PVSS在交通枢纽综合监控系统中的应用

张林江，孟庆利，李红勋

（1.天津市中环系统工程有限责任公司，天津 300060；2.天津中环电子信息集团有限公司，天津 300191）

综合交通枢纽集中了多种交通运输方式，包括航空、铁路、轨道交通、公交车、社会车辆和出租车等，是多种交通方式的换乘节点，一旦发生火灾等灾害，若不能及时处理，各交通方式之间将引起连锁反应，进而影响枢纽所依托的城市或地区的交通系统，危及公共安全。作为枢纽安全保障的综合监控系统（ISCS），它的完善程度和稳定运行不仅直接关系到整个枢纽工程内部设备正常运转，也是综合交通枢纽正常运营的前提和保证。本次枢纽综合监控系统（ISCS）的研发基于PVSS的复杂冗余、高兼容、多点数、以及面向对象开发的高标准性等特点，结合综合监控系统特点，实现枢纽综合监控系统中央级、现场级系统之间的集成控制。

1 系统构成

1.1 系统整体结构

本系统设计以天津机场枢纽为例进行相关设计，枢纽综合监控系统（ISCS）主要完成对火灾自动报警系统（FAS）、环境与设备监控系统（BAS）和电力监控系统（PSCADA）进行集成，并与广播（PA）、电视监控系统（CCTV）等系统互联，同时可通过网络管理系统对整个网络及链路运行状态进行监控；采用单级管理、二级控制模式，单级管理为枢纽综合监控室，二级控制为枢纽综合监控室、设备就地；综合监控系统ISCS具备模式控制、群组控制以及点控等功能，同时能够反映各监控对象的工作状态。

系统在枢纽综合监控机房设置2台实时历史服务器，设置2台通讯控制器FEP完成和PA、CCTV系统互联，设置防火墙用来和外部需要接口的系统互联。在枢纽综合监控室设置值班员工作站、网管工作站、维护管理工作站以及电调工作站完成整个系统的监控及管理。在机场航站楼设置相关值班员工作站完成机场对枢纽系统的监视。在控制系统中应用了4套S7-400H冗余PLC系统和一套S7-300系列PLC，另外系统中包含多个西门子设备搭建的远程I/O站点，冗余400H PLC系统通过PROFINET网络通讯连接，全部RIO站基于PROFIBUS-DP网络与PLC主站进行连接。PLC主站与服务器、工作站之间通过以太网连接，系统结构图如图1所示。

图1 系统结构图Fig.1 Structure of system

1.2 PVSS介绍

PVSS采用开放构架，其内部采用自主开发的中间件产品，使整个系统的各项业务既具备高实时性、高可靠性和维护性，又能具备良好的开放性和互通性[1]。

其技术优势如下：

·平台开放：支持Windows、Linux和Unix操作系统平台；

·处理能力：＞10000000外部信号点；

·操作：＞2500个分布式系统；

·代码开放：大部分的脚本代码都是开源的，在开发过程中用户可以打开界面或脚本的源代码进行编辑修改，使之符合自己的应用需求；

·构架开放：用户可以通过各类API函数开发包，集成自己的扩展驱动和行业库等；

·无需中断过程就可以改变应用程序；

·全球首个SIL3安全资格认证；

·高标准的冗余热备机制包括数据采集冗余，数据处理冗余，数据存储冗余，最大16：16的冗余；

·内部本身内嵌有计划任务功能模块，同时也可以通过timedFunc（）来间接实现计划任务的功能，timedFunc（）具有非常强大而灵活的功能，它与数据类型“_timedFunc”关联应用，可以实现按间隔时间执行和定时执行2种方式。

基于PVSS开发的枢纽综合监控系统，接入系统部分采用混合接入方式，针对不同厂商系统设备，分为互联系统部分和集成系统部分，集成部分通过PVSS数据点进行直接连接及监控点管理，针对互联系统定制协议多，数据格式复杂，连接方式多样等特点，采用易与PVSS连接的OPC Server作为互联系统通信服务，使PVSS可以方便安全地与通信服务互联，实现集成系统与互联系统综合接入，PVSS架构图如图2所示。

