項目1.3-認識綜合監(jiān)控系統(tǒng)

項目一2021.3任務三了解綜合監(jiān)控系統(tǒng)設備組成2013年某月某日早高峰，大風，地鐵高架線路OCC中心值班主任來到調度臺，囑咐幾位調度員“注意大風天氣”?？刂浦行牡母鲗I(yè)調度員通過綜合控制系統(tǒng)監(jiān)視全線的環(huán)境、災害、乘客、供電及主要機電設備的運行情況，通過各種調度員工作站和大屏幕以圖形、圖像、表格和文本的形式顯示出來。監(jiān)控人員是通過什么樣的設備來做到不在現場卻能夠監(jiān)視現場的環(huán)境和工作狀態(tài)的呢？情境導入相關知識 一、硬件組成二、綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件三、綜合監(jiān)控系統(tǒng)性能四、綜合監(jiān)控系統(tǒng)對子系統(tǒng)接入方式五、綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成方案一、硬件組成

4.1.1工控機 4.1.2服務器 4.1.3磁帶機和磁盤陣列 4.1.4前端處理器 4.1.5綜合后備盤1.1工控機

工控機即工業(yè)控制計算機，它是一種加固的增強型個人計算機，可以作為一個工業(yè)控制器在工業(yè)環(huán)境中可靠運行。工控機是專門為現場設計的計算機，由計算機基本系統(tǒng)和過程I/O系統(tǒng)組成。城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)工控機的特點是：一般采用高強度鋼材制作，具有較好的抗沖擊和抗電磁干擾的性能；一般采用“無源底板加主板”的結構，當主板發(fā)生故障時，簡單地將其拔起更換即可，方便系統(tǒng)升級；裝有風扇、耐振動，適應現場復雜環(huán)境；工控機具有自診斷功能；設有看門狗定時器，因故障死機時，無須人的干預可自動復位；開放性和兼容性好，可直接運行計算機的各種應用軟件；可配置實時操作系統(tǒng)，便于多任務的調度和運行。打開前面板，可以看到光驅、軟驅、電源開關以及報警復位按鈕。一般情況下，為防止對工控機的電源和復位按鈕進行錯誤操作，或者認為破壞，工作站正常工作時應該關上前面板。前面板上各狀態(tài)燈含義如下：PWR：電源指示燈，正常時亮綠燈，當冗余電源有一個出故障時變?yōu)榧t燈。FAN：風扇運轉指示燈。TEMP：溫度指示燈，機箱內超過60攝氏度時，亮紅燈會報警。HDD硬盤指示燈。需要注意，接入雙屏顯示器時，應將顯示器接入雙屏卡的顯示器接口，不要接入工控機自帶的顯示器接口。操作員工作站配置的板卡包括：SCSI卡、雙屏顯示卡、網絡適配卡、視頻卡、聲卡和USB接口。如果有專用驅動，應在開機后按照驅動程序。所有板卡都會占用一些系統(tǒng)資源，因此在插入板卡之前都應設置合適的I/O地址，中斷等，確保不與其他硬件沖突。另外，板卡在系統(tǒng)中的優(yōu)先級不同，例如SCSI卡的優(yōu)先級最高，如果它需要的資源得不到保證，系統(tǒng)硬盤就可能無法正常工作，從而導致系統(tǒng)無法正常工作。因此，一旦板卡在底板上的安裝位置以及順序已經設置好，一般不得隨意調整。安裝順序一般的安裝順序為：SCSI卡、視頻卡、雙屏顯示卡、聲卡、USB線、網絡適配卡。1.2服務器

在軌道交通中，服務器是綜合監(jiān)控系統(tǒng)的中樞，主要包括有車站實時服務器、中央級實時服務器和中央級歷史服務器。車站實時服務器主要運行本站的實時數據庫，負責數據采集、分析、計算、存儲等。由于數據量比較少，可采用性能較低的服務器，例如HPrx2600。中央級實時服務器和中央級歷史服務器因為涉及全線路數據的運算，數據量大，一般采用級別較高的服務器。1.3前端處理器

