杜 凡， 陳洪茹， 尹曉宏

(1. 北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司， 北京 100068；2. 城市軌道交通全自動運行系統(tǒng)與安全監(jiān)控北京市重點實驗室， 北京 100068；3. 北京城建設(shè)計發(fā)展集團股份有限公司， 北京 100037)

多SCADA版本綜合監(jiān)控系統(tǒng)在軌道交通中的應(yīng)用

杜 凡1,2， 陳洪茹1,2， 尹曉宏3

(1. 北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司， 北京 100068；2. 城市軌道交通全自動運行系統(tǒng)與安全監(jiān)控北京市重點實驗室， 北京 100068；3. 北京城建設(shè)計發(fā)展集團股份有限公司， 北京 100037)

介紹軌道交通多SCADA版本綜合監(jiān)控系統(tǒng)，圍繞其相對于常規(guī)版本綜合監(jiān)控系統(tǒng)的特點，結(jié)合工程實際經(jīng)驗對兩種版本的綜合監(jiān)控系統(tǒng)在軟件方面的特點進行對比，通過分析多SCADA版本綜合監(jiān)控系統(tǒng)與常規(guī)版本綜合監(jiān)控系統(tǒng)在工程實施階段的區(qū)別，分別對軟件修改以及貫通調(diào)試過程中的軟件升級修改步驟、已運營工程的影響范圍以及需各專業(yè)配合的工作等方面進行對比，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下探討如何使多SCADA版本綜合監(jiān)控系統(tǒng)在軌道交通行業(yè)中有更深入的應(yīng)用。

軌道交通； 綜合監(jiān)控； 多SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制)； 軟件模塊

地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)是以現(xiàn)代計算機、網(wǎng)絡(luò)、自動化和信息技術(shù)為基礎(chǔ)的大型計算機集成系統(tǒng)。系統(tǒng)集成了多個地鐵自動化專業(yè)子系統(tǒng)，并在統(tǒng)一的集成平臺支持下對地鐵各專業(yè)進行監(jiān)視、控制和管理，實現(xiàn)各專業(yè)系統(tǒng)的信息共享及系統(tǒng)之間的聯(lián)動控制功能。 綜合監(jiān)控系統(tǒng)涉及專業(yè)眾多，要在對各專業(yè)進行監(jiān)控的基礎(chǔ)上實現(xiàn)專業(yè)間的協(xié)同操作。 在2012年后，隨著北京地鐵6號線ISCS與ATS(列車自動監(jiān)控)的深度集成，以及北京軌道交通燕房線全自動無人駕駛線路的實施，對綜合監(jiān)控的要求以及接口專業(yè)的接入提出了更高的要求[1-2]。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用兩級管理三級控制的分層分布式監(jiān)控運營模式。兩級管理分別是中央級和車站級，三級控制分別是中央級、車站級和現(xiàn)場級。綜合監(jiān)控系統(tǒng)主要由中心級綜合監(jiān)控系統(tǒng)和車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)(含變電所)組成[3-4]。本文主要針對中心級綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件模塊部署方案進行討論。

1 多SCADA版本綜合監(jiān)控系統(tǒng)介紹

在北京軌道交通燕房線之前的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，本文稱之為常規(guī)版本綜合監(jiān)控系統(tǒng)，它們大部分在控制中心設(shè)置一套冗余的實時服務(wù)器，并將接口專業(yè)(PSCADA(變電所綜合自動化)、BAS(環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng))、ATS、PSD(站臺門系統(tǒng))、PA(廣播系統(tǒng))、CCTV(閉路電視系統(tǒng))等)軟件業(yè)務(wù)模塊全部運行在該實時服務(wù)器上。

