孟娜娜，王志心，嚴(yán)海鑫

(國電南京自動化股份有限公司，江蘇 南京 211100)

0 引言

近年來，城市軌道交通行業(yè)發(fā)展迅猛，國內(nèi)外各大城市陸續(xù)建設(shè)城市地鐵。地鐵已是許多大中型城市不可缺少的交通工具。因此，地鐵對軌道的安全、高效提出了更高的要求[1]。城市軌道交通系統(tǒng)專業(yè)性強、技術(shù)設(shè)備復(fù)雜、客流量大、時效性強，提高安全管理有效性和事故救援的難度均較大，所以相比于事故發(fā)生后的及時處理，更重要的是預(yù)防事故的發(fā)生[2]。當(dāng)極端災(zāi)害發(fā)生時，綜合監(jiān)控系統(tǒng)控制中心有可能陷入癱瘓狀態(tài)，導(dǎo)致綜合監(jiān)控系統(tǒng)無法正常完成監(jiān)視控制工作，進而影響地鐵的正常運行。為了避免這種災(zāi)害情況的發(fā)生，在綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計時，采用主控制中心系統(tǒng)和備用控制中心系統(tǒng)切換的方法。當(dāng)主控制中心正常時，由主控制中心負責(zé)監(jiān)視和控制工作，當(dāng)主控制中心故障時，由備控制中心接管，進而讓整個監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控能力和可靠性得到進一步提升，不僅能保證軌道交通的可靠性和安全性，還能及時發(fā)現(xiàn)隱患并發(fā)出預(yù)警[3]。

1 主備中心切換場景及需求

綜合監(jiān)控中包括主控制中心、備控制中心、車站系統(tǒng)，各部分之間通過環(huán)網(wǎng)相連，采用分層、分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[4]，網(wǎng)絡(luò)中任一單一節(jié)點故障都不影響其余節(jié)點的正常運行[5]，如圖1所示。正常情況下，綜合監(jiān)控系統(tǒng)進入正常工作模式，也就是綜合監(jiān)控系統(tǒng)的日常監(jiān)控管理模式，控制中心監(jiān)管全線各車站、各專業(yè)系統(tǒng)，策劃站監(jiān)管著各車站的子系統(tǒng)[6]。

圖1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

綜合監(jiān)控系統(tǒng)的主備中心切換需要人工干預(yù)，系統(tǒng)本身不會自動切換運營模式。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)節(jié)點的狀態(tài)出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)通過聲音、報警、彈窗等方式提示用戶，用戶根據(jù)具體的情況進行主備中心切換操作。用戶對運營模式進行切換操作后，系統(tǒng)內(nèi)所有機器同時切換運營模式。

主備中心切換需要考慮的因素包括：綜合監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)前的運營模式、自身關(guān)鍵設(shè)備的工作狀態(tài)、其他節(jié)點的工作狀態(tài)。

若當(dāng)前工作狀態(tài)為主控制中心運行模式，當(dāng)主控制中心核心設(shè)備故障、通信中斷等情況發(fā)生時，系統(tǒng)會提示調(diào)度員是否切換運營模式。若此時備控制中心工作正常，則運用模式應(yīng)切換至備控制中心，且需要備中心調(diào)度員進行確認，由備控制中心接管綜合監(jiān)控系統(tǒng)的全部業(yè)務(wù)。若此時備控制中心工作異常，系統(tǒng)會提示調(diào)度員應(yīng)切換至車站運營模式[7]。

若當(dāng)前工作狀態(tài)為備控制中心運行模式，當(dāng)主控制中心故障恢復(fù)時，主控制中心調(diào)度員向備中心提出切換請求，由備中心調(diào)度員確認后將運營模式切換為主控制中心運行模式。

在對運營模式切換申請、確認和取消操作時，綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)進行記錄并保存，后續(xù)可通過日志查詢工具進行查詢。

