1、第九章 综合监控系统第九章 综合监控系统第一节 概 况在地铁机电设备各系统智能控制的基础上，通过接口硬件和软件的开发，许多专业设备已纳入到综合监控范围内，如电梯、扶梯、环控设备、给排水设备通过对其智能接口的开发，已实现了设备的远程监视、控制及智能化管理功能。在以前的地铁设备工程中，各系统是分立的，每一系统均有自己的网络、网络传输、工作站和软件。而系统集成即是在各分立系统的基础上发展起来的，利用同一的网络资源，统一的计算机硬件及软件平台，达到系统联动、方便管理、节省工程投资的目的。在地铁设备工程中，从技术的角度来说，可以纳入集成系统的专业很多，如设备监控系统、防灾报警系统、电力监控系统、车站广播
2、系统、闭路电视监控系统、屏蔽门系统、自动售检票系统、时钟系统、信号系统、乘客资讯系统等。但目前国内地铁行业集成系统纳入的专业比较少，深圳地铁一期工程采用设备监控系统(EMCS)、防灾报警系统(FAS)、电力监控系统(SCA-DA)“三合一”的集成系统，2004年年底投入使用，经过近2年的试运行，达到了预期的目标。广州地铁三号线采用主控系统，把设备监控系统(EM(2S)、防灾报警系统(FAS)、电力监控系统(SCADA)、屏蔽门系统、防淹门系统纳入集成系统，同时互联了广播系统、闭路电视系统、车载信息系统、车站信息系统、自动售检票系统、信号系统、时钟系统。北京城轨交通13号线虽然只有一个地下站，但
3、它是国内地铁行业最早采用集成系统的工程，其集成系统是在电力SCDA系统平台的基础上，纳入机电设备监控系统(。EMCS)和防灾报警系统(FAS)。国外发达国家地铁自动化已发展到较为成熟的水平，其综合自动化监控系统有的把主系统和辅助系统分开集成，有的全部集成在一起，目前开始向建立多条线路集中监控系统方向发展；采用集成系统有以下几方面的优点：(1)提高地铁运营管理的自动化程度。在集成系统下，各子系统的信息互通，在特殊工况下需要多个专业互相联动时，可以自动实现，避免由人工分别启动各个子系统；同时地铁运营人员可以通过集成系统收集信息和综合处理信息，提高行车和救灾调度工作的效率。(2)采用集成系统可以降低
4、运营的维修成本。在分立系统下，各个自动化系统操作平台与管理软件彼此独立且数量多，造成各自动化系统之间互相不通信，维护人员全面掌握难度很大：(3)采用集成系统可以优化设备配置，降低工程投资。通过对集成系统设备的优化配置，可以减少中央及车站级的操作员工作站、服务器、网络接口设备的投入。(4)采用集成系统可以有效地利用通信骨干网的带宽。在分立系统中，各个子系统均配备骨干网的接入设备，这种接入方式造成网络带宽被分隔，不能集中使用；在集成系统中，整个系统采用统一的通信途径，只要为每个车站配备一个带宽足够的通信端口，即可满足各个子系统的远程通信要求，其带宽和利用效率远大于分立系统的通道。 下面通过对地铁工
5、程机电设备监控系统(：EMCS系统)、防灾报警系统(FAS系统)、电力监控系统(SCADA系统)3个自动化系统的介绍，阐述系统集成的组成。第二节 机电设备监控系统机电设备监控系统(EMCS)是从楼宇自控系统(BAS)的概念引申而来，楼宇自控主要是针对大楼的环控设备进行自动控制，地铁行业的EMCS系统除了对环控设备进行监控外，还增加了其他一些设备系统。一个典型车站的EMCS系统控制的对象通常包括：环控系统(冷水机组、冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔风机、空调机组、空气处理机、风机盘管、新风机、送风机、回排风机、TVF风机、射流风机、UO风机、联锁风阀、电动防火阀、全电动防火阀、二通调节阀、压差调节阀、
