基于中央一體化綜合監(jiān)控系統(tǒng)的城市軌道交通設(shè)備運(yùn)維管理模式優(yōu)化與創(chuàng)新

王悅婷

(上海申通地鐵集團(tuán)有限公司,201103,上海 ∥ 高級(jí)工程師)

1 上海軌道交通的運(yùn)維管理現(xiàn)狀

上海軌道交通的線(xiàn)網(wǎng)規(guī)模大、設(shè)施設(shè)備的體量也大，其設(shè)備的長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)行給設(shè)備維保工作帶來(lái)巨大壓力。城市軌道交通設(shè)施設(shè)備的專(zhuān)業(yè)眾多、技術(shù)含量高，各專(zhuān)業(yè)之間接口關(guān)系復(fù)雜，設(shè)施設(shè)備的維保工作對(duì)運(yùn)營(yíng)安全、服務(wù)質(zhì)量、運(yùn)營(yíng)成本有重要影響，維保成本也隨著設(shè)施設(shè)備生命周期的消耗而日益增加。

設(shè)施設(shè)備維保主要采取自主維保、委托維保和混合維保三種模式。目前，維保工作主要面臨以下問(wèn)題：維保人員來(lái)自不同單位，其專(zhuān)業(yè)化技術(shù)能力參差不齊；部分專(zhuān)業(yè)設(shè)備的維保人員需持證上崗，但很多現(xiàn)場(chǎng)一線(xiàn)維保人員欠缺資質(zhì)考核渠道；缺乏設(shè)備設(shè)施維護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；維護(hù)系統(tǒng)所要采集的監(jiān)測(cè)信息不統(tǒng)一；監(jiān)測(cè)信息采集不全面；維護(hù)系統(tǒng)的集成化、綜合化及智能化水平不足，不能有效支撐設(shè)備維修模式向狀態(tài)修轉(zhuǎn)變；數(shù)據(jù)分析功能有待進(jìn)一步加強(qiáng)；故障處理支持較弱；等等。這些問(wèn)題導(dǎo)致設(shè)施設(shè)備的維保管理效率低、成本高。

針對(duì)上述問(wèn)題，上海軌道交通的運(yùn)營(yíng)單位積極探索新的維保模式，開(kāi)發(fā)利用CIOS(中央一體化綜合監(jiān)控)系統(tǒng)，希望不僅能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患、減少運(yùn)營(yíng)影響、降低故障等級(jí)，還能在完成巨大維保工作量的同時(shí)，盡量減少人工作業(yè)、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、減少人為影響。

2 CIOS系統(tǒng)及其架構(gòu)

2.1 CIOS系統(tǒng)

CIOS系統(tǒng)是一個(gè)高度集成的綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，其主要通過(guò)集成多個(gè)主要弱電系統(tǒng)，形成統(tǒng)一的監(jiān)控層硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)城市軌道交通主要弱電設(shè)備的集中監(jiān)控和管理功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)運(yùn)行情況和客流統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)監(jiān)視功能，最終實(shí)現(xiàn)相關(guān)各子系統(tǒng)之間的信息共享和協(xié)調(diào)互動(dòng)功能。

在超大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)背景下，上海申通地鐵有限公司基于對(duì)機(jī)電系統(tǒng)集成的深入研究，提出了車(chē)站和線(xiàn)路控制中心機(jī)電系統(tǒng)的集成優(yōu)化方案，并同步將線(xiàn)路級(jí)機(jī)電系統(tǒng)接入路網(wǎng)控制中心。

路網(wǎng)控制中心設(shè)置的CIOS集成了FAS(火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng))、環(huán)境控制通風(fēng)系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、PIS(乘客信息系統(tǒng))、PA(公共廣播)系統(tǒng)、CCTV(視頻監(jiān)控)系統(tǒng)等專(zhuān)業(yè)子系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)線(xiàn)路級(jí)機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)信息的采集和全局監(jiān)視，以實(shí)現(xiàn)對(duì)全線(xiàn)機(jī)電專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)的綜合監(jiān)控和一體化管理。