SCADA(supervisory control and data acquisition)系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，多SCADA版本的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，顧名思義，就是系統(tǒng)內(nèi)有多個數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制模塊應(yīng)用，而且部署在不同的中心實時服務(wù)器上，所有應(yīng)用任務(wù)以實時數(shù)據(jù)庫為核心，采用客戶/中間件/服務(wù)器三層結(jié)構(gòu)的擴展C/S模式組織系統(tǒng)各個軟件模塊。各個子系統(tǒng)環(huán)境可以根據(jù)工程需要和硬件配置靈活地部署。多SCADA版本的綜合監(jiān)控系統(tǒng)在控制中心按照軟件任務(wù)模塊部署多套冗余實時服務(wù)器，在每套冗余的服務(wù)器上可以部署不同的任務(wù)模塊；或者按照開通車站的數(shù)量部署不同的服務(wù)器，不同車站的SCADA系統(tǒng)部署在不同的服務(wù)器上。按任務(wù)模塊部署服務(wù)器如圖1所示。

實時服務(wù)器1：部署ATS、PA、PIS、CCTV等的實時數(shù)據(jù)，包括實時數(shù)據(jù)庫、報警、權(quán)限等；

實時服務(wù)器2：部署PSCADA、UPS(不間斷電源)等的實時數(shù)據(jù)，包括實時數(shù)據(jù)庫、報警等；

實時服務(wù)器3：部署B(yǎng)AS、AFC、FAS、PSD等專業(yè)的實時數(shù)據(jù)，包括實時數(shù)據(jù)庫、報警等。

圖1 多SCADA版本綜合監(jiān)控系統(tǒng)(1)Fig.1 Multiple SCADA Integrated Supervision and Control System(1)

多SCADA版本的綜合監(jiān)控系統(tǒng)在控制中心也可以按照車站數(shù)量部署多套冗余實時服務(wù)器，在每套冗余的服務(wù)器上部署多個車站的任務(wù)模塊，按車站部署服務(wù)器如圖2所示。

實時服務(wù)器1：部署一期車站各個專業(yè)；

實時服務(wù)器2：部署新增車站各個專業(yè)。

圖2 多SCADA版本綜合監(jiān)控系統(tǒng)(2)Fig.2 Multiple SCADA integrated supervision and control system(2)

系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)訪問采用了“客戶—中間件—服務(wù)器”的擴展C/S模式，因而支持數(shù)據(jù)流冗余和“服務(wù)器群”。中間件是介于應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層之間的功能層次，它使應(yīng)用任務(wù)能獨立于異構(gòu)的操作系統(tǒng)和分布式服務(wù)器群，透明地訪問實時數(shù)據(jù)庫。無論應(yīng)用進程和實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器是否處于同一臺機器，都可以這種方式訪問實時數(shù)據(jù)庫，中間件屏蔽了網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)分布的細節(jié)。

采用符合工業(yè)標(biāo)準的、開放的中間件作為系統(tǒng)軟件體系的通信“軟總線”，使得各層之間、各子系統(tǒng)之間的接口更加便利和通用。中間件的應(yīng)用保證了系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)交換的可靠性[5]。每個掛接在軟總線上的軟件組件(進程或進程組)都由一個服務(wù)器端和客戶端API(應(yīng)用程序調(diào)用系統(tǒng)功能接口)構(gòu)成，兩者通過軟總線進行交互。

2 多SCADA版本綜合監(jiān)控系統(tǒng)特點

由于多SCADA版本綜合監(jiān)控系統(tǒng)的任務(wù)模塊或者站點模塊分別部署在不同的服務(wù)器上，因此它具有如下特點。

1) 業(yè)務(wù)獨立運行、信息綜合顯示。每個模塊都獨立運行在不同的服務(wù)器上，各專業(yè)的數(shù)據(jù)處理服務(wù)分離管理，部署在不同的處理節(jié)點上，單獨配置、互不影響，各專業(yè)參數(shù)分離存儲，互不影響，可單獨導(dǎo)入或?qū)С?。各個業(yè)務(wù)模塊出現(xiàn)問題，不會影響其他專業(yè)模塊的運行，而且由于它們通過軟總線進行信息交互，專業(yè)間的數(shù)據(jù)通過平臺層和聯(lián)動模塊進行交互，而聯(lián)動模塊為獨立的模塊，可單獨進行更新和維護，因而也不對各專業(yè)造成影響。人機界面顯示時并不能感受到軟件模塊獨立運行。