6、温度传感器、湿度传感器、压力传感器、流量传感器、压差传感器等)；给排水系统(水泵、电动蝶阀)；照明系统(照明回路、事故照明)；人防门系统；电梯系统；自动扶梯系统；屏蔽门系统。还有一些设备也会逐步纳入机电设备监控系统，所以机电设备监控系统(EMCS)已是一个比较成功的集成系统。如果以EMCS系统为基础，纳入更多的其他系统，则可以成为一个典型的地铁综合监控系统。地铁：EMCS系统由设置在控制中心的中央级监控系统、设置在各个车站车控室的车站级监控系统及就地级监控设备组成。系统网络结构分为车站监控系统局域网，地铁骨干网和OCC控制中心局域网。车站局域网与()CC控制中心局域网均采用冗余的高速以太网，局
7、域网之间通过骨干网进行数据和命令的传输。一、EMCS系统组成(一)中央级监控系统EMCS中央级监控系统由中央级局域网络组成，网络内包括主、备监控工作站、主备服务器、档案管理计算机、打印机服务器、通信转换接口、打印机、大屏幕显示系统等设备。EMCS中央级监控系统设备在集成系统中也可作为其他系统的设备来使用。1中央级局域网：采用高速工业以太网，网络冗余配置，采用TCPIP协议，通信速率10(Mbits)100(Mbits)，通信介质为同轴电缆或五类双绞线。中央级局域网把控制中心的所有EMCS设备联系起来，通过地铁骨干网实现中央级局域网与车站EMCS局域网的连接。2中央级监控工作站：在控制中心配置2
8、台监控工作站，执行EMCS系统监控和数据采集功能，主要用于环控调度人员的日常环控设备操作、监视和调度管理工作。3服务器：采用冗余的两台服务器，实现全线数据的管理。4维护工作站：主要供维护工程师在控制中心从事全线EMCS系统软件的维护、组态、运行参数的定义、系统数据库的维护及用户操作画面的修改、增加，故障的检查和资料查询等，实现PLC系统程序及各监控站流程图、数据库等远程上载、下装、监视及修改功能，满足远程系统维护的要求。5打印机：实现事件打印、报表打印和日常维护管理打印功能。事件打印机用于操作记录、事故记录、报警记录、测量数据的实时打印，报表打印机用于各类数据报表的定期打印，同时还有图表的输出
9、打印。6大屏幕系统：可与其他系统共用，用于显示全线各站被监控设备的工作状态，便于调度员及时了解设备状况。7不间断电源：在控制中心设置不间断电源，保证EMCS系统供电电源的稳定可靠。(二)车站级监控系统车站级监控系统建立在开放的、高可靠性的冗余交换以太网上，局域网上设有车站监控工作站(车站服务器)、车站控制器(主控PLC)及综合后备控制盘(IBP)。车站级监控系统主要监茬隧道及车站的通风系统、空调大系统、空调小系统、冷水系统、照明系统、给排水系统等设备：监测公共区、设备室等地点的温湿度；并配置与屏蔽门、人防密闭隔断门、自动扶梯、电梯、FAS系统的数据接口，对上述设备进行监控；同时在车站控制室设置
10、综合后备控制盘(IBP)，实现紧急状态下对环控设备的手动模式控制。网络由一台车站监控工作站进行管理，信息通过打印机打印。EMCS系统同时将站内其他系统，如FAS、SCADA系统的有关数据纳入监控范围，EMCS系统和站内其他系统一起同车站服务器按ClientSever结构方式构成集成系统，各系统之间数据交换通过局域网进行，所有过程数据共享在软件服务器中。1车站局域网：采用高速工业以太网，网络冗余配置，采用TCPIP协议，通信速率10 Mbits)100(Mbits)，传输介质为光纤、同轴电缆或5类双绞线。车站局域网把车站的所有EMCS设备连接起来，并通过地铁骨干网实现与中央级局域网的连接。2车站
11、级监控工作站：负责正常及事故情况下对车站各系统设备的监视、管理、控制指令的发出。监控工作站接入冗余车站局域网，并通过地铁骨干网与中央级EMCS监控工作站通信，接受并执行中央级EMCS监控工作站发出的控制命令，并将设备运行状态信息上传到中央级监控工作站。同时车站监控工作站接收和处理由EMCS控制器上传的设备运行状态和数据，并向EMCS控制器下达对设备的控制指令。3车站控制系统：采用硬件冗余的大型PLC产品，组成EMCS系统控制网络，对设备进行监视、控制和管理。车站控制系统的主控站PLC接受来自中央监控站和车站监控站的控制命令、控制模式、设定值的更改和其他关联参数的修改信息，并通过连接在车站冗余控
