陳輝 劉懿

(成都地鐵有限責任公司 成都610081)

程序自動控制是城市軌道交通電力監(jiān)控系統的最大特點和優(yōu)點。通過預先的程序設定實現一組或一系列開關的連續(xù)自動控制，大大縮短了人工遠程操作的時間，提升了設備操控的自動化水平。

程控卡片是一系列停送電程序組的統稱，每張卡片由一組需要連續(xù)操作和控制的開關序列組成。程控卡片執(zhí)行的效率直接關系到夜間檢修作業(yè)的可用時間，與線網條件下的運營維護和檢修息息相關。

如何在現有程控卡片設計的基礎上進一步改進控制策略，提升執(zhí)行效率，具有重要意義。

1 傳統電力監(jiān)控系統程控卡片

1.1 傳統程控卡片的設計

電力監(jiān)控系統中的程控(即程序遙控)是一系列單獨遙控的控制序列組合，在程控功能執(zhí)行過程中，不需要調度人員干預，可自動完成一系列設備的操作，因此大大節(jié)省了設備的操作時間，提升了操作效率。

城市軌道交通程控卡片的設計采用開關序列順序控制(串行)的方式，即一個開關動作完成后，執(zhí)行下一個開關的動作指令。一旦指令執(zhí)行失敗，該條程控卡片失敗，返回或者需要人工干預選擇重試。以城市軌道交通晚間停運后全線停電的程控卡片為例，其設計流程如圖1所示。

圖1 傳統全線停電程控卡片執(zhí)行流程

由于地鐵電力監(jiān)控系統(包括集成綜合監(jiān)控系統)設備間的通信一般都采用IEC 60870-5-104協議，操作對象在操作時都按照“選中—反?！獔?zhí)行—反饋”的流程，因此單個對象的操作時間要比一般被控對象長，現場實測在1～3 s。

1.2 傳統程控卡片的優(yōu)點

傳統地鐵程控卡片的實施，提升了電力監(jiān)控系統設備操作的自動化水平，主要體現在3個方面。

一是操作速度更快。設備自動化程度更高，操作更迅速，縮短了操作時間，提升了管理水平。

二是自動化水平更高。全部由程序進行控制，減少了調度員的勞動強度。

三是操作可靠性更高。在執(zhí)行過程中不需要人工干預，減少了人員誤操作的可能。

1.3 傳統程控卡片的不足

當軌道交通線路較長時(超過10個牽引變電所)，全線執(zhí)行一次停送電需要操作近百個對象，由于程控卡片控制是逐個進行的，一次全線停電程控卡片執(zhí)行下來，仍然需要10～20 min，控制效率仍有進一步提升空間。

2 程控卡片的設計改進

2.1 由串行到并行控制的可行性分析

傳統的程控卡片受早期計算機設備處理能力和軟件平臺的限制，采用逐個開關串行控制的方式。隨著自動化水平的飛速發(fā)展，特別是地鐵綜合監(jiān)控系統的大規(guī)模推廣和應用，為多線程同時并行執(zhí)行多個開關設備提供了可能。

開關并行控制為多線程控制的理念，由計算機設備同時分別執(zhí)行相互沒有邏輯干擾的牽引變電所回路的停送電作業(yè)。主變電所間、回路間、開關間通過適當的控制策略優(yōu)化，可以大大縮短設備在“選擇—反校”上的時間浪費，從而通過并發(fā)控制縮短整體操控時間。并行程控卡片的設計流程見圖2。

2.2 并行控制下的安全策略

并發(fā)控制的首要任務是保障安全，應充分考慮不同供電分區(qū)之間的相互影響和不安全因素，并采取相應的安全控制措施。

一是同一牽引變電所下可以并發(fā)控制開關的數量應結合軟件能力進行適當優(yōu)化和調整，不同開關在最后的分合閘瞬間應進行時序控制(可設置統一定時器，確保每個定時器一定時間范圍內只有一條控制指令發(fā)出)，以避免多開關同時分合閘造成沖擊。

