地铁主控系统简介
1 引言
主控系统（Main Control System，简称为MCS）即综合监控系统，是地铁各专业自动化系统统一的计算机硬件和软件平台。主控系统改变了原来地铁监控系统中各专业分立的多岛结构，将各专业的综合信息纳入同一数据库，大大提高了自动化系统对突发事件的综合应变能力，由于各专业由同一系统平台支持，使地铁的运营降低了运行和维护成本。
主控系统在国外城市轨道交通已经得到了广泛应用。例如：西班牙马德里地铁和毕巴尔巴额地铁、法国巴黎地铁14号线、墨西哥城地铁B线、韩国的仁川地铁、汉城地铁7号线和8号线、新加坡东北线等。香港特别行政区的将军澳线和新机场快线也采用了综合监控系统。
近年来，国内轨道交通已开始适度采用综合自动化监控系统。上海明珠线最早将电力和环控两个专业集成在一个平台上。2002年，北京城市铁路13号线实施了“供电、环控和防灾报警综合自动化监控系统”。其东直门站为地下站，集成了3个机电主系统，构成了真正的综合监控系统。深圳地铁1号线的综合监控系统集成了机电设备监控系统（EMCS）、变电所自动化系统（PSCADA）、火灾自动报警系统（FAS）共3个专业，已于2004年年底开通。
广州地铁
3、4号线主控系统是目前国内规模最大、集成系统最多的综合监控系统。其中3号线将于2006年6月开通，4号线大学城专线段将于2005年12月开通。
2 项目概况 广州市轨道交通4号线目前设计为分三段施工。大学城专线段工程属于中间一段，设置5座地下车站、1座车辆段、1座主变电站、1座4号线控制中心。近期将向北延伸至黄洲、向南延伸至黄阁，包括4座地面车站和2座地下车站。黄阁延伸段工程计划将于2006年12月建成并投入运营，黄洲延伸段工程计划将于2007年12月建成并投入运营。
目前实施的主控系统是基于以上车站规模设计的，并在设计中充分考虑了继续延伸的软硬件扩展的方便性。
4号线主控系统集成的系统包括：PSCADA、FAS、EMCS、屏蔽门（PSD）、防淹门（FG）。
互联系统包括：广播系统（PA）、闭路电视监视系统（CCTV）、车载信息系统（TIS）、车站信息系统（SIS）、自动售检票系统（AFC）、信号系统（SIG）、时钟系统（CLK）。
3 主控系统构成
3.1 系统构成原则
主控系统围绕行车和行车指挥、防灾和安全、乘客服务等展开设计，以进一步提高运营行车管理的水平。
主控系统面向的对象为控制中心的行调、电调、环调、维调和总调（值班主任）及车站的值班站长、值班员，系统满足这些岗位的功能要求。 当出现异常情况由正常运行模式转为灾害运行模式时，主控系统能迅速转变为应急模式，为防灾、救援和事故处理的指挥提供方便。
主控系统采用模块化设计，易于扩展。4号线主控系统不仅满足黄洲、黄阁段运营和管理的需求，还为今后向南、向北延伸以及其他线路的接入，与更高一级管理系统的连接预留一定的条件。
3.2 系统构成概述
广州市轨道交通4号线主控系统是由设置于大石和新造控制中心的中央级主控系统（CMCS），设置于新造控制中心的软件测试平台（STP）、网络管理系统（NMS），设置于车站的主控系统（SMCS）、车辆段的主控系统（DMCS）和设置于车辆段的培训管理系统（TMS）等组成。主控系统采用两级管理三级控制的分层分布式结构。两级管理分别是中央级和车站级，三级控制分别是中央级、车站级和现场级。
中央级主控系统包括大石控制中心和新造4号线控制中心。
中央级主控系统通过全线的主干网络将各车站监控网的监控信息汇集到控制中心从而实现多系统的综合监控，这些信息包括PSCADA、FAS、EMCS、PSD、FG。为了实现更大范围的信息互通，中央级主控系统还与PA、CCTV、TIS、SIS、AFC、SIG、CLK等系统在中心实现互联。
车站级主控系统包括各车站、车辆段及独立的变电所、冷站。通过车站局域网络，将车站的各有关机电系统集成在一起，包括PSCADA、FAS、EMCS、PSD、FG等系统现场层的接入，与PA和CCTV等系统互联，使它们相互协调地工作。
现场级是由PSCADA、FAS、EMCS、PSD、FG、PA、CCTV、TIS、SIS、AFC、SIG等系统的现场层设备组成。这些系统与主控系统的车站级或中央级互联，起接口转换、信息采集、传送、汇聚、命令接受、执行和反馈作用，不属于主控系统。
3.3 系统结构
图1 系统结构图
(1) 中央级主控系统
大石控制中心与新造4号线控制中心在构成层次上均属于中央级，整体构成上采用Client/Server的结构形式，即4号线控制中心设置服务器、磁盘阵列、路由器等设备，大石控制中心不设服务器，只设置远程调度员工作站，各种调度工作站以局域网的方式直接纳入新造4号线控制中心，共用4号线控制中心的服务器。从网络结构上大石控制中心的主控系统只是作为新造4号线控制中心网络的延展。
新造4号线控制中心配置2台带路由功能的中央交换机，通过交换机上冗余的1000Mbps网络端口，连接中央实时服务器和中央历史服务器，形成中央服务器的局域网络。通过冗余的100Mbps网络端口连接工作站、前端处理器（FEP）、软件测试平台（STP）、网络管理系统（NMS）和打印机等其它设备构成中央的应用计算机局域网络。再通过交换机上1000Mbps的以太网光纤接口与主干网、大石控制中心局域网相连，从而构成一个完整的中央主控系统网络结构。
