城市轨道交通综合监控系统控制权限移交设计

赵琛琛 李永红

(1.南京南瑞集团公司 南京 211106;2.北京城建设计发展集团股份有限公司 北京 100037)

城市轨道交通综合监控系统控制权限移交设计

赵琛琛1李永红2

(1.南京南瑞集团公司 南京 211106;2.北京城建设计发展集团股份有限公司 北京 100037)

结合多条城市轨道交通线路情况，根据三级控制结构和操作权唯一的原则，阐述综合监控系统控制权限移交的分类和模式，详细分析对应分类和模式下权限移交实现的方式和过程。以电力监控、环境与设备监控子系统为例，对综合监控深度集成子系统的多级权限移交进行归纳。

城市轨道交通;综合监控系统;控制权限;移交

城市轨道交通综合监控系统(integrated supervision and control system ISCS)是一套分布式系统，系统中节点地位平等，只要赋予权限就能在任一节点进行其权限对应范围内的各种操作。为了保证某个受控对象在同一时间操作的唯一性，保障设备和人员安全，综合监控系统必须具备对用户级别和权限进行定义、管理的功能。通过操作权唯一的原则和权限移交的方式，实现控制闭锁和操作互斥，从而高效协调各级操作员在不同位置对系统所辖设备的有序控制。因此，控制权限移交设计是保障综合监控系统设备安全、有效运作的基础。

1 移交分类和原则

综合监控系统的权限移交分为内部和外部两大类。根据两级管理、三级控制原则，ISCS主体系统通常由中心级和车站级ISCS构成，采用相同的操作系统和监控软件平台。内部权限移交是指ISCS主体系统内部(即中心级和车站级之间)转移操作权限，判断权限位置的标志位信息、移交和控制闭锁机制由ISCS主体软件实现。

外部权限移交是指ISCS主体系统与各个接口系统之间的权限转移，如与环控维护工作站、变电所监控工作站等的权限转移。判断权限位置的标志位信息、移交和控制闭锁机制由接口系统的主控制器/主服务器与ISCS主体系统配合完成。

每个ISCS集成专业在系统内都配置了默认的权限所在地，以确保设备操作权限，在同一时间仅隶属于某个系统的某一级调度员。例如，电力监控系统(power supervisory control and data acquisition system，PSCADA)控制权限默认在中心级ISCS，环境与设备监控系统(building automation system，BAS)控制权限默认在车站级ISCS。集成子系统通常与综合监控中心、车站两级系统之间构成三级权限移交，如果子系统内部存在其他监控分级，则可进一步拓展权限移交层次。

在系统正常或异常情况下，无论权限移交需求的提出是主动或被动，权限移交通过以下3种模式进行。

1)手动转移:在ISCS正常运行时，由权限的源所在地向目标所在地发起权限移交请求，由目标所在地确认接收。

2)强制转移:在ISCS正常运行或紧急情况下，由一方强制收回，无需对方确定。通常，仅中心级具有强制收回权限。

3)自动转移:当接口系统与ISCS通信中断时，权限自动移交至子系统侧。例如，PSCADA权限由中心级ISCS自动转移至变电所监控工作站，BAS权限由车站ISCS自动转移至环控维护工作站。

2 ISCS主体系统权限移交

2.1 内部权限移交

具有当前控制权限的车站/中心/子系统均允许发起手动权限移交操作，经目标所在地接收后，完成控制权移交，权限所在地标识同步更新。

默认控制中心(operating control center，OCC)具有最高控制权限。在紧急情况下，中心操作员可以不经过车站操作员的请求确认，而直接将控制权限由车站转移到中心。原则上，车站不可以强制收回权限，但也可根据功能需求，设置特殊的用户类实现。ISCS内部权限移交如图1所示。

图1 ISCS内部权限移交

2.1.1 手动请求移交

综合监控系统正常运行时，由权限所在地向目标所在地发起权限移交命令，接收地点的人机界面上权限转移图标闪烁，以提醒操作员有移交请求。在预设时间内完成权限接收，则移交成功;如果超出预设时间未接收，则移交失败。

2.1.2 强制移交

强制转移在源所在地和目标所在地都可以发起。在紧急情况下，通常由中心级操作员发起强制收回。车站原则上不设置强制收回功能，仅当车站与中心通信中断、同时BAS设备权限在中心且车站ISCS操作员需要控制本站BAS设备时，可设置特殊的用户类，由车站强制收回权限。在该情况下，如果紧急后备控制盘(IBP)可完成车站主要通风设备的控制，则可以取消车站强收功能。

2.2 外部权限移交

ISCS系统与其他接口系统也可以进行权限交接，如PSCADA系统、BAS等。通常根据双方接口系统的通信协议，在通信控制器中设置权限标志位信息点，判断设备权限位置，以实现逻辑控制闭锁。