通過(guò)統(tǒng)一的用戶(hù)界面，運(yùn)營(yíng)管理人員能更方便有效地監(jiān)控管理整條線(xiàn)路的運(yùn)營(yíng)情況，維護(hù)人員可通過(guò)網(wǎng)管平臺(tái)等輔助系統(tǒng)來(lái)監(jiān)控后臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行情況。從而提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平，提高線(xiàn)路的安全性、可靠性及高響應(yīng)性。

2.2 CIOS系統(tǒng)架構(gòu)

CIOS采用C/S(客戶(hù)端/服務(wù)器)體系架構(gòu)，由歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器、前端處理器(FEP)、接口服務(wù)器、光纖磁盤(pán)陣列、調(diào)度員工作站、打印機(jī)、中央網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備構(gòu)成。歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器和光纖磁盤(pán)陣列共同構(gòu)成綜合監(jiān)控系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，完成全線(xiàn)歷史數(shù)據(jù)和記錄的存儲(chǔ)管理；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器接收原線(xiàn)路OCC(運(yùn)營(yíng)控制中心)轉(zhuǎn)發(fā)的專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)和中央相關(guān)系統(tǒng)提供的機(jī)電設(shè)備狀態(tài)信息，完成數(shù)據(jù)處理并更新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；在配置的兩套冗余FEP中，一套FEP設(shè)置在本地，用于實(shí)現(xiàn)與CCTV、PA等專(zhuān)業(yè)的接口，另一套FEP設(shè)置在原線(xiàn)路的OCC，用于采集原線(xiàn)路OCC轉(zhuǎn)發(fā)的專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)；配置冗余的接口服務(wù)器，負(fù)責(zé)完成CIOS系統(tǒng)與ATS(列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控)系統(tǒng)的全數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，以及CIOS系統(tǒng)與路網(wǎng)級(jí)管理系統(tǒng)的接口通信，還負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)電力監(jiān)控、機(jī)電設(shè)備監(jiān)控和火災(zāi)報(bào)警等專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)，以滿(mǎn)足上層調(diào)度網(wǎng)絡(luò)的全局監(jiān)控需求。

CIOS系統(tǒng)采用雙網(wǎng)冗余架構(gòu)設(shè)計(jì)，其關(guān)鍵設(shè)備采用熱備冗余配置方式，以確保單點(diǎn)故障不影響CIOS系統(tǒng)正常的使用。CIOS系統(tǒng)總體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。在環(huán)境控制通風(fēng)子系統(tǒng)中，歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器、FEP、調(diào)度員工作站等關(guān)鍵設(shè)備采用了熱備冗余配置方式。此外，配置了1套備用的隧道風(fēng)機(jī)控制終端，用于緊急情況下對(duì)重要防災(zāi)設(shè)備的手動(dòng)控制。隧道風(fēng)機(jī)控制終端采用觸屏控制方式，由一體化觸屏工控機(jī)和隧道風(fēng)機(jī)監(jiān)控軟件構(gòu)成。隧道風(fēng)機(jī)控制終端與CIOS系統(tǒng)相互獨(dú)立，僅靠網(wǎng)絡(luò)相連。除網(wǎng)絡(luò)故障外的其他CIOS系統(tǒng)故障都不影響隧道風(fēng)機(jī)控制終端的應(yīng)急操作功能。

考慮到既有各子系統(tǒng)的現(xiàn)狀及改造條件，CIOS系統(tǒng)的各子系統(tǒng)通過(guò)不同協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)接入，從而實(shí)現(xiàn)操作界面的集成化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)跨專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)，以提升線(xiàn)路集成化管理效率。在實(shí)現(xiàn)全線(xiàn)供電設(shè)備和車(chē)站機(jī)電設(shè)備集中監(jiān)控的基礎(chǔ)上，CIOS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了與ATS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合及界面集成。

將原先分別設(shè)立的ATS系統(tǒng)和PSCADA(電力監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集)子系統(tǒng)等機(jī)電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)適當(dāng)融合，建設(shè)1套集成了ATS、PSCADA子系統(tǒng)、EMCS(機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng))的CIOS系統(tǒng)。