2) 各專業(yè)任務(wù)模塊均有各自的實時服務(wù)和處理服務(wù)，實時性不會受到影響。每個專業(yè)的任務(wù)模塊雖然部署在不同的服務(wù)器上，但是任務(wù)模塊均獨立運行，在信息采集、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)交互方面，實時性完全可以滿足系統(tǒng)要求。

3) 工程調(diào)試階段，各專業(yè)調(diào)試互不影響。在工程調(diào)試階段遵循接口專業(yè)模塊獨立維護的原則，各專業(yè)的應(yīng)用圖形單獨形成工程資料包，獨立進行版本控制，調(diào)試成果相互獨立，發(fā)布過程按軟件模塊獨立上線，從而使接口專業(yè)的調(diào)試更新互不影響，可單獨修改更新。由于接口專業(yè)調(diào)試時間以及驗收時間不一致，可以根據(jù)接口專業(yè)調(diào)試時間，不定期更新接口任務(wù)模塊所部署的服務(wù)器，如PSCADA專業(yè)是調(diào)試進度最早的專業(yè)，在前期調(diào)試階段只需要維護PSCADA所在的服務(wù)器，待調(diào)試完成后，對PSCADA專業(yè)的服務(wù)器及軟件版本進行鎖定。后期在其他接口專業(yè)調(diào)試時，無需對PSCADA所在的服務(wù)器進行修改，只需要更新本專業(yè)所部署的服務(wù)器，所有調(diào)試以及更新不會影響已完成專業(yè)的調(diào)試成果。

3 多SCADA版本與常規(guī)版本綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件升級的對比

綜合監(jiān)控系統(tǒng)的升級與貫通調(diào)試涉及交換機、服務(wù)器、工作站等各方面的修改，本文只比較綜合監(jiān)控系統(tǒng)升級及貫通對中心實時服務(wù)器的修改。

3.1數(shù)據(jù)修改的區(qū)別

3.1.1常規(guī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)修改步驟

在常規(guī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的倒接過程中，首先對中心實時服務(wù)器全部進行備份，當(dāng)正線停運后，對中心實時服務(wù)器軟件進行預(yù)升級，添加新增數(shù)據(jù)，預(yù)升級完成后對中心實時服務(wù)器部署的所有專業(yè)進行抽驗，并對本次主要升級的專業(yè)進行驗證，驗證完成后擇日進行正式升級。

3.1.2多SCADA版本綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)修改步驟

在部署了多SCADA版本的綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，如果對某個專業(yè)進行數(shù)據(jù)修改，需要在該專業(yè)任務(wù)模塊所部署的服務(wù)器上進行相關(guān)的數(shù)據(jù)修改。首先對該服務(wù)器進行軟件備份，其他服務(wù)器照常運行不受影響。當(dāng)正線停運后，對該臺服務(wù)器進行預(yù)升級，添加新增數(shù)據(jù)，預(yù)升級完成后對該臺服務(wù)器上部署的專業(yè)進行驗證，驗證完成后，擇日進行正式升級。在所有預(yù)升級及升級的過程中，并不需要對其他服務(wù)器進行配置及升級，其他專業(yè)的應(yīng)用不受影響(見表1)。