2 運營模式切換方案設(shè)計

2.1 運營模式無須切換的場景

2.1.1 主中心運營模式場景

(1)主中心主備服務(wù)器均斷電或故障。對于綜合監(jiān)控后臺服務(wù)來說，主備中心的所有服務(wù)器角色對等，互為冗余且數(shù)據(jù)同步。若當(dāng)前為主中心運營模式，主中心服務(wù)器均由于斷電或故障導(dǎo)致后臺服務(wù)功能失效，此時綜合監(jiān)控后臺服務(wù)應(yīng)由備中心接管，主中心工作站遠程連接備中心服務(wù)器來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)視和控制功能[8]。

(2)備中心主備核心交換機均斷電或故障。在這種情況下，主中心不受影響，所有的綜合監(jiān)控后臺服務(wù)均由主中心承擔(dān)，此時運營模式不需要切換。

(3)備中心故障恢復(fù)。備中心故障恢復(fù)后，不影響主中心的后臺服務(wù)功能，此時不需要改變運營模式，只需要進行主備中心數(shù)據(jù)的同步。

2.1.2 若干車站從主干環(huán)網(wǎng)脫離

當(dāng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)主干環(huán)網(wǎng)發(fā)生故障時，會導(dǎo)致部分車站從主干環(huán)網(wǎng)脫離，車站自動變?yōu)檐囌颈镜乇O(jiān)控狀態(tài)，此時整個系統(tǒng)的運營模式不需要切換。當(dāng)主干環(huán)網(wǎng)故障恢復(fù)后，車站應(yīng)與整個系統(tǒng)的運營模式保持一致。

2.2 運營模式切換機制

綜合監(jiān)控系統(tǒng)會實時對系統(tǒng)內(nèi)機器節(jié)點(服務(wù)器、工作站、交換機)的狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)、業(yè)務(wù)運行狀態(tài)等進行監(jiān)視，并在發(fā)生異常情況時，通過彈窗、聲音、閃爍等方式及時提醒調(diào)度員進行處理。

2.2.1 切換原則

本方案采用的運營模式切換機制遵循兩個原則：全局一致原則和分散自律原則。

(1)全局一致原則。綜合監(jiān)控系統(tǒng)的運營模式是針對整個系統(tǒng)定義的，系統(tǒng)運行時，整個系統(tǒng)內(nèi)只有一種運營模式，所有節(jié)點(主控制中心、備控制中心、車站)的運營模式應(yīng)保持一致。主、備控制中心可以申請切換運營模式，但需要當(dāng)前運營模式下的控制權(quán)限管理角色(如調(diào)度員)或本站值班長進行確認，確認后整個系統(tǒng)的運營模式同時改變。例如：主控制中心可主動申請由主運營模式切換為備運營模式，待備用控制中心調(diào)度員確認后，整個系統(tǒng)的運營模式都切換為備運營模式。

(2)分散自律原則。該原則是針對車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)制定的。系統(tǒng)處于主(備)運營模式時，車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)與中央級綜合監(jiān)控系統(tǒng)共同完成車站運營管理，該狀態(tài)為正常狀態(tài)。當(dāng)任何異常情況導(dǎo)致主(備)運營模式功能失效時，系統(tǒng)將自動引導(dǎo)車站進入車站本地監(jiān)控狀態(tài)。該過程中，車站ISCS會自動收回本站所有控制權(quán)限，但不改變整個系統(tǒng)的運營模式。待主(備)運營模式功能恢復(fù)時，相關(guān)車站退出本地監(jiān)控狀態(tài)，恢復(fù)正常狀態(tài)，并由主(備)控制中心調(diào)度員協(xié)調(diào)相關(guān)車站移交控制權(quán)限。

2.2.2 處理過程

整個系統(tǒng)中主控制中心、備用控制中心、車站都可以獲得整個系統(tǒng)當(dāng)前的運營模式，并獲得其他節(jié)點的通信狀態(tài)、硬件工作狀態(tài)等。