簡稱FEP，又稱互聯(lián)開關、通信控制器。FEP負責與相連系統(tǒng)的周期數據巡檢和協(xié)議轉換，定期查詢各子系統(tǒng)的數據，完成協(xié)議轉換，將各種不同格式的實時數據轉換成主控系統(tǒng)的內容數據對象格式，提交給服務器，同時FEP向需要數據的操作站和歷史服務器等提供實時數據。1.4綜合后備盤

1、綜合后備盤的組成IBP盤劃分為8個監(jiān)控系統(tǒng)分區(qū)，如圖4-1所示，各分區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)分區(qū)包括：

1、信號系統(tǒng)（ATS）

2、安全門系統(tǒng)（PSD）

3、自動售檢票系統(tǒng)（AFC）

4、電/扶梯系統(tǒng)

5、牽引供電系統(tǒng)（750V，GDZ）

6、車站緊急通風系統(tǒng)

7、隧道緊急通風系統(tǒng)

8、IBP盤綜合區(qū)信號系統(tǒng)ATS安全門系統(tǒng)PSD自動售檢票系統(tǒng)AFC電/扶梯系統(tǒng)牽引供電750V,GDZ車站緊急通風隧道緊急通風系統(tǒng)IBP盤綜合區(qū)不間斷電源使用不間斷電源（簡稱UPS）能夠對電網和用電設備進行隔離，避免負載對電網產生干擾，又避免電網中的干擾影響負載。正常情況下，市電直接經過UPS整流、逆變后供給負載設備，同時對UPS中的電池組進行充電，市電故障情況下，由電池組釋放電能，經UPS逆變后繼續(xù)對設備供電。從而能夠為綜合監(jiān)控系統(tǒng)提供一段供電后備時間。大屏幕投影系統(tǒng)大屏幕投影系統(tǒng)簡稱OPS，主要由大屏幕投影墻、主從多屏處理器和顯示墻應用管理系統(tǒng)構成。通過大屏幕能夠實現對整條線路的全部車站（包括車輛段停車場）和區(qū)間隧道的監(jiān)控顯示，實現對全線各監(jiān)控子系統(tǒng)的實時監(jiān)控。目前世界上流行的拼接控制系統(tǒng)主要有三種類型：硬件拼接系統(tǒng)、軟件拼接系統(tǒng)、軟件與硬件結合的拼接系統(tǒng)。交換機MACH3005交換機為例：交換機的組成包括電源模塊、風扇、基板、路由/介質模塊等。多個電源模塊的設置能夠具有一定程度的電源冗余功能，風扇用于散熱，基本上安裝有不同的模塊，可以實現不同的網絡功能，路由/介質模塊設置有不同的端口比如光纖接口、電纜接口和數量較大的IP接口。接口轉換器在信息傳遞過程中有時需要把一種接口標準轉換成另一種接口標準，這就需要接口轉換器。常見的接口轉換器有光電轉換器、串口轉換器和串口轉光纖轉換器等。光電轉換器能夠把電信號轉換為光信號也可將光信號轉換為電信號。串口轉換器常常在延長通信距離時用到，常見的串口轉換器有：RS-232/RS-485/RS-422轉換器、RS-232/RS-485轉換器、RS-232/RS-422轉換器等。二、綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件

2.1組成 2.2綜合監(jiān)控系統(tǒng)人機界面2.1綜合監(jiān)控系統(tǒng)人機界面

綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件為用戶提供統(tǒng)一的、友好的人機交互界面（HMI），來實現對現場設備的監(jiān)控，保證地鐵線路的穩(wěn)定運營。綜合監(jiān)控系統(tǒng)HMI主要由以下部分構成：1.