图2 PVSS系统构架图Fig.2 Structure diagram of PVSS system

2 系统主要功能

综合监控系统完成对枢纽重要监控对象的状态、性能等数据进行实时收集及处理，通过工作站以图形、图像、表格和文本的形式显示出来，供值班人员参考和使用[2]。系统根据一定的逻辑关系自动向分布在现场的被监控对象或系统发送模式、程控、点控等控制命令，或由值班员人工发布控制命令，从而完成对环境、设备和乘客的集中监控。系统接收火灾灾情信息、机电设备运行信息、电力设备运行信息，对各子系统进行监控管理；发布火灾涉及消防设备、机电设备、电力设备的控制命令；根据火灾具体位置，启动相应的火灾联动模式；对设备运行状况进行统计，实施设备维护管理趋势报告，提高设备管理效率等[3]。

正常工况下综合监控系统按照日常监控管理模式，通过人机接口画面监管各有关专业系统的监控功能，通过对环境参数检测，对能耗进行统计分析，控制通风、空调设备优化运行，提高枢纽环境的舒适度，降低能源消耗，对设备运行状况进行统计，实施设备维护管理趋势报告，提高设备管理效率。

火灾模式时联动控制，当现场探测设备确认火灾报警信息后，系统自动切换到全系统的灾害模式，此时综合监控系统将综合现场报警信息，使各有关系统协调工作，启动各种防烟、排烟模式，联动停止通风、空调系统的运行，切断非消防电源，发布火灾联动控制指令，联动功能触发PA广播，CCTV电视监视系统等。

当主要系统设备出现重大故障，影响系统的安全运行或危及设备、人身安全时，综合监控系统自动进入故障模式，枢纽综合监控室工作站发出进入故障模式的消息，报警体系在枢纽综合监控室、航站楼、停车场管理室提醒值班员进入故障模式，各有关系统也将协调互动。

2.1 电力监控系统

电力监控系统（PSCADA）主要是实现枢纽内的10 kV开关站、400 V变电所内的主要电气设备的遥控、遥信、遥测等功能，PSCADA系统网络结构图如图3所示。系统采用IEC104规约和各站点的通信控制器实现通信及实时数据的处理功能。PVSS软件本身内嵌有电力系统的IEC104规约驱动，开发人员可以通过系统管理界面（SysMgm），选择IEC 60870 101/104 Driver就可方便快捷地成功配置一个可用的104规约链路，即可实现与PSCADA通讯控制器建立通讯连接，完成电力监控的采集控制。

图3 PSCADA系统网络结构图Fig.3 Network structure diagram of PSCADA system

2.2 环境与设备监控系统

环境与设备监控系统（BAS）对枢纽范围内通风空调系统设备、给排水系统设备、电扶梯系统设备、动力照明系统设备等进行全面、有效地自动化监控及管理，进行程序自动、实时、定时、现场就地监视设备运行状态，控制开启和关停，检测环境参数，调控环境舒适度及节能管理[4]。

BAS监控网分2层布置，第1层为节点级系统网络，采用工业级以太网，担负BAS与ISCS的数据交换；第2层为现场设备级网络，采用PROFIBUS现场总线，担负BAS控制器与BAS现场设备的数据交换，BAS系统网路结构图如图4所示。系统A、B两端的主、从冗余PLC控制器以及远程I/O控制箱通过PROFIBUS现场总线通讯，组成BAS底层冗余双工业控制现场级监控网络。

图4 BAS系统网路结构图Fig.4 Network structure diagram of BAS system

BAS系统按照枢纽的运行模式一般可分为灾害运行模式、正常运行模式。在正常情况下又可按照运行时间分为早、中、晚、夜间运行模式，按照运行季节分为过度季节运行模式和空调季节运行模式等。