ISCS或者接口系统的操作界面(维护工作站或子系统操作终端)均可以进行权限下发/权限收回指令，控制权限移交除手动、强制模式外，如果子系统与ISCS通信中断，则权限自动转移至接口侧。ISCS外部权限移交如图2所示。

2.2.1 正常情况下权限移交

正常通信情况下，通过权限的下放、接收、强制收回等操作改变标志位状态，由通信控制器将权限标识信息同时送往ISCS和接口子系统(以下简称IS)，以实现ISCS的外部权限移交。

图2 ISCS外部权限移交

标识定义如下:LR，单个设备控制权限移交操作;LRD，某组设备或全站设备控制权限移交操作;LE，设备控制权限标志位(0:ISCS，1:IS)。

1)ISCS→IS。由ISCS操作员发起权限移交操作，根据移交范围，下发的操作指令会将通信控制器中的LR或LRD标志置为1，该数值在设定的移交超时时间内保持。在此期间，IS接收权限后，将通信控制器中对应移交范围内的设备LE标志置为0。LE发布至ISCS和IS中，各个系统根据LE状态进行控制闭锁。

2)IS→ISCS。由IS操作员发起权限移交操作，根据移交范围，下发的操作指令将通信控制器中的LR或LRD标志置为1，该数值在设定的移交超时时间内保持。在此期间，ISCS接收权限后，将通信控制器中对应移交范围内的设备LE标志置为0。LE发布至ISCS和IS中，各个系统根据LE状态进行控制闭锁。

2.2.2 异常情况下权限移交

在通信异常的情况下，由接口子系统服务器/控制器自动完成权限的转移。同时，在紧急情况下，ISCS或者子系统之间可以互相进行强制权限转移。

1)ISCS通信中断。ISCS系统和接口子系统服务器/控制器的通信中断时，由子系统向通信控制器发送ISCS故障标志位，同时设置全站设备的LE标志位为1，即控制权限移交至子系统侧。通信恢复后，控制权限将继续保留在IS，直至ISCS操作员进行控制权限的收回。

2)IS通讯中断。在IS维护工作站(或操作终端)和其服务器/控制器的通信中断时，由子系统向通信控制器发送IS故障标志位，同时设置全站设备的LE标志位为0。如果原控制权限在ISCS侧，则继续保留;如果原控制权限在子系统侧，则移交至ISCS。

3)紧急情况。在紧急情况下，ISCS控制中心可以强制收回控制权限。该操作命令将设置通信控制器中全站设备的LE标志置为0。在通常情况下，IS不设置强制收回功能，根据实际需求，可在接口信息中增加相应配置。

3 集成子系统权限移交

3.1 PSCADA权限移交

PSCADA采用“中心级ISCS—车站级ISCS(预留)—变电所”三级权限移交。控制权限移交粒度可以按照单个设备、成组(包括10 kVⅠ段、10 kVⅡ段、750 V 设备、400 VⅠ段、400 VⅡ段)和全站划分。在ISCS与PSCADA的权限移交中，PSCADA的默认控制权限在控制中心。

1)在控制中心，具有权限的操作员允许手动将控制权下发到车站或变电所。其操作步骤为:由控制中心操作员发起，目的地人员进行确认。

2)在控制中心，具有权限的操作员允许强制收回已经下发到车站或变电所的控制权。其操作步骤为:控制中心操作员执行强制收回，无需对端确认。

3)在车站，具有权限的操作员允许手动将控制权交还控制中心或下发变电所。其操作步骤为:由车站操作员发起，对应的目的地操作人员进行确认。该移交操作需要视车站级ISCS是否具有电力控制权限而定。

4)在变电所，具有权限的操作员允许手动将控制权交还控制中心或车站。其操作步骤为:由变电所操作员发起，向ISCS进行权限移交。

5)当车站ISCS和PSCADA通信控制器通信正常但车站ISCS和中心ISCS通信故障时，内部权限下放至车站，并发布至PSCADA通信控制器。该移交操作需要视车站级ISCS是否具有电力控制权限而定。

6)当PSCADA通信控制器与ISCS通信中断后，自动在其通信控制器内置位，将控制权限移交到子系统内。ISCS保持当前的内部权限位置(中心或车站)，而外部权限标志在通信恢复后将被更新为“权限在PSCADA侧”。通信中断期间，ISCS侧不能发起控制。

控制权移交流程如图3所示。

3.2 BAS权限移交

3.2.1 BAS-ISCS 权限移交

图3 PSCADA权限移交流程

BAS与 ISCS之间采用“中心级 ISCS—车站级ISCS—车站BAS维护工作站”三级权限移交。BAS控制权限移交粒度按组(包括通风空调、低压照明、水系统和电扶梯)为单位来进行设置。组的细化程度可在不影响功能正常实现的前提下自由调节，如通风空调组可拆分为A/B端的大/小系统等。考虑到单个设备手动移交可能导致时间表、模式控制的执行失败，因此BAS不设置单设备的手动移交功能。