HMI主框架2.系統(tǒng)對話框3.設備對話框4.事件及報警管理5.幫助功能6.各子系統(tǒng)系統(tǒng)功能2.2一般原則與標準在中央控制室，車站控制室及車輛段、停車場控制室內，各操作員的工作站上采用一套統(tǒng)一和使用友好的圖形用戶界面，讓各操作員可藉此更方便及有效率地操作及監(jiān)控各系統(tǒng)。HMI根據人機工程學原理，采用字母、數字、字符、彩色圖表進行靜態(tài)及動態(tài)顯示，顯示是連貫、一致和清晰的。HMI更具有包含了各類豐富工程圖形的圖形庫，此圖形庫還可按用戶的具體要求進行增加和優(yōu)化。一般原則與標準

人機界面采用統(tǒng)一的圖形用戶界面，用層次化、生動豐富的畫面，諸如：動態(tài)畫面、多層次畫面等，將系統(tǒng)和各子系統(tǒng)接線圖、總貌圖、流程圖、趨勢圖等顯示出來。人機界面的啟動包含以下內容：啟動、登錄、注銷、退出。1.人機界面色彩顯示原則人機界面的顯示顏色保持一致性，如紅色代表報警、亮灰色代表停止/未選中、綠色代表正常/選中、背景則采用中亮度的暗灰色（R:192，G:192，B:192）,控制面板、按鈕的背景顏色為淡灰色（R：229，G：229，B：229），字體顏色為黑色（R：0，G：0，B：0）等等。在事件發(fā)生時人機界面通過畫面色彩的閃爍、聲光報警等多種手段把發(fā)生的事件迅速通知操作員，并提出相應的可選擇性的處理建議和提示。2.人機界面菜單設置原則根據ISCS層次結構、組織體系，系統(tǒng)的菜單結構保持邏輯性和簡單性。在緊急情況下必須使用的功能，其菜單項始終保持在屏幕固定區(qū)域，以便在任何時候都可以直接進入。3.人機界面圖形顯示原則所有ISCS的各個操作員操作站均采用統(tǒng)一、標準的圖形用戶界面，并具有一致的顯示界面和操作風格。圖形畫面支持信息的分層展現，通過圖形的分層和動態(tài)縮放技術，將監(jiān)視畫面的總貌和細節(jié)設計為不同的圖層。人機界面提供基于窗口的，友好的圖形編輯器，用于建立圖形顯示界面。4.人機界面文字顯示原則在操作員操作站上出現的任何文字包括信息、提示、幫助、對象標識等都采用漢字（簡體中文）表示，采用統(tǒng)一的國標字體。對多步操作的每一步，人機界面都將通過文字信息來提供操作結果的反饋，同時還通過文字提示下一步動作的建議。報警的表示及處理：當報警出現時在報警欄顯示報警內容，報警是可視和發(fā)聲的。人機界面提供不同級別的報警信號的報警模式。人機界面支持報警、事件的分層展現，通過報警的過濾，在多級報警出現時，系統(tǒng)能優(yōu)先、明確、有主次地處理關鍵的報警信息。5.人機界面安全性設置操作員操作站采用主備配置時主備操作站具有相同的功能，但同一時刻只能一臺操作站發(fā)出指令。在進入、退出系統(tǒng)以及關鍵的控制操作，人機界面均進行必要的權限檢查和確認提示以確保操作的安全性。根據操作人員不同的權限將對應不同的功能界面，無權訪問或無必要訪問的功能和數據通過預先定義予以過濾。報警確認需要具有相應操作權限的用戶才能執(zhí)行，報警確認的范圍是中心、車站、變電所、維護工作站各自確認，即在中心操作站確認的報警，若相同的報警車站未及時處理仍然會顯示報警。報警消音需要具有相應操作權限的用戶才能執(zhí)行，報警消音的范圍是單個操作站。6.人機界面操作方式操作員與系統(tǒng)的交互對話通過鼠標以及鍵盤來完成。對于以圖形顯示的任何對象，都可以通過點選設備調出相應的設備窗口，窗口中的內容包括該設備相關的動態(tài)和靜態(tài)信息，如描述、標識、狀態(tài)、以及保存在數據庫中的數據信息。完成一個操作項時，操作步驟不超過3次點擊。以鼠標操作為主，而常用命令及關鍵操作，可設置等效快捷鍵來提供另一種快速選取途徑。系統(tǒng)鼠標可以在雙屏（多屏）自由漫游。鼠標的左鍵單擊用于執(zhí)行選擇、確認、點擊等操作。鼠標的右鍵單擊用于顯示擴展菜單，執(zhí)行更多的操作選項，與Windows中的鼠標使用習慣保持一致。為便于操作，在任何一個在線監(jiān)控界面上至少劃分具有如下信息內容的區(qū)域：1.當前時間區(qū)：年月日時分秒。

