城市轨道交通并行程控卡片设计

陈辉 刘懿

(成都地铁有限责任公司 成都610081)

程序自动控制是城市轨道交通电力监控系统的最大特点和优点。通过预先的程序设定实现一组或一系列开关的连续自动控制，大大缩短了人工远程操作的时间，提升了设备操控的自动化水平。

程控卡片是一系列停送电程序组的统称，每张卡片由一组需要连续操作和控制的开关序列组成。程控卡片执行的效率直接关系到夜间检修作业的可用时间，与线网条件下的运营维护和检修息息相关。

如何在现有程控卡片设计的基础上进一步改进控制策略，提升执行效率，具有重要意义。

1 传统电力监控系统程控卡片

1.1 传统程控卡片的设计

电力监控系统中的程控(即程序遥控)是一系列单独遥控的控制序列组合，在程控功能执行过程中，不需要调度人员干预，可自动完成一系列设备的操作，因此大大节省了设备的操作时间，提升了操作效率。

城市轨道交通程控卡片的设计采用开关序列顺序控制(串行)的方式，即一个开关动作完成后，执行下一个开关的动作指令。一旦指令执行失败，该条程控卡片失败，返回或者需要人工干预选择重试。以城市轨道交通晚间停运后全线停电的程控卡片为例，其设计流程如图1所示。

图1 传统全线停电程控卡片执行流程

由于地铁电力监控系统(包括集成综合监控系统)设备间的通信一般都采用IEC 60870-5-104协议，操作对象在操作时都按照“选中—反校—执行—反馈”的流程，因此单个对象的操作时间要比一般被控对象长，现场实测在1～3 s。

1.2 传统程控卡片的优点

传统地铁程控卡片的实施，提升了电力监控系统设备操作的自动化水平，主要体现在3个方面。

一是操作速度更快。设备自动化程度更高，操作更迅速，缩短了操作时间，提升了管理水平。

二是自动化水平更高。全部由程序进行控制，减少了调度员的劳动强度。

三是操作可靠性更高。在执行过程中不需要人工干预，减少了人员误操作的可能。

1.3 传统程控卡片的不足

当轨道交通线路较长时(超过10个牵引变电所)，全线执行一次停送电需要操作近百个对象，由于程控卡片控制是逐个进行的，一次全线停电程控卡片执行下来，仍然需要10～20 min，控制效率仍有进一步提升空间。

2 程控卡片的设计改进

2.1 由串行到并行控制的可行性分析

传统的程控卡片受早期计算机设备处理能力和软件平台的限制，采用逐个开关串行控制的方式。随着自动化水平的飞速发展，特别是地铁综合监控系统的大规模推广和应用，为多线程同时并行执行多个开关设备提供了可能。

开关并行控制为多线程控制的理念，由计算机设备同时分别执行相互没有逻辑干扰的牵引变电所回路的停送电作业。主变电所间、回路间、开关间通过适当的控制策略优化，可以大大缩短设备在“选择—反校”上的时间浪费，从而通过并发控制缩短整体操控时间。并行程控卡片的设计流程见图2。

2.2 并行控制下的安全策略

并发控制的首要任务是保障安全，应充分考虑不同供电分区之间的相互影响和不安全因素，并采取相应的安全控制措施。

一是同一牵引变电所下可以并发控制开关的数量应结合软件能力进行适当优化和调整，不同开关在最后的分合闸瞬间应进行时序控制(可设置统一定时器，确保每个定时器一定时间范围内只有一条控制指令发出)，以避免多开关同时分合闸造成冲击。

图2 并行全线停电程控卡片执行流程

二是断路器与隔离开关之间的顺序控制关系不能改变，操作前仍然需要进行联锁检查，以确保安全。一旦设备操作失败，相应联锁条件影响范围内的开关控制也应终止。

三是每个牵引变电所不同分区的停送电应单独设计为小的程控卡片。通过开关分组，把有影响关系的供电臂开关关联起来，一个开关故障，只终止与其有关联的开关组操作，与其无关的供电分区仍可并行执行相关操作，减少影响范围。

2.3 并行控制下的人机界面优化

程控卡片最终需要通过人机界面的形式供给电力调度员使用，在人机界面设计上应体现充分的灵活性。通过研究，笔者将全线的程控卡片分解为若干个小的程控卡片，每个小程控卡片的执行是一个独立的单元，若在并行执行过程中出现意外，与该程控卡片无关的程控卡片仍将执行到位，相关的人机界面见图3所示。

图3 全线停电程控卡片人机界面

从图中可以看出，全线的程控卡片可以分解为多个小的程控卡片，在执行全线停送电时可以选择“全线、上行、下行和自定义勾选”等多种方式，后台程序根据选择范围，采用并行执行的方式进行停送电操作。每个子程控卡片执行状态和结果以文本信息方式在文本框中显示。若出现子程控卡片执行失败，调度操作人员可以点击详细信息进入具体信息页面，选择单独操作或者子程控卡片重试操作，为调度人员提供了更多灵活性。

3 成都地铁并行程控卡片科研情况

3.1 科研过程

成都地铁1、2号线从2014年7月起启动了综合监控系统并行程控卡片的科研立项和相关测试工作。成都地铁1号线于2014年12月15日率先实现了全线并行程控，预计从2015年12月22日开始试用，使整体效率得到大幅提升。

3.2 技术经济分析

并行程控卡片的研究仅仅是利用综合监控系统软件平台的软件开发进行完善，不需要投入单独的硬件成本。软件前期开发过程中投入不超过40万元，一旦开发成功，在后续线路综合监控中还可以进行无成本大规模推广，降低整体成本。

从实际使用效果看，成都地铁1号线全线(包括一期和二期工程)采用并行程控卡片后，早晚停送电时间节省20～30 min，快速停送电不仅减少了牵引系统的空载能耗，还大大增加了线路的夜间停电检修作业时间，这从轨道交通线网日益紧张的检修时间来看，节省的时间成本是非常高的。

3.3 实际应用情况测评

成都地铁1号线一期工程(17座车站)综合监控系统并行程控卡片试用期间的相关数据统计如表1所示。

表1 成都地铁程控卡片使用情况

从设备动作看，并行控制的设备操作时间只是串行控制的1/10，操作效率明显提高。目前是使用阶段，尚需要人工对设备操作后的开关状态进行再次核实，使用成熟后完全可以优化掉SOE(事件顺序记录)人工核查时间。从实际测试数据看，优化后的程控卡片效率得到大幅提升，大大提高了运营企业的夜间检修作业水平和效率。

4 结语

通过对综合监控系统集成后的电力监控程控卡片的功能分析和设计优化，长大线路的早晚停送电时间将缩短30 min，这对每日夜间只有5 h左右检修时间的运营企业来讲，意义非常重大。并行程控方案在满足控制安全逻辑的前提下，增加了多线程同时操控的概率，提升了自动化水平。

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