3 運(yùn)維工作模式的優(yōu)化與創(chuàng)新

3.1 提升運(yùn)營(yíng)效率

傳統(tǒng)ATS系統(tǒng)在監(jiān)視路網(wǎng)的車(chē)輛運(yùn)行情況時(shí)，無(wú)法詳細(xì)地監(jiān)控路況的車(chē)站機(jī)電設(shè)備的實(shí)際信息。CIOS系統(tǒng)增設(shè)了ATS子系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口，可將車(chē)站機(jī)電設(shè)備的實(shí)際信息轉(zhuǎn)發(fā)至ATS系統(tǒng)運(yùn)行界面，由ATS系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而使調(diào)度員能更加全面地監(jiān)控整個(gè)列車(chē)運(yùn)行環(huán)境及狀態(tài)。此外，ATS系統(tǒng)可通過(guò)接口將其車(chē)輛位置信息及車(chē)次號(hào)信息傳送給CIOS系統(tǒng)；CIOS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后通過(guò)專(zhuān)業(yè)界面展示相關(guān)信息，使調(diào)度員在日常的維護(hù)和使用過(guò)程中，能做出是否可以進(jìn)行環(huán)控操作試驗(yàn)，能否開(kāi)啟隧道風(fēng)機(jī)等判斷。

原PA系統(tǒng)和CCTV系統(tǒng)的終端設(shè)備多樣，操作繁瑣，容易導(dǎo)致調(diào)度在日常使用的誤操作。CIOS系統(tǒng)集成了硬件設(shè)備，通過(guò)簡(jiǎn)單的軟件操作界面，可幫助調(diào)度員實(shí)現(xiàn)一鍵下發(fā)人工廣播，并可輕松調(diào)取所需的監(jiān)控畫(huà)面。

CIOS通過(guò)對(duì)多個(gè)專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)的集成、資源共享、信息互通，能極大地提高運(yùn)營(yíng)效率。其多功能的操作方式，給調(diào)度員提供了極其便捷的操作手段，充分發(fā)揮了集成系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。

圖1 CIOS系統(tǒng)總體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3.2 提升檢修維護(hù)的效率

路網(wǎng)控制中心設(shè)置有CIOS綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)管理室。在網(wǎng)絡(luò)管理室內(nèi)，每一條線(xiàn)路都設(shè)有對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)管理工作站，維護(hù)人員可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理工作站，對(duì)各線(xiàn)路的所有設(shè)備健康狀態(tài)及網(wǎng)絡(luò)通信情況了如指掌，極大地節(jié)省了維護(hù)成本。據(jù)上海地鐵通號(hào)分公司統(tǒng)計(jì)，采用CIOS系統(tǒng)后，網(wǎng)絡(luò)通信故障率下降了近5%，維護(hù)成本下降了近8%。

CIOS系統(tǒng)的界面還集成了人機(jī)界面，能展現(xiàn)各專(zhuān)業(yè)通道的通斷情況及通道的在線(xiàn)情況。一旦發(fā)生網(wǎng)絡(luò)中斷或者設(shè)備故障，CIOS系統(tǒng)會(huì)第一時(shí)間發(fā)動(dòng)聲光報(bào)警來(lái)提醒相關(guān)維護(hù)人員。維護(hù)人員只需定時(shí)巡檢，確認(rèn)設(shè)備情況，即可很好地掌控設(shè)施設(shè)備整體情況。

城市軌道交通的夜間施工資源緊缺，F(xiàn)AS的月檢及年檢工作往往受供電專(zhuān)業(yè)在該區(qū)域停送電操作的影響。在傳統(tǒng)模式中，F(xiàn)AS和PSCADA系統(tǒng)是分開(kāi)獨(dú)立運(yùn)行的系統(tǒng)，兩者之間未實(shí)現(xiàn)信息互通，需人為查閱信息平臺(tái)的施工信息，十分不便。CIOS系統(tǒng)集成了FAS和PSCADA系統(tǒng)，使得調(diào)度員能同時(shí)監(jiān)控兩個(gè)專(zhuān)業(yè)的實(shí)時(shí)信息，及時(shí)下發(fā)調(diào)度指令，極大地提高了工作效率。據(jù)上海地鐵維保公司統(tǒng)計(jì)，涉及機(jī)電及通信專(zhuān)業(yè)的總體工時(shí)利用率提升了0.8%。