2.登錄人員信息區(qū)：登錄名稱、操作權限。

3.系統(tǒng)信息區(qū)：系統(tǒng)在線/離線、系統(tǒng)通告信息。

4.最新緊急報警信息區(qū)：三條最新的報警、總報警數量、未確認報警數量。

5.選站線：車站選擇。跟據用戶權限允許/禁止可選的車站。菜單條及按鈕區(qū)：用于不同畫面的切換或啟動功能，包括子系統(tǒng)選擇、功能選擇、工具選擇等等，可以采用按鈕或菜單的方式。中心操作站畫面上應具有全線選站導航欄/菜單、子系統(tǒng)選擇導航欄/菜單、常用工具和操作導航欄/菜單、幫助導航欄/菜單等等。車站操作站畫面上具有鄰站選站導航欄/菜單、子系統(tǒng)選擇導航欄/菜單、常用工具和操作導航欄/菜單、幫助導航欄/菜單等等。主顯示畫面和操作區(qū)：位于屏幕中央，這個區(qū)域包括動態(tài)系統(tǒng)圖、列表、趨勢、圖表、對話窗口等等。根據選擇的系統(tǒng)和子系統(tǒng)，這個區(qū)域呈現不同的視圖。彈出窗口：臨時彈出窗口，可關閉。包括操作窗口、信息編輯窗口、緊急報警窗口等等。人機界面合理安排各種信息區(qū)域，按照人機工程學原理設計畫面，畫面色調盡可能避免視覺疲勞，減少閃爍感，采用明顯區(qū)分的顏色表示報警設備。除中心/備用中心電力調度操作員站設置為三屏的人機界面外，其余的中心/備用中心調度操作員站采用兩屏的人機界面。每個屏幕的人機界面都按照標準的界面設計，可顯示不同的內容，而且在操作上相互獨立，互不影響。圖標是用來代表各系統(tǒng)的設備及它們的相關狀態(tài)。三、綜合監(jiān)控系統(tǒng)性能

綜合監(jiān)控系統(tǒng)的一般性能指標包括:實時響應性、可靠性、可擴展性，綜合監(jiān)控系統(tǒng)對實時響應的時間要求有遙控時間在２ｓ之內，返信時間在２ｓ之內，更確切地講?要求系統(tǒng)下行數據傳輸時間在２ｓ之內，上行數據傳輸時間在２ｓ之內，為保證綜合監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性，提出:平均無故障時間(ＭＴＢＦ)大于８０００ｈ，平均恢復前時間(ＭＴＴＲ)小于１ｈ。為實現以上性能可以采用對子系統(tǒng)深度集成的接入方式，綜合監(jiān)控系統(tǒng)性能具體如下三、綜合監(jiān)控系統(tǒng)性能為實現以上性能可以采用對子系統(tǒng)深度集成的接入方式，綜合監(jiān)控系統(tǒng)性能具體如下

