城市軌道交通控制系統(tǒng)—體化解決方案的探討 (林泓城軌2班)2

1、城市軌道交通控制系統(tǒng)一體化解決方案的探討封面摘要本文根據(jù)我國(guó)城市軌道交通控制系統(tǒng)的實(shí)際情況，提出了許多城市軌道交通分離控制系統(tǒng)都存在的問(wèn)題，引出了城市軌道智能交通控制的系統(tǒng)集成觀點(diǎn)，探討城市軌道交通控制系統(tǒng)一體化的解決方案。其中，城市軌道交通分離控制系統(tǒng)所存在的問(wèn)題，著重說(shuō)明了分離系統(tǒng)與系統(tǒng)(設(shè)備)之間數(shù)據(jù)接口和控制關(guān)系，系統(tǒng)之間傳輸?shù)男畔⒘坑邢?，系統(tǒng)之間聯(lián)鎖關(guān)系單一，使用分離的機(jī)電設(shè)備控制系統(tǒng)，需投入大量的人員管理，并且維護(hù)系統(tǒng)，增加了運(yùn)營(yíng)成本。隨著3C（Computer、Communication、Control）技術(shù)的發(fā)展，新型城市軌道交通列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)以利用3C技術(shù)代替了以軌道電路為

2、核心的技術(shù)，誕生了城市軌道智能交通系統(tǒng)（ITS - UMT）。城市軌道智能交通系統(tǒng)（ITS - UMT）主要技術(shù)是系統(tǒng)集成技術(shù)，利用系統(tǒng)集成技術(shù)的兩種不同結(jié)構(gòu)，引出了我的兩個(gè)觀點(diǎn)：系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化觀點(diǎn)和信息集成化觀點(diǎn)。在本文中，我詳細(xì)的介紹了這兩種觀點(diǎn)的原理，且分析了這兩種觀點(diǎn)的優(yōu)劣，并附圖加以說(shuō)明。我對(duì)這兩種觀點(diǎn)進(jìn)行了比較，提出它們分別適用于不同需求的城市軌道交通?！娟P(guān)鍵詞】 控制系統(tǒng) 智能交通 系統(tǒng)集成 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化AbstractAccording to our country city orbit traffic control system of the actual situation,

3、put forward a lot of city rail traffic control system are the problems, led to the city track traffic control system integration point of view, explore the city rail traffic control system integration solutions.One, city orbit traffic separation control problems in the system, emphatically explains

4、the separation system and system ( equipment ) between the data interface and control relationship between the amount of information transmission, system, system of interlocking between single, isolated using mechanical and electrical equipment control system, to be put in a lot of personnel managem

5、ent, and maintenance system, increase operation cost.With the 3C ( Computer, Communication, Control ) technology development, new city railway transportation train operation control system using 3C technology to replace a track circuit as the core technology, the birth of city railway intelligent tr

6、ansportation system ( ITS - UMT ). City railway intelligent transportation system ( ITS - UMT ) is the main technology system integration technology, the system integration technology of two different structure, brings me to my two point: system and network perspectives and information integration p

7、erspective.In this paper, I introduced these two kinds of viewpoints of theory, and analysis of these two kinds of viewpoints is illustrated, and the. The two views are compared, put forward they are applicable to the different needs of city track traffic.【Key word】 Control system Intelligent transp

8、ortation System integration System network目錄摘要關(guān)鍵詞引言現(xiàn)代城市的發(fā)展表明城市交通在城市發(fā)展與城市化進(jìn)程中起到了極其重要的作用。根據(jù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)，改善城市交通緊張狀況最行之有效的方法就是發(fā)展高層次、立體化、大運(yùn)量的快速軌道交通系統(tǒng)，充分發(fā)揮公共交通的優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)城市交通與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。而城市軌道交通是解決現(xiàn)代城市交通擁擠、保護(hù)城市生態(tài)環(huán)境的有效途徑，在世界許多國(guó)家的城市交通中得到廣泛的應(yīng)用。我國(guó)也有許多城市已建或籌建軌道交通，已成為解決城市交通問(wèn)題的必然發(fā)展趨勢(shì)。城市軌道交通是一個(gè)復(fù)雜、龐大的系統(tǒng)工程，涉及到的大小專(zhuān)業(yè)上百個(gè)，涵蓋土