12、制网络上的就地控制器，实现对车站所属设备和区间隧道通风设备按照一定控制策略进行开停控制、联锁控制、模式控制、优化控制等控制功能，以及设备运行状态、数据采集和管理功能，并实时将这些状态信息送到车站服务器中。在主控站主、备PLC中配备具有大容量数据存储空间的处理器，将站内设备信息备份在存储器中，以提供过程数据存储的可靠性。当通信网发生故障时。所有控制器能保持独立操作，并暂时存储未上传至车站控制室的设备状态信息。当通信设备恢复运行后，控制器可即时将信息上传，保证系统的连续性。4综合后备控制盘(IBP)：设置在车站控制室，作为车站监控工作站的后备设备，可以对隧道通风系统、车站环控大系统和小系统设备进行
13、监控，是在紧急情况下使用的按键式模拟监控盘。当发生火灾或列车阻塞，同时车站监控站或通信网络发生故障时，作为系统操作备用，由车站值班员按不同的事故区域和性质在IBP盘上启动对应的运行模式，向EMCS控制器(PLC)发出相应的控制模式命令。5车站控制网：车站PLC控制器与就地PLC控制器及变频器之间采用开放式工业控制网络Control Net，该网络是一种高速确定性网络，通信速率为10 Mbits，通信介质为特种电缆用于有苛刻要求应用场合的信息传输。为保证。EMCS系统数据和控制指令传输的可靠性。控制网络宜采用双冗余网络配置。6打印机：实现本车站操作记录、事故记录、测量数据等事件打印和各类数据报表
14、的定打印和图表的输出打印。7不间断电源：在车控室设置不间断电源，保证EMCS系统供电电源的稳定可靠。(三)就地级设备根据机电设备的设置情况，在被控设备附近设置就地级监控设备和就地控制柜等。1冗余PLC控制器：在环控机房配置冗余PLC，每台PLC配主备CPU模块、电源模块、通信模块，确保控制的可靠性。实现对车站、隧道通风系统和空调大、小系统设备的监视、控制及管理。2就地控制器：配置PLC控制器，通过冗余接口连接车站冗余控制网络，并通过可编程通信接口与FAS控制器、屏蔽门主机、冷水机组控制器、电扶梯、照明控制系统通信，实现对各种设备的运行控制和监视功能。3传感器及执行机构：在地铁车站设置的传感器类
15、型有：室内温湿度传感器、风管式温湿度传感器、水管温度传感器、压差传感器、流量传感器、-NNN、旁通调节阀，用于采集环境控制所需的各类参数。二、EMCS系统功能(一)中央级功能1控制与调节功能根据地铁运行环境及车站其他系统的监控要求，确定并修改全线隧道及车站通风空调系统的运行模式，并把相关运行模式下载给车站，使车站设备按给定的模式运行；对车站机电设备实行模式和时间表控制。根据通风空调系统提供的环控工艺要求，对区间隧道通风系统设备进行正常模式控制及灾害模式控制。中央级监控工作站应具有良好和灵活的人机界面，使监控人员可监视全线各车站的通风空调、给排水、电扶梯、照明、屏蔽门、人防门等系统的运行状态及对
16、相关设备进行控制。2报警功能和安全体系操作员站应具备完善的报警功能，可将报警信息进行分类、筛选、重组织，建立一个报警系统。同时还具有FAS系统灾害报警下各系统启动火灾模式，进行连锁联动，组成全系统的安全体系。3历史数据功能系统可对历史数据记录进行处理、裁剪、分析和统计，具有点趋势图、日志、事故追记等功能。4文件处理、归档及报表功能系统具有对各类文件的处理功能，对各类数据和文件进行归档，并可制作各类用户所需报表，具备图形打印、文件打印和报表打印功能。5组态功能系统具有组态功能，可在操作员站对全系统构成及功能设置按工程需求灵活组态，也可修改组态，完善系统运行。6系统维护各级操作员站具有自诊断功能，