3.3 運(yùn)維管理模式的革新

CIOS系統(tǒng)投入使用后，每個(gè)子系統(tǒng)都會(huì)為維護(hù)人員提供便利。充分利用一體化監(jiān)控的優(yōu)勢(shì)，重新調(diào)整設(shè)置控制中心班組人員的崗位和職責(zé)，使其原來(lái)的單一專(zhuān)業(yè)職責(zé)向多職能監(jiān)控轉(zhuǎn)型。崗位職責(zé)的復(fù)合進(jìn)一步減少了控制中心及各線(xiàn)路配置的班組人員，使設(shè)備維修逐步從計(jì)劃修向狀態(tài)修優(yōu)化，有利于減輕超大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)維的成本壓力。

例如，在傳統(tǒng)的EMCS系統(tǒng)中，隧道風(fēng)機(jī)模式的控制和監(jiān)視設(shè)備調(diào)度員按傳統(tǒng)方式控制命令的下發(fā)和執(zhí)行，如發(fā)生故障導(dǎo)致風(fēng)機(jī)無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，則需維護(hù)人員趕往現(xiàn)場(chǎng)，并在現(xiàn)場(chǎng)查明原因和情況才能做出響應(yīng)。這種處理耗時(shí)長(zhǎng)、效率低。在CIOS系統(tǒng)中，維護(hù)人員使用的NMS(網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng))增設(shè)了專(zhuān)門(mén)界面，以追蹤調(diào)度員日常使用過(guò)程中控制命令的運(yùn)行途徑。通過(guò)該方式，維護(hù)單位可在第一時(shí)間判斷故障的類(lèi)型及原因，從而組織有效的修復(fù)工作。將全路網(wǎng)的信息集中，實(shí)現(xiàn)各線(xiàn)路維護(hù)界面的統(tǒng)一化和標(biāo)準(zhǔn)化，只需1個(gè)維護(hù)部門(mén)即可肩負(fù)整個(gè)路網(wǎng)控制中心的維護(hù)工作，真正做到了維護(hù)成本的降低和維護(hù)效率的提升。

3.4 實(shí)際應(yīng)用案例

上海軌道交通8號(hào)線(xiàn)的設(shè)備設(shè)施維保工作應(yīng)用了CIOS系統(tǒng)。在路網(wǎng)控制中心，設(shè)置了6個(gè)CIOS系統(tǒng)監(jiān)控員席位及8臺(tái)服務(wù)器。CIOS系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)管理工作站的NMS網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)視圖能直觀反映所有設(shè)備的健康運(yùn)行狀態(tài)。維護(hù)人員可通過(guò)日常對(duì)該圖的檢查，了解當(dāng)前的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

CIOS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理工作站的界面還展現(xiàn)了全線(xiàn)各子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通道狀態(tài)，以便維護(hù)人員直觀地對(duì)各站各子系統(tǒng)的通斷情況作出判斷，做好相應(yīng)的維修和防護(hù)工作。

4 結(jié)語(yǔ)

CIOS系統(tǒng)在軟件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)多專(zhuān)業(yè)、多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、信息集成和信息共享，為城市軌道交通科學(xué)和高效的運(yùn)營(yíng)組織和管理提供了先進(jìn)的技術(shù)手段。新運(yùn)維管理模式基于CIOS系統(tǒng)集成平臺(tái)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)專(zhuān)業(yè)的設(shè)備設(shè)施的統(tǒng)一監(jiān)視和集中控制，實(shí)現(xiàn)了不同專(zhuān)業(yè)的信息共享和聯(lián)動(dòng)控制，提高了運(yùn)營(yíng)和維護(hù)效率，突破了行業(yè)數(shù)據(jù)處理瓶頸，能充分滿(mǎn)足線(xiàn)路及線(xiàn)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)精細(xì)化管理及擴(kuò)展需求。