9、木工程、建筑、機(jī)械、電機(jī)電器、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、通信、信號(hào)等領(lǐng)域。隨著3C（Computer、Communication、Control）技術(shù)的飛躍發(fā)展，新型城市軌道交通列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)以利用3C技術(shù)代替了以軌道電路為核心的技術(shù)，它具有安全性和可靠性高、穩(wěn)定性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)，為解決軌道交通控制系統(tǒng)的一體化問(wèn)題提供了技術(shù)的基礎(chǔ)。但由于我國(guó)城市軌道交通建設(shè)速度較慢，使得國(guó)產(chǎn)信號(hào)設(shè)備技術(shù)水平較低，只能提供配套設(shè)備，系統(tǒng)的研制條塊分割，不能提供一體化的完整的系統(tǒng)，所以如何實(shí)現(xiàn)城市軌道交通控制系統(tǒng)體化已成為軌道交通亟待解決的重大技術(shù)問(wèn)題。一、分離控制系統(tǒng)及存在的問(wèn)題在城市軌道交通的所以控制系統(tǒng)中，具

10、有代表性的系統(tǒng)有：信號(hào)系統(tǒng)(ATC)、環(huán)境控制系統(tǒng)(EMCS)、防災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)(FAS)、電力監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)(AFC)、屏蔽門(mén)系統(tǒng)(PDS)、環(huán)控設(shè)備(ECS)、通訊系統(tǒng)、電視監(jiān)控(CCTV)、電扶梯、照明和給排水等，在我國(guó)已建成并投人運(yùn)營(yíng)的軌道交通中，這些系統(tǒng)均為分離的獨(dú)立系統(tǒng)，系統(tǒng)之間的聯(lián)鎖關(guān)系僅限于簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)接口(1NTERFACE)或繼電器接口，傳輸?shù)男畔⒘坑邢?。系統(tǒng)之間的關(guān)系如圖1所示。典型車(chē)站設(shè)備控制系統(tǒng)SCADAFASEMCSECSAPCPDSATC廣播氣體滅火照明給排水電扶梯圖1 分離系統(tǒng)與系統(tǒng)(設(shè)備)之間數(shù)據(jù)接口和控制關(guān)系圖中是以典型地鐵車(chē)站所需控制系統(tǒng)

11、為例，說(shuō)明的只是各系統(tǒng)之間的聯(lián)系。在軌道交通中，運(yùn)營(yíng)需求面對(duì)所有系統(tǒng)是一個(gè)統(tǒng)一的整體，當(dāng)發(fā)生某一事件時(shí)，必須在有限的時(shí)間內(nèi)通過(guò)系統(tǒng)之間的邏輯聯(lián)鎖關(guān)系處理所發(fā)生的事件，而這正是分離的獨(dú)立系統(tǒng)缺陷所在?？梢?jiàn)，使用分離的獨(dú)立系統(tǒng)主要存在以下幾方面的問(wèn)題： 系統(tǒng)之間傳輸?shù)男畔⒘坑邢?，不能完全?shí)現(xiàn)所有系統(tǒng)之間的聯(lián)鎖關(guān)系，且可靠性差。 系統(tǒng)之間聯(lián)鎖關(guān)系單一，不能完全滿足現(xiàn)代運(yùn)營(yíng)的需求。 使用分離的機(jī)電設(shè)備控制系統(tǒng)，在運(yùn)營(yíng)中要投入大量的人員管理，并且維護(hù)系統(tǒng)，增加了運(yùn)營(yíng)成本。二、智能交通控制系統(tǒng)的產(chǎn)生隨著全球信息化浪潮的到來(lái)，經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的蓬勃發(fā)展，對(duì)城市軌道交通的安全性、舒適性提出了更高的要求，管理人員也要

12、求更加簡(jiǎn)單、直觀、全面地掌握系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，而新興的智能交通系統(tǒng)技術(shù)，也為城市軌道智能交通系統(tǒng)（ITS - UMT）的產(chǎn)生奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。城市軌道智能交通系統(tǒng)（ITS - UMT）是在較完善的基礎(chǔ)設(shè)施（包括線路、車(chē)站和通信等）之上，將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)以及計(jì)算機(jī)處理技術(shù)等有效地綜合運(yùn)用于整個(gè)運(yùn)輸體系，將彼此孤立的各類(lèi)控制系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)有機(jī)地連接在一起，并建設(shè)智能綜合監(jiān)控中心，監(jiān)控和協(xié)調(diào)各相關(guān)子系統(tǒng)的工作，充分提高各類(lèi)系統(tǒng)的工作效率，提高綜合決策水平，降低城市軌道運(yùn)營(yíng)成本，為乘客提供一個(gè)便利、快捷、舒適的乘車(chē)環(huán)境，并在災(zāi)害發(fā)生的情況下最大限度的保護(hù)人的