17、诊断到板级。可设置操作权限，设置安全锁，保证系统安全。7开放性系统具有良好的开放性，应提供ODBC和OPC接口，可在操作站窗口中运行外系统的应甩程序及画面。8软件功能由系统组态、人机界面、打印管理、数据集中管理和I0通信5个方面组成。(1)系统分别面向工程应用和二次开发提供两级组态功能。工程应用组态为一个运行于工程师站的软件包，是用户应用环境的组态工具，该工具主要包括以下内容：系统硬件设备和参数配置；实时数据库生成；控制方法组态；图形画面生成；报表生成等。应用开发组态提供一系列面向应用开发的组态工具，以便于加入和扩展新的应用功能。(2)人机界面功能是运行在WindowsNT平台上的实时监控软件
18、，其主要功能包括图形显示和会话；遥控操|作；成组趋势显示；报警等功能。(3)打印管理是运行在WindowsNT操作系统上，以Excel报表制作软件为基础，配以专门的动态数据定义组态平台，接受系统服务器打印命令和数据。(4)服务器数据集中管理：服务器数据管理软件运行在服务器上，包括以下应用软件模块：数据通信模块；实时数据库管理模块；历史数据库管理模块；事件信息管理模块；计算模块；数据访问服务模块；商用数据库功能等。(5)I0通信 IO服务软件用于各子系统的数据通信，系统可接入不同的通信链路。(二)车站级功能(1)监视功能监视各系统设备运行状态和参数。(2)控制与调节功能具有PID调节控制功能、逻
19、辑控制和模式控制功能。控制器根据环境参数对环控系统设备进行运行工况的转换，并进行最优化的控制，达到节能运行的目的。(3)报警处理功能监控工作站具有声光报警、报警画面自动弹出、报警确认和处理功能；将车站被控设备运牙状态、报警信号及测试点数据及时送至控制中心，并接受控制中心的监控指令和运行模式。(4)自诊断功能对系统及网络具有在线监视、自诊断、自恢复及在线修改功能，并可显示网络负荷情况。(5)系统还具有运行指导功能、开发与培训功能、操作密码保护功能。(三)就地级功能(1)就地控制箱中的IO模块连接被控设备、传感器和执行器，实现状态信息的采集、监梗和控制信号的输出。(2)就地级控制器通过车站控制网与
20、车站主控PLC通信，接受控制指令并对现场设备进厅就地控制，同时将设备运行状态和参数传送到车站主控PLC。 第三节 防灾报警系统一、防灾报警系统组成防灾报警系统(FAs)用来探测包括地铁车站、区间隧道、车辆段等与地铁运营有关建筑和设施的火灾信息，并发出火灾报警，启动有关防火、灭火装置，目的是保障地铁正常有序的运营，避免或降低灾害情况下造成的人员和财产损失。防灾报警系统(FAS)由火灾触发器件、火灾报警控制装置、火灾警报装置以及火灾联动控制装置组成。在地铁建筑物和设施发生火灾后，由火灾触发器件感知，传送信息到控制装置，控制装置启动相关警铃、闪光灯等报警设备，同时启动防排烟及灭火系统等设备，并联动控
21、制卷帘门、门禁、广播、闭路监控等其他专业系统设备，启动各种消防装备，指挥人员疏散，控制火灾蔓延。火灾触发器件包括自动和手动两种报警装置，自动报警装置通常指火灾探测器，常用的探测器有感烟探测器、感温探测器、火焰探测器等；手动报警装置主要是手动报警按钮，如果被监视现场发现火情，可以通过手动报警按钮快捷准确地向火灾报警控制器通报火警。火灾报警控制装置是火灾自动报警系统的心脏，是系统运行的指挥中心，担负着整个系统监视、报警、控制、显示、信息记录和档案存储等功能。正常运行时，自动监视系统的运行状态和故障诊断报警；有火灾时，接受探测器、手动报警按钮的报警信号，并将其转换成声光报警信号，指示报警部位、记录报
