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案例頻道The domestical technology transformations
of GCC in NO. 1 of Guangzhou Metro
Chen HuiLiang
（Guangzhou Metro Corporation，510380）
Abstract : Because the OS and hardware of the GCC of NO.1 line of Guangzhou Metro has been eliminating from market . The GCC technique must change with development of computer technology to settle compatible problem of the new model of industrial control computer.
Keywords : GCC(Graphical Command Center) NETWORK OS SOFTWARE HARDWARE
一、前景
廣州地鐵一號線從1997年6月28日開通到現(xiàn)在已經(jīng)有8年多了，一號線FAS系統(tǒng)（Fire Alarm System，火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)，簡稱FAS）所采用的是美國Simplex最先進(jìn)的4120網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該系統(tǒng)將完成對所保護(hù)地區(qū)的實(shí)時(shí)火災(zāi)監(jiān)測、報(bào)警和消防聯(lián)動控制。Simplex 4120網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)，系統(tǒng)非常可靠，末端設(shè)備定時(shí)向系統(tǒng)發(fā)出模擬報(bào)警信號，以檢測系統(tǒng)外圍設(shè)備工作情況，通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向監(jiān)控中心顯示工作情況。
4120網(wǎng)絡(luò)采用對等式的協(xié)議（Peer-to-Peer）最新技術(shù)，結(jié)合Simplex專有的TrueAlarm智能火災(zāi)探測系統(tǒng)，構(gòu)成最先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)式火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)。每一個直接與4120網(wǎng)絡(luò)通訊的控制盤定義為一個節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以是全功能的4120系統(tǒng)火災(zāi)報(bào)警控制盤（FACP）、4120圖形命令中心（GCC），盡管它們具有不同的功能，但在網(wǎng)絡(luò)通訊中具有同等的地位。
為達(dá)到及保障網(wǎng)絡(luò)的可靠性，Simplex 開發(fā)及采用獨(dú)立的通訊協(xié)議。Simplex 4120系統(tǒng)采用NFPA 72 STYLE 7操作模式可通過三種不同的通訊介質(zhì)而進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。Simplex 4120網(wǎng)絡(luò)提供三種通訊介質(zhì)：RS-485、光纖及調(diào)制解調(diào)器，通訊輸出為57.6 K或9,600 BIT/S。廣州地鐵一號線采用的RS-485通訊最長距離為5,200米（采用#18AWG銅線），數(shù)據(jù)傳輸速率為57.6KBIT/S。NFPA 72 STYLE 7操作模式在網(wǎng)絡(luò)通訊回路上出現(xiàn)第一個故障工作狀態(tài)下，必須維持正常工作，并保證網(wǎng)絡(luò)的通訊。例如：主線開路、短路及接地等等。主線開路的時(shí)候，可以使網(wǎng)絡(luò)由環(huán)型變成總線型進(jìn)行通信。
某些需要由網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)監(jiān)測和控制的點(diǎn)被定義為“公共點(diǎn)”，如圖1所示的車站FACP或GCC，并且在其相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上予以設(shè)定。在多重網(wǎng)絡(luò)控制盤結(jié)構(gòu)中，通過適當(dāng)?shù)能浖O(shè)定，在作為獨(dú)立控制盤的前提下，將同時(shí)可以利用對方節(jié)點(diǎn)的一些獨(dú)特性能。由于各節(jié)點(diǎn)既相互獨(dú)立，又互為補(bǔ)充，故這種4120網(wǎng)絡(luò)被稱為“共享”式網(wǎng)絡(luò)。環(huán)型網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)（即Style 7的接線方式）進(jìn)一步提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性，同時(shí)Simplex提供的設(shè)備部件均具備線路短路和斷路監(jiān)測及保護(hù)功能。GCC可被設(shè)定為各自顯示不同的公共點(diǎn)，這些公共點(diǎn)也許處于關(guān)鍵性的位置，它們的狀態(tài)應(yīng)當(dāng)被視為公共信息。這樣，緊急操作指令便可以由對這些關(guān)鍵位置具有最佳視角的控制盤發(fā)出，當(dāng)某節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，另一節(jié)點(diǎn)可代行操作。
圖1 FAS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)
