０２—１７）　上海轨道交通３号线ＡＴＣ信号系统全线开通　近日，由中国铁路通信信号集团公司合资企业——卡斯柯信号有限公司和阿尔斯通公司共同承建的上　海轨道交通３号线ＡＴＣ（列车自动控制）信号系统全线开通，正式投入运营。　上海轨道交通３号线全长４０．５　ｋｍ，是国内目前轨道交通单线距离最长和运营车站最多的轨道交通线　路。其运营控制中心（０ＣＣ）与既有的上海轨道交通４号线合用。　该线一期工程ＡＴＣ信号系统于２００４年６月１０日正式投入运行。其二期工程（北延伸段）与一期工程　信号系统均采用基于ＵＲＢＡＬＩＳ　２００技术的ＡＴＣ系统，其中包括轨旁ＳＡＣＥＭ、车载ＳＡＣＥＭ、ｓＤＴＣ（智能数　字轨道电路）、ＶＰＩ２（车站计算机联锁）、ＡＴＳ（列车自动监控）等５个子系统。　卡斯柯信号有限公司全面负责上海轨道交通３号线ＡＴＳ系统和车辆基地ＶＰＩ系统的实施，并负责所有　车站ｖＰＩ２计算机联锁系统，以及智能轨道电路、轨旁ＳＡＣＥＭ系统、车载ＳＡＣＥＭ系统的大部分应用设计、　现场安装督导和系统调试等工作。　上海轨道交通３号线与４号线有９座共用车站，构成了国内首创的、独特的、直线加环线的“共线运营”　模式，这在安全上对ＡＴＣ系统提出了更高的要求。在卡斯柯信号有限公司技术人员的精心调试下，上海轨　道交通３号线和４号线的ＡＴＣ系统不仅实现了“共线运营”的目标，而且还在轨道交通３号线北延伸段突破　了ＡＴＳ的技术难点，实现了ＡＴＳ与ＡＴＰ同步开通，从而大大缩短了工程调试时间，在只有不到７个月的时　间内，就圆满地完成了３号线北延伸段工程。　（摘自２００７年ｉ月１０日《人民铁道报》，作者王冬、周文龙）　・３７・