13、生命和財(cái)產(chǎn)安全，實(shí)現(xiàn)“高安全、高效率、高品質(zhì)服務(wù)”的智能型城市軌道交通系統(tǒng)。城市軌道智能交通系統(tǒng)（ITS - UMT）是一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的城市軌道運(yùn)輸綜合管理系統(tǒng)，其目的是使乘客、列車(chē)、線路密切地配合、和諧地統(tǒng)一，最大程度地提高城市軌道交通運(yùn)營(yíng)效率、保障運(yùn)營(yíng)安全、改善環(huán)境質(zhì)量和提高能源利用率。三、智能交通控制的系統(tǒng)集成城市軌道智能交通系統(tǒng)（ITS - UMT）主要技術(shù)是系統(tǒng)集成技術(shù)，從整個(gè)系統(tǒng)的角度出發(fā)，把這些分散的子系統(tǒng)有效的集成起來(lái)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)子系統(tǒng)之間的信息交互和共享，使得各部分子系統(tǒng)之間相互配合建立一個(gè)全面、安全、高效、綜合的智能化系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)城市軌

14、道交通系統(tǒng)協(xié)調(diào)高效運(yùn)作，才能最終實(shí)現(xiàn)城市軌道智能交通系統(tǒng)與城市道路智能交通系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合，共同建立為公眾提供最便利、最全面的城市交通服務(wù)體系。從技術(shù)的發(fā)展情況看，系統(tǒng)集成技術(shù)主要有兩種不同結(jié)構(gòu)（觀點(diǎn)）： 第一種結(jié)構(gòu)：是將全線的每一個(gè)車(chē)站所需集成系統(tǒng)設(shè)置為該局域網(wǎng)的子系統(tǒng)，全線通過(guò)每個(gè)站的路由器構(gòu)成廣域網(wǎng)，我稱(chēng)其為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化觀點(diǎn)。 第二種結(jié)構(gòu)：是將全線設(shè)置為局域網(wǎng)絡(luò)，信息的分析和處理主要集中在控制中心(OCC)，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備則通過(guò)總線方式連接，我稱(chēng)其為信息集成化觀點(diǎn)。3.1、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化觀點(diǎn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的觀點(diǎn)是將全線以車(chē)站為單位劃分為若干個(gè)局域網(wǎng)(LAN)，每一個(gè)局域網(wǎng)有一套自己完整的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，包括

15、：Server、Second Server、Switch、Router、Operator Workstation、PLC等。全線通過(guò)各站路由器(Router)連接形成一個(gè)廣域網(wǎng)，所有信息的集成是在兩個(gè)層次上實(shí)現(xiàn)的即：主控級(jí)和車(chē)站級(jí)。車(chē)站級(jí)的Server、Second Server、Switch、Router、Operator Workstation、PLC等設(shè)備，通過(guò)冗余的10100Mbps以太網(wǎng)連接，采用TCPIP協(xié)議。如圖2所示。圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化集成結(jié)構(gòu)服務(wù)器采用Windows NT或UNIX操作系統(tǒng)，以O(shè)RACLE數(shù)據(jù)庫(kù)為平臺(tái)存儲(chǔ)、處理該站所有集成子系統(tǒng)的信息，車(chē)站發(fā)生事件的連鎖關(guān)系以及

16、與控制中心(OCC)聯(lián)系由該服務(wù)器執(zhí)行。為了提高系統(tǒng)的可靠性，在每一個(gè)局域網(wǎng)(LAN)中使用“熱備”兩臺(tái)服務(wù)器，主備服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)同步，以保持系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性。主控級(jí)通過(guò)中心交換機(jī)與廣域網(wǎng)連接，且使用具有強(qiáng)大處理數(shù)據(jù)能力、熱備方式的gR務(wù)器系統(tǒng)，服務(wù)器宜采用UNIX操作系統(tǒng)和大型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)為平臺(tái)，主要進(jìn)行全線的數(shù)據(jù)分析、處理以及各局域網(wǎng)(車(chē)站級(jí))之間邏輯連鎖關(guān)系的分析。此方式構(gòu)成的集成系統(tǒng)，主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 車(chē)站級(jí)使用局域網(wǎng)(LAN)將各子系統(tǒng)連接，子系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)了“無(wú)縫”連接，接口簡(jiǎn)單、明了，便于系統(tǒng)調(diào)試。 以車(chē)站為單位將全線劃分若干局域網(wǎng)(LAN)，每個(gè)局域網(wǎng)中有完整軟件、硬件，