Simplex 4120網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具備在線巡視功能，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)按預(yù)設(shè)的程序自動對網(wǎng)絡(luò)上的各部件進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并每4秒報(bào)告一次外設(shè)的工作狀態(tài)。當(dāng)一個不正常狀態(tài)被檢測到時(shí)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制面板即以聲光報(bào)警信號顯示出來，并顯示出故障設(shè)備的名稱、地址和故障類型，方便維護(hù)人員維修。
二、GCC使用情況
目前，廣州地鐵一號線FAS系統(tǒng)在全線的地下14個車站、OCC、通號樓都設(shè)置有GCC，數(shù)量是17臺。車站人員和環(huán)調(diào)人員基本上都是利用GCC監(jiān)控車站的火災(zāi)報(bào)警情況，該GCC是由美國Simplex公司生產(chǎn)的。GCC由于每天24小時(shí)不間斷的運(yùn)行，它們的平均使用壽命約為5000小時(shí)，即5年半，而一號線的GCC從1998年底開始使用到現(xiàn)在，已經(jīng)達(dá)到了使用年限，面臨更換。GCC的工控機(jī)為奔騰133，硬盤為2.1G，現(xiàn)在市場上早就停產(chǎn)了。另外，F(xiàn)AS系統(tǒng)GCC軟件是采用MS－DOS為核心，用C語言和Windows3.1開發(fā)軟件包編寫、模塊排列的應(yīng)用軟件，該軟件只適合用于奔騰級的計(jì)算機(jī)平臺，經(jīng)過測試，軟件無法與目前主流工控機(jī)兼容，而且這種奔騰級級別檔次的工控機(jī)已經(jīng)被淘汰，市面上已經(jīng)很難買到。因此不但需要對該系統(tǒng)GCC進(jìn)行硬件的國產(chǎn)化，也同時(shí)需要對軟件進(jìn)行升級。
為了解決以上存在的問題，保證FAS系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，F(xiàn)AS專業(yè)工程師在2004年初組成一個專業(yè)組，著手對GCC進(jìn)行國產(chǎn)化技術(shù)改造的研究。首先從國內(nèi)購買一臺工控機(jī)及Simplex升級軟件一套，經(jīng)過測試運(yùn)行，確定系統(tǒng)經(jīng)過改造后，達(dá)到系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)更加安全、快速、可靠的運(yùn)行后，再在全線進(jìn)行推廣，完成國產(chǎn)化改造。下圖2是舊的GCC：
圖2 舊的GCC
三、改造方案
（一）工程要求
從國內(nèi)購買一臺工控機(jī)及Simplex升級軟件一套，先在FAS試驗(yàn)室進(jìn)行測試，經(jīng)過試驗(yàn)確認(rèn)運(yùn)行正常后，確定能夠與4120控制盤進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通信并保證系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行，然后再在車站內(nèi)調(diào)試運(yùn)行。
（二）GCC配置要求
為了保證GCC與4120控制盤之間能夠正常通信，需選用標(biāo)準(zhǔn)工控機(jī)配件。例如：
1、 無源底板：研華PCA－6114P4－C
2、 工業(yè)機(jī)箱：研華IPC－611BP－30Z
3、 全長CPU卡：研華PCA－6186VE－00A1
4、 CPU：INTEL PENTIUM4 2.0A
5、 內(nèi)存：金士頓KVR400X64C3/512M（一條）
6、 顯示器：17寸液晶顯示器，響應(yīng)時(shí)間16mS，四燈管
以上配置僅作為參考標(biāo)準(zhǔn)
（三）技術(shù)要求
1、 工控機(jī)能正常穩(wěn)定運(yùn)行
2、 能正常實(shí)現(xiàn)各種監(jiān)控功能
3、 網(wǎng)絡(luò)能正常快速通信
（四）質(zhì)量要求
保質(zhì)期為一年
（五）合同工期
本項(xiàng)目的調(diào)試工期為15個工作日
四、方案的實(shí)施
經(jīng)過我們專業(yè)組成員和邀請的Simplex公司代理商軟件開發(fā)工程師一起研討，提出了一些可行的方法和措施，并且在市場上購買了一臺研華工控機(jī)，在FAS實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了15天的軟件修改、程序編寫、硬件測試，終于試驗(yàn)成功。并把經(jīng)過改造的GCC安裝在通號樓進(jìn)行上線運(yùn)行，上線運(yùn)行從2005年2月份到11月份，經(jīng)過測試驗(yàn)證，經(jīng)過改造的GCC完全成功。下圖3是新的GCC：
圖3 新的GCC
五、改造后的新舊GCC對比
（一）主要設(shè)備配置上的對比
|
序號 |
設(shè)備名稱 |
新設(shè)備配置型號 |
舊設(shè)備配置型號 |
|
1 |
工控機(jī) |
研華RPC－500 |
Simplex專用的工控機(jī) |
|
2 |
中央處理器 |
PENTIUM4 2.0G |
PENTIUM 133 |
|
3 |
硬盤 |
40G |
2.1G |
|
4 |
內(nèi)存 |
512M DDR400 |
16M EDO |
|
5 |
軟驅(qū) |
1.44MB |
1.44MB |
|
6 |
電源 |
300WATX |
230WAT |
|
7 |
光驅(qū) |
52X |
無 |
|
8 |
顯示器 |
優(yōu)派17寸VE700 |
優(yōu)派17寸CRT |
|
9 |
操作系統(tǒng) |
Windows98中文 |
Windows3.1 |
（二）新舊操作系統(tǒng)的對比