(１)控制命令在綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的響應時間應小于２ｓ

(２)設備狀態(tài)變化信息在綜合監(jiān)控系統(tǒng)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(guī)定:①冗余服務器切換時間不應大于２ｓ

②網絡切換時間不應大于０.５ｓ③通信處理機切換時間不應大于１ｓ

(５)綜合監(jiān)控系統(tǒng)宜進行可靠性、可用性、可維護性、安全性管理

(６)系統(tǒng)的平均無故障時間不應小于８０００ｈ

(７)系統(tǒng)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％四、綜合監(jiān)控系統(tǒng)對子系統(tǒng)接入方式綜合監(jiān)控系統(tǒng)對子系統(tǒng)的無縫接入在實踐中產生了兩類方式:一類是對子系統(tǒng)集成。另一類是對子系統(tǒng)互聯(lián)。

(１)對子系統(tǒng)集成是指開放系統(tǒng)將被集成子系統(tǒng)完全融入系統(tǒng)之中，被集成子系統(tǒng)成為綜合監(jiān)控系統(tǒng)的一部分，被集成子系統(tǒng)的全部功能都由綜合監(jiān)控系統(tǒng)實現，除了管理意義外，被集成子系統(tǒng)構成了綜合監(jiān)控系統(tǒng)主體，綜合監(jiān)控系統(tǒng)與子系統(tǒng)集成關系如圖１-３-11所示.

(２)對子系統(tǒng)互聯(lián)。是指被互聯(lián)子系統(tǒng)是一個獨立運行的系統(tǒng)，具有自身的完整結構，綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過外部接口與互聯(lián)子系統(tǒng)進行必要的信息交互以支持信息共享平臺的構建，互聯(lián)子系統(tǒng)獨立運行實現自己的功能，也向綜合監(jiān)控系統(tǒng)提供交互數據，支持綜合監(jiān)控系統(tǒng)實現互聯(lián)功能。１綜合監(jiān)控系統(tǒng)的功能構架根據業(yè)務系統(tǒng)的類型和功能定位，綜合監(jiān)控系統(tǒng)的子系統(tǒng)大致分為建筑物安全防范類系統(tǒng)、保障行車安全類系統(tǒng)、票務管理及服務類系統(tǒng)和信息服務類系統(tǒng)４類。建筑物安全防范類系統(tǒng)包括火災自動報警系統(tǒng)、環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等保障行車安全類系統(tǒng)包括車輛系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、站臺門系統(tǒng)、防淹門系統(tǒng)等票務管理及服務類系統(tǒng)包括自動售檢票系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等信息服務類系統(tǒng)包括乘客信息系統(tǒng)(車站信息系統(tǒng)、車載信息系統(tǒng))、廣播系統(tǒng)、通信時鐘系統(tǒng)等要將這４大類系統(tǒng)有機地結合起來，通過建立一個綜合自動化管理平臺，實現各系統(tǒng)間的資源共享和聯(lián)動響應，完善運營管理模式及機構，這就涉及綜合監(jiān)控系統(tǒng)的功能定位和系統(tǒng)集成規(guī)模及深度五、綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成方案２綜合監(jiān)控系統(tǒng)的集成規(guī)模從上述４大類監(jiān)控系統(tǒng)的功能定位來說，綜合監(jiān)控系統(tǒng)的集成規(guī)模主要有全集成方案、分類集成方案和準集成方案３種。全集成方案是以保障行車安全類系統(tǒng)為主，將建筑物安全防范類系統(tǒng)、票務管理及服務類系統(tǒng)、信息服務類系統(tǒng)全集成。具體實施方式是以信號系統(tǒng)為平臺，以ＡＴＳ系統(tǒng)為集成主體?集成車輛、供電等所有系統(tǒng)?構建大型的綜合自動化監(jiān)控體系，是城市軌道交通建設自動化管理的最理想方案，分類集成方案和準集成方案可以認為是各類系統(tǒng)集成的準理想模式。五、綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成方案３系統(tǒng)集成方案按照集成思路分類存在著兩種流派:一種是以行車調度指揮為核心，同時提供環(huán)境監(jiān)控、電力監(jiān)控和乘客服務等功能的集成監(jiān)控系統(tǒng)。另一種主要采用以環(huán)控調度、電力調度為核心兼顧部分與行車調度有關子系統(tǒng)的集成互聯(lián)模式