22、警信息、通过自动灭火控制装置启动自动灭火设备和消防联动控制设备。防灾警报装置是火灾发生时以声、光、语音等形式给人以警示的一种消防设备，常用的有警铃、警笛、声报警器等。消防控制设备是用以对气体灭火设备、水消防设备、防排烟设备、防火卷帘门等消防设施进行联动控制的设备。在地铁系统中，防灾报警系统一般为两级管理、三级控制模式。两级管理为在地铁中央控制中心设置消防指挥中心，在各车站、车辆段、主变电所等处设置防灾控制室作为车站级消防控制中心。三级控制为主控制级、分控制级及就地级消防控制。 1主控制级在防灾控制中心配备2台互为备用的消防工作站，通过专用网络卡与控制中心局域网联网，作为局域网的网络节点。工作站
23、由通用型工业控制机作为主机，外接ZIP驱动器、UPS电源等设备。每台控制主机通过一套通信控制器环入整个FAS网，这样保证主机作为网络的1个节点。2分控制级车站分控制级由火灾报警分机、图形监视计算机(GCC)、打印机、消防联动柜、紧急电话主机等构成。防灾报警分机通过总线与现场设备相连组成所辖站点的火灾报警子系统，同时各防灾报警分机均作为FAS网络的一个节点，与其他站点及防灾指挥中心进行通信和信息交换。火灾报警子系统通过RS232485通信接口与本站点内的EMCS进行信息交换，当火灾信息确认后，FAS向EMCS发出火灾报警信息和消防控制模式，通过EMCS和FAS直接控制的消防设备，实施消防处理。车
24、站GCC设备由通用型工业控制机作为主机，与防灾报警分机采用RS232接口连接，GCC不作为全线报警网络的一个节点，它的故障不会对全线网络和车站级报警回路造成影响。在车站消防控制室设置消防控制柜，用于消火栓泵、消防泵、回排风机、TVF风机、UO风机、组合式空调箱等火灾工况下运行设备的直接手动控制，联动柜采用硬联线方式直接连接所控制设备的控制回路。每个车站设置一套独立的消防电话网路，隧道内的电话插孔及相邻的主变电所纳入车站消防电话网络中。3就地级就地级包括各类探测器件，如感烟探测器、感温探测器、就地监视控制模块等。负责感知现场信息并传送到车站分控制器及接受车站控制命令控制现场设备。4FAS系统网络
25、中央消防控制指挥中心操作工作站与各车站火灾报警控制器之间通过FAS专用网络接口组成FAS系统独立的环网。火灾报警控制器与中央操作工作站直接通信，不受其他系统网络负荷和设备故障的影响，网络通信方式响应速度较快，安全可靠。二、防灾报警系统功能地铁防灾报警系统的功能分为中央级功能和车站级功能。(一)中央级功能FAS中央级功能主要是监视地铁全线各车站、区间隧道、控制中心大楼、车辆段、主变电蛞等下属所有区域的火灾报警、消防联动和故障情况。在火灾发生时承担全线防灾指挥中心功能。1通过火灾报警网络接受并储存全线消防设备运行状态信息，远程监视就地级消防设备的运行状态。主机通过显示画面和数据表格提供现场的监视信
26、息。2接受全线车站、车辆段、主变电站、控制中心的火灾报警信息并显示报警部位，控制中心声光报警系统发出声、光火灾警报信号。打印机实时打印火灾报警发生的时间、地点、火灾类型等。通过网络向火灾所属区域的消防设备发布命令，指令进入火灾报警处理模式。3存储记录功能：存储事件记录和操作人员的各项操作记录。包括火警监视、故障状态、爱备维修等信息记录。4系统编辑功能：在线编辑功能，具有全线的维护人员通过工作站添加系统设备或直接在现场编辑，自定义设备。离线编辑功能，现场设备的定义和参数修改可在办公室的电脑上完或经编译转换后，到现场发送到火灾报警控制器上。5历史档案功能：将报警、事件等信息记录归档处理。操作人员可
27、根据要求随时进行信息的查看和打印输出。6网络自诊断功能：FAS主机具有网络自诊断功能，可及时判断网络故障的位置及原因，共按事件方式进行报警。7与其他子系统的协调配合功能：(1)防灾指挥中心设置了与市消防局联系的专用外部电话，并设置消防调度电话总机，各车站设置消防调度电话分机。(2)防灾指挥中心、各车站设置与列车司机联系的无线电话。(3)在发生火灾时，防灾指挥中心将广播系统强制转入消防广播状态。(4)在消防控制中心设置与闭路电视监视系统的切换装置和显示终端，当地铁发生火灾时，切换为防灾监视。(二)车站级功能FAS系统车站级功能主要有监视、报警、控制以及其他系统的联动等。1监视及警报模式在正常情况