在ISCS与BAS之间的权限移交中，BAS的默认控制权限在车站ISCS工作站。

1)在车控室ISCS工作站上，具有权限的操作员允许手动将控制权移交给控制中心或下发至BAS维护工作站。其操作步骤为:车站操作员发起，目的地人员确认。

2)在控制中心，具有权限的操作员允许手动将控制权交还给车站ISCS，或下发给BAS维护工作站。其操作步骤为:控制中心操作员发起，目的地人员确认。

3)在控制中心，具有权限的操作员允许强制收回车站ISCS或BAS维护工作站控制权。其操作步骤为:控制中心操作员执行强制收回，无需对端确认。

4)在BAS维护工作站，具有权限的操作员允许手动将控制权交还控制中心或车站ISCS。其操作步骤为:由环控维护人员发起，向ISCS进行权限移交，ISCS内部权限位置即为对应的移交目的地。

5)当BAS-PLC与ISCS通信中断后，自动在PLC内部置位，将控制权限移交到子系统内。ISCS保持当前的内部权限位置(中心或车站)，而外部权限位置在通信恢复后将被更新为“权限在BAS侧”。通信中断期间，ISCS侧不能发起控制。

控制权移交流程如图4所示。

图4 BAS权限移交流程

3.2.2 BAS 内部权限移交

以地下站为例，BAS系统的软件按功能结构如图5所示。

图5 BAS软件结构

BAS维护工作站及维护终端(触摸屏)作为BAS维护设备，为车站ISCS工作站的后备手段，可以在脱离车站ISCS的干预下实现对整站设备的单操、模式控制。维护工作站针对整站设备，维护终端只针对车站B端的现场设备。因而，BAS内部存在两级权限移交，通过在BAS维护工作站和维护终端之间设置一个内部信息点，用以定义BAS侧内部的权限位置，默认情况下为维护工作站。

当权限在BAS维护工作站时，可以向车站ISCS工作站或B端触摸屏移交权限，经目的地人员确认后，完成移交。在紧急情况下，车站ISCS工作站可强制收回控制权限，维护工作站无需主动请求，仅做相关信息的提示。

控制权限在触摸屏维护终端时，可向BAS维护工作站移交权限，经目的地人员确认后完成移交。在紧急情况下，维护工作站可强制收回控制权限，维护终端无需主动请求，仅做相关信息的提示。

4 结语

随着城市化进程的推进，以及扩大内需和发展低碳经济的需要，城市轨道交通凭借其运量大、速度快、安全、准点、环保、节能等特点，已成为实现城市交通可持续发展的重要组成部分。综合监控系统凭借统一的软硬件平台，可实现最大化的信息互通、资源共享，得到了越来越广泛的应用。由于各级各类操作员体系庞大，且监控范围不可避免地存在交叉，因此不同操作员在多个位置均能对某个受控对象进行控制操作。如果不进行管理，可能会造成人为操作事故，影响线路运营。因此，权限移交功能是从技术层面、管理角度保障系统内设备安全可靠运行的基础，通过移交分类、原则和设计方案，总结了国内多条地铁线路的实施经验，可在今后的工程设计实施中加以借鉴。

［1］GB 50157—2003地铁设计规范［S］.北京:中国计划出版社，2003.

［2］GB 50636—2010城市轨道交通综合监控系统工程设计规范［S］.北京:中国计划出版社，2010.

［3］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.

［4］北京地铁5号线综合监控系统招标文件［G］.北京，2005.

［5］北京轨道交通房山线综合监控系统招标文件［G］.北京，2008.

［6］北京地铁9号线综合监控系统招标文件［G］.北京，2009.

Design of Control Authority Transfer of Integrated Supervision and Control System in Urban Rail Transportation

Zhao Chenchen1Li Yonghong2
(1.NARI Group Corporation，Nanjing 211106;2.Beijing Urban Construction Design＆ Development Group Co.，Ltd.，Beijing 100037)

Abstract:Based on the applications in several rail transit lines，the classification and pattern of control authority transfer of Integrated Supervision and Control System(ISCS)is summarized according to the principle of three-level control structures and uniqueness of operation right.Furthermore，the method and process of realization of control authority transfer of each classification are analyzed in detail.The multistage transfer of control authority of the integration system of ISCS，such as power supervisory control and data acquisition system，building automation system，are concluded.

Key words:urban rail transit;Integrated Supervision and Control System(ISCS);control authority;transfer

U231.8

A

1672-6073(2014)01-0104-04

10.3969/j.issn.1672-6073.2014.01.025

收稿日期:2013-04-25

2013-05-31

作者简介:赵琛琛，女，硕士研究生，工程师，项目经理，从事轨道交通综合监控系统技术研究和工程实施，cc.z@163.com

(编辑:郭 洁)