1、 舊的操作系統(tǒng)： FAS系統(tǒng)GCC使用的是Windows 3.1英文版操作系統(tǒng)，由于該操作系統(tǒng)是1992年的產(chǎn)品，微軟公司早就不再對此系統(tǒng)進(jìn)行任何的技術(shù)支持，所以操作系統(tǒng)根本就不能支持新的硬件和軟件，使我們的升級帶來很大的不便而且每個車站升級花費(fèi)的時(shí)間大約要0.5小時(shí)，相對來說比較長。
2、 新的操作系統(tǒng)：經(jīng)過改造后的GCC使用的是Windows 98中文版操作系統(tǒng)，系統(tǒng)支持新的硬件和軟件，而且對FAS系統(tǒng)的升級帶來很多方便，經(jīng)過測試，利用新的工控機(jī)升級，大概一個車站只要10分鐘就可以了，比以前提高了三倍的升級速度。
（三）新舊硬件的對比
1、 舊的硬件： FAS系統(tǒng)GCC使用的CPU板并沒有現(xiàn)在常用的USB接口，而只能通過軟驅(qū)來提取數(shù)據(jù)，但軟盤的可靠性極差，經(jīng)常壞字節(jié)造成數(shù)據(jù)丟失，如通過并口連接，所外接的硬盤盒因不支持即插即用，所以每次都要重新啟動計(jì)算機(jī)加載驅(qū)動程序才能運(yùn)行，但是FAS系統(tǒng)在運(yùn)行過程中是不容許重啟計(jì)算機(jī)的，所以使用外接硬盤盒只能局限升級軟件的時(shí)候才能使用。
2、 新的硬件：經(jīng)過改造的GCC有USB接口和光驅(qū)，所以比較方便下載程序，如果以后要對FAS系統(tǒng)進(jìn)行軟件升級時(shí)，可以不用重啟計(jì)算機(jī)，直接下載完軟件后就可以利用新的軟件版本。這樣可以提高FAS網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。
（四）新舊軟件的對比
1、 舊的軟件：操作系統(tǒng)是使用Windows3.1英文版，這個版本不能直接對中文進(jìn)行支持，所以舊的GCC都外掛內(nèi)碼轉(zhuǎn)換軟件實(shí)現(xiàn)中文顯示和輸入，雖然字符集相同但由于使用的技術(shù)不同，用外掛內(nèi)碼轉(zhuǎn)換軟件編輯的FAS軟件與中文版操作系統(tǒng)有一定的兼容性問題，這個問題就是會經(jīng)常出現(xiàn)字體亂碼。
2、 新的軟件：操作系統(tǒng)時(shí)使用Windows98中文版，這個版本可以直接利用中文進(jìn)行顯示和輸入，克服了字體亂碼的問題。
六、 安全經(jīng)濟(jì)效益收獲
2005年初，GCC國產(chǎn)化改造項(xiàng)目組完成了設(shè)備的購置和試驗(yàn)，并把改造后的GCC放在通號樓進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)以及系統(tǒng)運(yùn)行測試，到現(xiàn)在已經(jīng)試運(yùn)行了大概了10個月左右。經(jīng)過這段時(shí)間測試觀察，專業(yè)組成員發(fā)現(xiàn)經(jīng)過改造后的GCC有如下的優(yōu)點(diǎn)：
a) 網(wǎng)絡(luò)比以前更加穩(wěn)定，而且還使以前通號樓經(jīng)常出現(xiàn)死機(jī)、脫網(wǎng)的現(xiàn)象大大減少，甚至很少發(fā)生。
b) 在2005年9月份，F(xiàn)AS專業(yè)對一號線FAS系統(tǒng)進(jìn)行了全線升級，發(fā)現(xiàn)通號樓的升級速度比其它車站升級速度要快三倍左右。
c) 以前通號樓的GCC操作速度很慢，甚至經(jīng)常出現(xiàn)操作界面不動或是轉(zhuǎn)換界面很慢的現(xiàn)象，而新的GCC就沒有出現(xiàn)這種現(xiàn)象，速度比舊GCC剛剛運(yùn)行的時(shí)候還要快很多。
d) 在經(jīng)濟(jì)方面，經(jīng)過國產(chǎn)化改造的GCC價(jià)格比進(jìn)口的GCC便宜了80％，為公司節(jié)約了維修成本。
在安全方面，保證了FAS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)更加穩(wěn)定、暢通、快速的運(yùn)行。
七、 結(jié)論
對于這次技術(shù)改造感到很滿意，不但增加了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性以及系統(tǒng)報(bào)警的快速反應(yīng)，而且還保證了設(shè)備的國產(chǎn)化，以后可以在國內(nèi)進(jìn)行采購，節(jié)省了經(jīng)濟(jì)成本。現(xiàn)在已經(jīng)開始著手準(zhǔn)備全線GCC進(jìn)行升級改造，根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)改造方案，我們公司已經(jīng)做好了準(zhǔn)備，打算在2006年內(nèi)，一號線FAS系統(tǒng)的GCC全部升級完成，這樣就可以使地鐵一號線FAS系統(tǒng)更加穩(wěn)定、快速、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)：
1、廣州地鐵一號線防災(zāi)報(bào)警（FAS）合同附件一～附件九 （1994年11月）
2、4120 Graphical Command Center(GCC) Operating Instructions Simplex公司出版 (1995年10月)
作者簡介：
陳會良：廣州市地下鐵道總公司運(yùn)營事業(yè)總部火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)工程師，從事過多年地鐵火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)工程的調(diào)試、投運(yùn)及工程管理，現(xiàn)在從事地鐵火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)的運(yùn)營維護(hù)管理。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號