28、下，设在各车站的防灾报警分机通过探测器和信号输入模块，对火灾状态和预防设备的运行状态进行实时检测。同时FAS系统对其内部的部件状态也进行实时检测。通过火灾报警网络连接的各控制器和通信网络也在进行自动监测。所有的监测信息都将传送到控制中心的消防监控工作站，并通过控制中心的综合监控网络形成实时信息，供整个综合监控系统共享。在火灾发生后，通过自动和手动确认火灾信息，进行报警。2网络通信功能各防灾报警分机通过环形光纤，构成全线FAS报警网络系统。各站点的分机均为该网络上的节点，各分机具有与防灾指挥中心信息交换的功能。同时，各分机之间也具有信息交换的功能，特别是相邻站之间可相互进行火灾报警的信息传送，使
29、得当某一站发生火灾报警时，相邻车站也可同时接受到此火灾报警信息，并根据此信息及时进行行车组织和必要的救灾措施。3监控功能(1)对气体灭火系统的监视防灾报警分机接受气体灭火系统的5个反馈信号(即预报警、火灾确认、系统故障、气体释放、手动自动状态)，监视气体灭火系统保护区内的防火阀动作，通过LCD显示屏和显示面板上的LED显示，并上送至防灾指挥中心。(2)对防火卷帘门的监控疏散通道的防火卷帘门按下列控制程序进行控制：感烟探测器动作后，控制防火卷帘门下降至地(楼)面l-8 m。感温探测器动作后，控制防火卷帘门下降到底。用作防火隔断的防火卷帘门在探测器动作后，控制防火卷帘门下降到底。以上控制和卷帘门位
30、置信号将在LCD和显示面板上的LED显示，并被传送到防灾指挥中心。(3)对其他消防设备的监控火灾确认后，通过接口命令EMCS系统切断非消防电源，该控制信号将在防灾报警分机的LCD和控制显示模板上的LED显示，并传输到防灾指挥中心。监视防火阀、消防泵的运行状态，其位置状态信号将在防灾报警分机的LCD和控制显示模板上的LED显示，并传输到防灾指挥中心。监视破玻按钮和消防栓泵的状态，在接受破玻按钮动作信号后，自动发出控制命令，启动消防加压泵，并监视加压泵的运行信号，点亮破玻按钮上的指示灯。该控制和位置状态信号将在防灾报警分机的LCD和控制显示模板上的LED显示，并传输到防灾指挥中心。4GCC的功能及
31、配置GCC功能与中央控制中心的功能完全相同，但其显示和控制的范围仅限于所管辖的站点范围内，作用范围仅限于本站和相邻站。(三)就地级现场设备的功能1智能型光电感烟探测器(1)自诊断及历史记录功能：探测器持续不断地进行自诊断，以提供重要的维护保养数据。其结果自动更新并存储到探测器的存储器中。结果及数据可在防灾报警分机、GCC和便携机上显示和查看。（2)内置微处理器CPU能独立运行：如果探测器与回路控制器之间的通信故障超过6 s，则该回路中的所有探测器转为独立运行模式。这个回路的作用就像传统报警接受电路一样，每个探测器继续采集并分析其周围的信息，如探测器周围达到预先设定的烟雾浓度，则探测器报警。(3
32、)能对环境自动补偿：探测器中的传感元件能对因灰尘、潮湿、老化等因素引起的长期缓慢变化做出相应的调整，既环境补偿。 (4)能设置早期警告和预报警值：预报警功能在有可能发生火灾时预先通知管理人员进行调查，在确认确实发生火灾之后才进入全报警状态。探测器的灵敏度范围为02115烟雾度米，预报警值可根据报警设定值的75设定。(5)具有自动昼、夜灵敏度调整功能：探测器可通过编程设置不同的灵敏度在昼夜期间自霸切换。在夜晚没有人员活动等因素影响，探测器周围环境中的粉尘和烟雾的浓度降低，可自动调整探测器的灵敏度。(6)具有稳定性：探测器的微处理器(CPU)设在探测器的探头内，底座不带电路板，并采取防水、防潮、防腐蚀等处理措施。(7)火灾探测器可通过控制器远程调整有