圖2 并行全線停電程控卡片執(zhí)行流程

二是斷路器與隔離開關之間的順序控制關系不能改變，操作前仍然需要進行聯鎖檢查，以確保安全。一旦設備操作失敗，相應聯鎖條件影響范圍內的開關控制也應終止。

三是每個牽引變電所不同分區(qū)的停送電應單獨設計為小的程控卡片。通過開關分組，把有影響關系的供電臂開關關聯起來，一個開關故障，只終止與其有關聯的開關組操作，與其無關的供電分區(qū)仍可并行執(zhí)行相關操作，減少影響范圍。

2.3 并行控制下的人機界面優(yōu)化

程控卡片最終需要通過人機界面的形式供給電力調度員使用，在人機界面設計上應體現充分的靈活性。通過研究，筆者將全線的程控卡片分解為若干個小的程控卡片，每個小程控卡片的執(zhí)行是一個獨立的單元，若在并行執(zhí)行過程中出現意外，與該程控卡片無關的程控卡片仍將執(zhí)行到位，相關的人機界面見圖3所示。

圖3 全線停電程控卡片人機界面

從圖中可以看出，全線的程控卡片可以分解為多個小的程控卡片，在執(zhí)行全線停送電時可以選擇“全線、上行、下行和自定義勾選”等多種方式，后臺程序根據選擇范圍，采用并行執(zhí)行的方式進行停送電操作。每個子程控卡片執(zhí)行狀態(tài)和結果以文本信息方式在文本框中顯示。若出現子程控卡片執(zhí)行失敗，調度操作人員可以點擊詳細信息進入具體信息頁面，選擇單獨操作或者子程控卡片重試操作，為調度人員提供了更多靈活性。

3 成都地鐵并行程控卡片科研情況

3.1 科研過程

成都地鐵1、2號線從2014年7月起啟動了綜合監(jiān)控系統并行程控卡片的科研立項和相關測試工作。成都地鐵1號線于2014年12月15日率先實現了全線并行程控，預計從2015年12月22日開始試用，使整體效率得到大幅提升。

3.2 技術經濟分析

并行程控卡片的研究僅僅是利用綜合監(jiān)控系統軟件平臺的軟件開發(fā)進行完善，不需要投入單獨的硬件成本。軟件前期開發(fā)過程中投入不超過40萬元，一旦開發(fā)成功，在后續(xù)線路綜合監(jiān)控中還可以進行無成本大規(guī)模推廣，降低整體成本。

從實際使用效果看，成都地鐵1號線全線(包括一期和二期工程)采用并行程控卡片后，早晚停送電時間節(jié)省20～30 min，快速停送電不僅減少了牽引系統的空載能耗，還大大增加了線路的夜間停電檢修作業(yè)時間，這從軌道交通線網日益緊張的檢修時間來看，節(jié)省的時間成本是非常高的。

3.3 實際應用情況測評

成都地鐵1號線一期工程(17座車站)綜合監(jiān)控系統并行程控卡片試用期間的相關數據統計如表1所示。

表1 成都地鐵程控卡片使用情況

從設備動作看，并行控制的設備操作時間只是串行控制的1/10，操作效率明顯提高。目前是使用階段，尚需要人工對設備操作后的開關狀態(tài)進行再次核實，使用成熟后完全可以優(yōu)化掉SOE(事件順序記錄)人工核查時間。從實際測試數據看，優(yōu)化后的程控卡片效率得到大幅提升，大大提高了運營企業(yè)的夜間檢修作業(yè)水平和效率。

4 結語

通過對綜合監(jiān)控系統集成后的電力監(jiān)控程控卡片的功能分析和設計優(yōu)化，長大線路的早晚停送電時間將縮短30 min，這對每日夜間只有5 h左右檢修時間的運營企業(yè)來講，意義非常重大。并行程控方案在滿足控制安全邏輯的前提下，增加了多線程同時操控的概率，提升了自動化水平。

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