(１)以行車調度指揮為核心的集成方式以行車調度指揮為核心的集成方式最顯著的特征是集成信號系統(tǒng)的列車自動監(jiān)控子系統(tǒng)(ＡＴＳ)，同時集成與行車指揮有關的ＣＣＴＶ、ＰＡ、ＰＩＳ、ＳＣＡＤＡ、ＦＡＳ、ＢＡＳ，互聯(lián)的系統(tǒng)有ＡＴＣ、ＡＦＣ、ＣＬＫ等。這種方案在國外已有成功實施的先例。如:新加坡東北線?這種集成方式的優(yōu)點有:實現了對城市軌道交通中環(huán)境、供電、設備、乘客、列車的全面監(jiān)控?真正做到為運營指揮部門服務，提高了城市軌道交通公司運營指揮的自動化水平，系統(tǒng)的集成度進一步提高，可以進一步實現信息共享和災害情況下的快速聯(lián)動，是城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向?這種集成方式的缺點:集成ＡＴＳ后，綜合監(jiān)控系統(tǒng)直接負責行車指揮調度?因此?要求系統(tǒng)的功能和可靠性更高

(２)以環(huán)控調度、電力調度為核心的集成方式，國內大都屬于以環(huán)控調度、電力調度為核心的集成方式，集成的系統(tǒng)一般包括:ＦＡＳ、ＢＡＳ、ＳＣＡＤＡ、ＰＳＤ、ＦＧ等，互聯(lián)的系統(tǒng)包括ＰＡ、ＣＣＴＶ、ＰＩＳ、ＡＦＣ、ＡＴＣ、ＣＬＫ等，圖１-３-12是杭州地鐵某線以環(huán)控調度、電力調度為核心的集成方案示意圖.

優(yōu)點有:保證了行車調度系統(tǒng)獨立運行?不會因為集成平臺出現問題而受影響?通信系統(tǒng)的ＣＣＴＶ、ＰＡ、專用電話等獨立傳輸，不影響數據通道的帶寬，降低了綜合監(jiān)控系統(tǒng)實施風險，ＡＴＳ與ＩＳＣＳ分開，便于ＩＳＣＳ的工程實施，該方案與當前我國城市軌道交通管理水平相適應?全能操作員或跨專業(yè)操作員有待培養(yǎng)，適度集成、分專業(yè)設置調度員較易現實，對提高運營管理水平、提高救災效率有較大幫助?這種集成方式的缺點有:集成度還不夠高?只能對列車位置及狀態(tài)等進行監(jiān)視，不具備對運行計劃、進路設置等的監(jiān)控功能，不能真正做到以行車調度指揮為核心。五、綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成方案4系統(tǒng)集成方案按照集成深度分析按照系統(tǒng)集成深度?綜合監(jiān)控系統(tǒng)一般有３種方案:信息集成(網絡集成)方案、適度集成方案和深度集成方案。信息集成(網絡集成)方案又稱中央匯總方案

即保留各系統(tǒng)的分立局面，利用各系統(tǒng)提供的開放式數據接口，增加相應數據收集、存儲、分發(fā)和處理系統(tǒng)?實現信息共享和各系統(tǒng)間快速聯(lián)動。，適度集成方案是對各子系統(tǒng)從車站級以上(車站級和中央級)開始集成，即只集成車站級和中央級控制管理部分硬件設備及軟件功能，廣州地鐵３號和４號線采用的就是這種