通過對比可以看出，多SCADA版本綜合監(jiān)控系統(tǒng)的軟件升級相對于原有綜合監(jiān)控系統(tǒng)，在專業(yè)配合上有很大區(qū)別，常規(guī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)由于所有任務(wù)部署在同一套服務(wù)器上，一個專業(yè)的數(shù)據(jù)修改涉及所有專業(yè)，往往需要所有專業(yè)共同配合完成一次升級工作,涉及的人力物力相對較多，尤其在線路開通運營后，每次升級工作都需要在夜間正線停運后進行。如果每次升級都需要各個專業(yè)共同配合，各專業(yè)需要擱置自身的檢修計劃并配合綜合監(jiān)控系統(tǒng)進行升級，造成人力資源的緊張。反觀多SCADA版本綜合監(jiān)控系統(tǒng)，由于分任務(wù)部署服務(wù)器，如果單個專業(yè)更新軟件，只需要更新本專業(yè)部署的這臺服務(wù)器，不會對其他專業(yè)有影響，所以只需要本專業(yè)人員進行配合，按照本專業(yè)自身的施工計劃進行軟件升級，人力物力相對常規(guī)版本綜合監(jiān)控系統(tǒng)精簡很多。

表1 多SCADA版本與常規(guī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)修改對比

3.2貫通調(diào)試擴容區(qū)別

3.2.1常規(guī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)擴容步驟

常規(guī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)擴容方案前期主要通過搭建二期臨時中心來進行調(diào)試，臨時中心可選擇普通車站，也可選擇備用中心，或另外選擇獨立的服務(wù)器充當(dāng)臨時中心。

前期調(diào)試時將控制中心的一期數(shù)據(jù)全部導(dǎo)入二期臨時中心，在此基礎(chǔ)上添加二期數(shù)據(jù)，在二期車站與臨時中心組成的臨時調(diào)試網(wǎng)絡(luò)中進行二期車站的調(diào)試，完成所有的二期車站獨立功能驗收，如圖3所示。待二期工程臨時中心調(diào)試完成后，在非運營時間將臨時中心內(nèi)所有調(diào)試好的涵蓋一期、二期工程的程序及軟件進行備份，并裝載至正式控制中心的硬件平臺上；將二期工程所有車站的監(jiān)控權(quán)限劃分給控制中心的相關(guān)用戶，并進行全線功能的相關(guān)測試，在驗證完成后進行正式升級，最終實現(xiàn)對全線的統(tǒng)一調(diào)度管理。

圖3 常規(guī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)擴容Fig.3 Conventional integrated supervision and control system’s expansion

3.2.2多SCADA版本綜合監(jiān)控系統(tǒng)擴容步驟

本文中貫通調(diào)試按照新增服務(wù)器考慮，在新增服務(wù)器上部署新增線路的各個軟件模塊。采用多SCADA版本綜合監(jiān)控系統(tǒng)在貫通調(diào)試之前與常規(guī)版本綜合監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)試方式一致，使用新增加的服務(wù)器充當(dāng)調(diào)試服務(wù)器(兼具實時服務(wù)器和歷史服務(wù)器功能)，并和二期車站組成調(diào)試系統(tǒng)進行調(diào)試，此時與一期工程獨立運行。待二期工程調(diào)試完成后，在非運營時間將新增服務(wù)器內(nèi)所有調(diào)試好的涵蓋二期工程的程序、軟件進行備份，并接入控制中心網(wǎng)絡(luò)；將新增加的服務(wù)器與中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)進行合并，合并后將承擔(dān)一個獨立SCADA組(二期專屬組)的處理功能，如圖4～5所示。將二期工程所有車站的監(jiān)控權(quán)限劃分給控制中心的相關(guān)用戶，并進行全線功能的相關(guān)測試，在驗證完成后進行正式升級，最終實現(xiàn)對全線的統(tǒng)一調(diào)度管理(見表2)。

圖4 多SCADA版本綜合監(jiān)控系統(tǒng)擴容(調(diào)試中)Fig.4 Multiple SCADA integrated supervision and control system’s expansion(in debugging)

圖5 多SCADA版本綜合監(jiān)控系統(tǒng)擴容(貫通后)Fig.5 Multiple SCADA integrated supervision and control system’s expansion(after transfixion)