17、系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，因此具有較好的擴(kuò)展陛。 由于局域網(wǎng)相對(duì)獨(dú)立，與控制中心的信息交換僅限于車(chē)站子系統(tǒng)中變化信息(參數(shù))，因此每個(gè)車(chē)站的局域網(wǎng)可相對(duì)刊域網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，系統(tǒng)具有較高的可靠性和可維護(hù)性。 每個(gè)局域網(wǎng)具有自己完整的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和“熱備”服務(wù)器系統(tǒng)，因此具有強(qiáng)大的分析、處理和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)能力，適用于控制和監(jiān)測(cè)對(duì)象相對(duì)復(fù)雜、子系統(tǒng)多、集成度要求高的地鐵工程。 便于與其他系統(tǒng)的連接。 由于整個(gè)系統(tǒng)使用了較多的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和服務(wù)器系統(tǒng)，帶來(lái)了投資大，工程造價(jià)高等問(wèn)題。3.2、信息集成化觀點(diǎn)信息集成化的觀點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的是信息集中和管理統(tǒng)一。如圖3所示。圖3 信息集成化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可根據(jù)設(shè)備種類(lèi)和功能需求將全線劃分為兩部分：控

18、制中心級(jí)和車(chē)站級(jí)?？刂浦行募?jí)以“熱備”方式設(shè)具有全線的數(shù)據(jù)分析、處理、存儲(chǔ)能力的服務(wù)器(Server、Second-Server)和Switch、Router、OperatorWorkstation等設(shè)備，控制中心根據(jù)需求設(shè)置為控制中心局域網(wǎng)(LAN)，再通過(guò)路由器(Router)與車(chē)站級(jí)的主可編程邏輯控制器(PLC)構(gòu)成廣域網(wǎng)。全線月盼器宜采用UNIX操阼系統(tǒng)，以O(shè)RACLE數(shù)據(jù)庫(kù)為平臺(tái)。所有數(shù)據(jù)分析、處理以及車(chē)站級(jí)與車(chē)站級(jí)之間的邏輯連鎖關(guān)系的分析都集中在控制中心系統(tǒng)處理。車(chē)站級(jí)的主要設(shè)備有冗余的主PLC和路由器(Router)、OperatorWorkstation等，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過(guò)總線方式

19、(如CAN、DH+等)與該級(jí)的主PLC連接，所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)則通過(guò)該級(jí)的主PLC傳輸?shù)娇刂浦行?，子系統(tǒng)的邏輯連鎖關(guān)系由主PLC執(zhí)行，車(chē)站級(jí)的OperatorWorkstation用于工作人員的實(shí)際操作和系統(tǒng)管理，使用Windows操作系統(tǒng)。此方式構(gòu)成的集成系統(tǒng)，有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)： 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制對(duì)象少，便于安裝、調(diào)試和維護(hù)工作。 信息高度集成，減少了管理人員數(shù)量，降低運(yùn)營(yíng)成本。 由于車(chē)站級(jí)使用了主PLC控制器，相對(duì)服務(wù)器系統(tǒng)更有利于邏輯運(yùn)算，適用于控制對(duì)象少、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、投資總額低的輕軌工程。 由于信息的高度集中，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，不利于系統(tǒng)的擴(kuò)展。結(jié)束語(yǔ)兩種結(jié)構(gòu)的城市軌道智能交通控制的

20、系統(tǒng)集成，都避免了分離控制系統(tǒng)的弊病，做到了信息集成，各系統(tǒng)之間的實(shí)現(xiàn)了一體化“無(wú)縫”連接。在這兩種不同結(jié)構(gòu)的集成系統(tǒng)中，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的集成系統(tǒng)具有完善的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大處理數(shù)據(jù)能力的服務(wù)器系統(tǒng)，因此更適用于控制監(jiān)測(cè)對(duì)象多、投資規(guī)模大、分多期建沒(méi)的地鐵工程；而信息集成化的系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用冗余方式的主PLC系統(tǒng)，適用于控制和管理對(duì)象少、要求設(shè)備智能化程度高、投資規(guī)模不大的輕軌工程。這兩種結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)集成是目前解決軌道交通控制系統(tǒng)的一體化問(wèn)題的有效方案，國(guó)內(nèi)外許多廠家都在積極研究和探討中。使用何種結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)集成，應(yīng)結(jié)合自己城市的實(shí)際情況和投資規(guī)模以及兩種結(jié)構(gòu)綜合考慮來(lái)決定，不能一味追求大而全的集成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，否則帶來(lái)系統(tǒng)可靠