在正常运行模式下，BAS系统主要负责对枢纽机电设备的自动化监控，按照温度（季节）模式对枢纽通风空调设备实施节能化管理，根据设置在现场的温湿度等各类传感器的测量值，计算判断现场的环境情况，控制现场机电设备按照相对适当的末端负荷运行，有效地控制现场空调通风、送排风等设备，给乘客提供良好的乘车环境；按照时间模式（早、中、晚、夜间）对枢纽照明进行自动监控，节能管理，还包括日常情况下对给排水系统各类水泵、水位的监视、提供枢纽应急照明电源，对电梯、自动扶梯等设备的状态、故障监视。

火灾时接受FAS系统指令，转为灾害运行模式，配合进行防排烟工作。

2.3 火灾自动报警系统

FAS系统功能为监视范围内的火灾灾情并报警，联动控制消防泵、喷淋泵、气体灭火设备、防火卷帘门、应急照明等。

FAS系统主报警控制器通过RS485通讯接口和BAS主控PLC相连，在火灾时将报警信息传输给BAS系统，使BAS系统转为火灾模式运行，联动控制相关设备等。FAS系统主报警控制器和综合监控系统通过冗余RJ45以太网方式相连，使综合监控系统能够获取到火灾报警信号，对火灾报警进行确认，同时完成FAS系统到综合监控系统的集成。当有火灾报警信号时，PVSS会自动弹出报警窗口，提示报警位置。

FAS系统对火灾报警要求ISCS系统在报警发生时第一时间弹出报警提示窗口，对于普通数量的报警信号进行实时监测和报警对系统资源的消耗有限，但此ISCS系统中包含5400点以上数量的需要实时监测的FAS报警信息的数据点，为了减少系统开销，根据对FAS报警数据点的分析，采用了“顶层报警下层搜索”的方式来实现报警弹窗提示功能，即使用dp-Connect（）来实时监测顶层（分区报警）报警数据点，当顶层发生报警时，再去轮询下层（各检测传感器）报警数据点，搜索到下层报警后弹出报警提示窗口，报告给用户具体的报警分区及传感器等的描述或编号。

2.4 广播与电视监控系统

PA和CCTV系统通过Modbus TCP协议与PVSS进行通讯。PVSS可以完成对PA系统的查询和广播控制等功能；同时实现对CCTV系统的控制及紧急情况下的系统联动，将PA、CCTV等报警信息在PVSS中显示。

2.5 网络监控系统

网络监控系统是通过PVSS内嵌的SNMP网络管理协议完成对网络监控的功能，监视网络中各个网络部件的运行状态以及整个网络链路的状态信息。对于不支持SNMP的网络部件，可使用ICMP协议侦测其是否在线。

用户可以在PVSS中打开相关网络设备查看其具体运行状态。

3 结语

交通枢纽安全问题在当前社会发展以及日常运营中显得尤为突出，对枢纽综合监控系统也即提出了更新的要求[5]。通过PVSS开发的交通枢纽监控平台使整个综合监控系统具有实时性、可靠性、容错性、在线扩展及在线维护的特点，这些特点满足了不断发展变化的监控系统的要求。本文阐述的综合监控系统已成功应用于天津机场交通枢纽工程中，系统运行稳定可靠。

[1] PVSS在线帮助文档[Z].德国Siemens公司，2009.

[2] 林广利，尹贻林.综合交通枢纽综合监控系统集成设计研究[J].西安电子科技大学学报：社会科学版，2011（1）：44-48.

[3] 徐杰，贾利民，秦勇，等.城市轨道交通综合监控平台系统集成的研究[J].铁道学报，2007（3）：109-114.

[4] 温玉君，戴孙放.综合监控系统在城市轨道交通工程中的应用[J].城市轨道交通研究，2010（9）：7-10.

[5] 王婷婷，汪文功.现代城市轨道交通综合监控系统的设计理念[J].自动化技术与应用，2010（2）：122-125.