常規(guī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)多SCADA版本綜合監(jiān)控系統(tǒng)工作內(nèi)容 預(yù)升級:備份中心商用庫,將各專業(yè)中心級修改畫面提交至版本庫,測試中心及既有車站以及新開通的典型站系統(tǒng)功能、典型車站服務(wù)器及工作站回退版本庫,預(yù)升級工作完成 正式升級步驟與預(yù)升級一致 預(yù)升級:將二期調(diào)試好的中心服務(wù)器接入控制中心,先做中心獨立功能的驗證,再做二期車站功能的驗證,最后做全線級功能的驗證、完成倒接 正式升級步驟與預(yù)升級一致估算時間 4h×N次(取決于新增車站數(shù)量) 4h×2次配合專業(yè) 供電專業(yè),機電專業(yè),通號專業(yè)共同配合 供電專業(yè)/機電專業(yè)/通號專業(yè)配合自己的工作風(fēng)險 中度風(fēng)險 低風(fēng)險備注 需要先進行多次預(yù)升級,預(yù)升級時需要對已開通線路做點對點驗證,確認無誤后正式升級 擴容完成后無需對已開通線路做點對點驗證

通過對比可以看出來，多SCADA版本綜合監(jiān)控系統(tǒng)在工作內(nèi)容、估算時間、配合專業(yè)方面相對于常規(guī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)都有區(qū)別。常規(guī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)在正式倒接階段，由于需要對既有的服務(wù)器進行調(diào)整，所有單位都需要在同一時間進行配合，并在預(yù)升級完成后分別對所分管專業(yè)進行驗證，驗證無誤后再進行正式升級，這個過程會持續(xù)多個夜間停運點；而多SCADA版本綜合監(jiān)控系統(tǒng)由于前期已在新增服務(wù)器上完成對二期所有專業(yè)的調(diào)試，而且未對一期綜合監(jiān)控軟件進行修改，在正式貫通時，只需要將新增服務(wù)器接入一期網(wǎng)絡(luò)，并對二期新增車站進行驗證，不需要對既有線路進行驗證，所以預(yù)升級工作在一個夜間停運點即可完成，完成預(yù)升級后可正式升級。

4 結(jié)語

通過以上對比可以看出，多SCADA版本綜合監(jiān)控系統(tǒng)相對于常規(guī)版本綜合監(jiān)控系統(tǒng)，在系統(tǒng)數(shù)據(jù)升級以及后期軟件擴容方面，包括工作內(nèi)容、估算時間、配合專業(yè)以及風(fēng)險等，都有不同程度的優(yōu)點，因此，多SCADA版本綜合監(jiān)控系統(tǒng)在軌道交通應(yīng)用有良好的前景。本文僅對多SCADA版本與既有版本的綜合監(jiān)控系統(tǒng)的維護層面進行了比對，使用多SCADA版本后，系統(tǒng)可用性、穩(wěn)定性仍需進一步論證，若系統(tǒng)既可以滿足靈活性，又能滿足穩(wěn)定性，多SCADA版本的綜合監(jiān)控系統(tǒng)將得到更廣泛的應(yīng)用。

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Application of Multiple SCADA Integrated Supervision and Control System in Urban Rail Transit

DU Fan1,2, CHEN Hongru1,2, YIN Xiaohong3

(1. Beijing MTR Construction Administration Corporation, Beijing 100068; 2. Beijing Key Laboratory of Unattended Operation and Safety Monitoring and Control in Urban Rail Transit, Beijing 100068; 3. Beijing Urban Construction Design & Development Group Co., Ltd., Beijing, 100037)

This paper introduced the Multiple SCADA Integrated Supervision and Control System in urban rail transit TR, and compared the software in the Multiple SCADA version and in the conventional System based on engineering experience. The upgrading scheme in the debugging process, the influence on the operating system, and requirements of professional cooperation are discussed to ensure that the Multiple SCADA version has further application in rail transit industry.

rail transit, integrated supervision and control system; multiple SCADA; software modules

10.3969/j.issn.1672-6073.2017.05.018

2016-09-23

2017-07-10

杜凡，男，碩士，工程師，從事地鐵綜合監(jiān)控專業(yè)項目管理，dufan010@126.com

U231

A

1672-6073(2017)05-0099-04

(編輯：王艷菊)