CMCS在新造4号线控制中心配置冗余的实时服务器和历史服务器，用于完成对实时数据的采集和处理及对历史数据的存储、记录和管理。
CMCS分别在新造4号线控制中心和大石控制中心配置2套电力调度员工作站、2套环境调度员工作站、2套行车调度员工作站、2套维修调度员工作站和1套总调度员工作站。大石控制中心还配置了两台信息编辑工作站。
新造中心配置一对冗余的FEP，负责接入子系统的通讯，在中心实现互联的AFC和SIG采用以太网TCP/IP通讯接入控制中心的FEP，其它CCTV、PA、TIS、CLK采用异步串行通讯方式通讯。
在新造和大石控制中心的主控设备房各配置1台30kVA在线式UPS，供控制中心的MCS设备使用。
(2) SMCS和DMCS
SMCS的主要的服务对象是车站值班站长和值班员。
SMCS在主控设备室内配置2台冗余的实时服务器用于完成各被控点的数据采集和处理工作。
SMCS在主控设备室内配置2台以太网交换机，通过交换机上冗余的100Mbps网络端口，连接车站服务器、车站值班站长工作站、FEP和打印机等设备；再通过交换机上
1000Mbps以太网接口与MBN（主控系统骨干网）连接，构成一个完整的车站局域网络。
SMCS配置4台FEP，用于管理所有车站被集成和互联系统的接口，以实现各集成或互联系统的信息向SMCS的传输。同时MCS也通过FEP完成发往被集成和互联系统的数据和命令。
车站的主控设备房配置1台15kVA在线式UPS，供本站MCS设备使用。
为保证中央级监控系统或车站级监控系统在灾害及阻塞等特殊情况下出现瘫痪时，重要监控对象仍能被控制，并为乘客提供必要的逃生条件，在各车站控制室内设置综合性的紧急状态后备盘（IBP）。在出现特殊故障时，实现后备的手动操作与表示功能，保证车站控制室具有紧急后备装置，以免影响安全。
IBP为以下控制功能提供后备控制操作，它们包括：SIG的紧急停车、扣车和放行；环控通风排烟系统和消防联动控制以及阻塞模式下的控制；PSD紧急开门控制；AFC闸机释放控制；ACS的释放；FG控制；扶梯停止控制；同时还设置时钟显示、重要系统的报警音响指示以及指示灯测试等。
车辆段主控系统的功能与配置与车站主控系统类似，但没有IBP。DMCS的主要的服务对象是车辆段的值班人员。
(3) MBN
主控系统骨干网用于车站、车辆段等局域网与控制中心局域网之间的互联，它是由设在车站、车辆段、控制中心等地点的交换设备及交换设备之间的区间光缆构成。
各车站、车辆段和控制中心等均作为MBN的网络节点，每个节点均采用主备冗余的两套以太网交换机，所有车站、车辆段、控制中心的MCS设备都连接到交换机上进行数据通信，再通过千兆的出口与MBN相联，从而将CMCS、SMCS、DMCS等联接成为一个完整的监控系统。
本项目中选择德国HIRSCHMANN的MACH系列工业以太网交换机产品作为MCS骨干网的基础网络设备。
(4) TMS
在车辆段的主控系统培训室内设置TMS。设置TMS的目的是使学员处于模拟仿真的MCS操作环境，对学员进行各种MCS的培训操作，包括仿真单点的设置、遥控、组控、模式控制等功能。TMS系统是独立的系统，配置有独立的培训系统软件。
(5) STP
在新造4号线控制中心内设置STP，STP可对系统软件的功能进行仿真测试。STP系统主要用于在现场实际运行前，配置、测试和检验数据库和软件组件。
(6) NMS
NMS可对MCS的全部网络设备进行配置、监视和控制。这些管理的设备包括：MCS网络上的所有交换机、所有的服务器、工作站、FEP、磁盘阵列、磁带机、UPS、大屏幕系统等。
网络管理就是通过对上述的各种网络设备、网络设备的节点、服务器资源进行规划、配置、监视、分析、扩充和控制来保证计算机网络服务的有效实现。
4 系统功能
4.1 通用功能 主控系统通用功能包括了以下功能，它们是：设备状态和报警显示；控制功能；计算事件；处理优先级；报警管理；指导/帮助；趋势；设备标签；脱离扫描；手动超驰；响应程序；时间表调度；屏幕拷贝；数据记录；报告生成；存档功能；系统联动；控制地点显示；操作员工作站的角色分配；系统安全；通用 MMI功能；I/O处理；打印管理；系统备份/恢复；决策支持（DSS）。
4.2 系统联动功能
联动功能即可以在系统之间自动激活执行，也可以作为一个控制序列由操作员手动执行。
对操作和时间有苛刻要求的联动直接在相关子系统之间完成，比如电力子系统内跳闸连锁。如果联动功能由MCS完成更经济（如可以减少接口）或更易于以后维护，则由MCS完成。
主控系统的联动模式从系统构成上可以分为三大类：中央级联动模式、车站级联动模式以及车辆段联动模式；从工作方式上可以分为但并不局限于以下几类：正常模式、灾害模式、故障模式等。
5 结论
地铁的基本运营状态包括正常运营状态、非正常运营状态和紧急运营状态。地铁运营就是要在这三种状态下，保证人和设备的安全，提高人性化服务水平，提高地铁经营效率。这就要求自动化监管系统能在上述三种运营状态下，协调各专业来达到目标。在控制中心要将行调、电调、环调、防灾调度、维调和总调个工作站信息沟通，实现互联互动。在车站车控室，将与站务和机电设备相关的信息沟通，实现互联互动。现代地铁运营要求自动化系统提供实现信息互通和资源共享的信息平台。主控系统满足了这种需要，实现了运营管理的现代化和科学化。