切換機制依賴的輸入條件包括：整個系統(tǒng)當(dāng)前的運營模式；其他節(jié)點(主、備控制中心、各車站)的工作狀態(tài)；自身關(guān)鍵設(shè)備(主要是主備核心交換機、調(diào)度大廳主備交換機、調(diào)度員工作站，不包括實時服務(wù)器)的工作狀態(tài)。

(1)主控制中心。當(dāng)前為主運營模式時，若滿足以下任一條件，主控制中心將提示調(diào)度員當(dāng)前系統(tǒng)主運營模式功能已失效，并確認是否切換運營模式：

①自身與車站(或大多數(shù)車站，數(shù)目可配置)網(wǎng)絡(luò)通信中斷；②自身主備核心交換機同時故障；③自身工作站故障數(shù)目大于N(N可配置)。

當(dāng)前，為非主運營模式時，若滿足以下全部條件，系統(tǒng)將提示調(diào)度員可升級至主運營模式，調(diào)度員確認后，主控制中心將系統(tǒng)運營模式修改為主運營模式，并將同步至其他節(jié)點。

①自身與車站(或大多數(shù)車站，數(shù)目可配置)網(wǎng)絡(luò)通信正常；②自身任一主備核心交換機正常；③自身工作站可用數(shù)目大于N(N可配置)。

(2)備用控制中心。當(dāng)前為主運營模式時，若滿足以下全部條件，系統(tǒng)將提示調(diào)度員切換至備運營模式，調(diào)度員確認后，備控制中心將系統(tǒng)切換為備運營模式，并同步至其他節(jié)點。

①無法檢測到主控制中心服務(wù)器及工作站狀態(tài)；②自身與車站(或大多數(shù)車站，數(shù)目可配置)網(wǎng)絡(luò)通信正常；③自身任一主備核心交換機正常；④自身工作站可用數(shù)目大于N(N可配置)。

當(dāng)前為備運營模式時，若滿足以下任一條件，備控制中心將提示調(diào)度員當(dāng)前系統(tǒng)備運營模式功能已失效，并確認是否切換運營模式。

①與車站(或大多數(shù)車站，數(shù)目可配置)網(wǎng)絡(luò)通信中斷；②自身主備核心交換機同時故障；③自身工作站故障數(shù)目大于N(N可配置)。

當(dāng)前為車站運營模式時，若滿足以下全部條件，系統(tǒng)將提示調(diào)度員可升級至備運營模式，調(diào)度員確認后，備用控制中心將運營模式修改為備運營模式，并同步至其他節(jié)點。

①與車站(或大多數(shù)車站，數(shù)目可配置)網(wǎng)絡(luò)通信正常；②自身任一主備核心交換機正常；③自身工作站可用數(shù)目大于N(N可配置)。

(3)車站級。①當(dāng)前為主運營模式：當(dāng)無法檢測到與主控制中心服務(wù)器及工作站狀態(tài)時，車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)將依據(jù)分散自律原則，自動進入車站本地監(jiān)控狀態(tài)，收回本站所有控制權(quán)限，但不改變整個系統(tǒng)的運營模式。②當(dāng)前為備運營模式：當(dāng)無法檢測到與備用控制中心服務(wù)器及工作站狀態(tài)時，車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)將依據(jù)分散自律原則，自動進入車站本地監(jiān)控狀態(tài)，收回本站所有控制權(quán)限，但不改變整個系統(tǒng)的運營模式。

當(dāng)前為車站運營模式：不做改變。

2.3 控制權(quán)限說明

綜合監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)度員具有監(jiān)視權(quán)限和控制權(quán)限，監(jiān)視和控制的對象包括中央級監(jiān)控對象和車站級監(jiān)控對象[9]。其中，中央級監(jiān)控對象包括PSCADA、ATS等專業(yè)，這些專業(yè)在控制中心接入，車站級監(jiān)控對象包括車站BAS、車站FAS、車站ACS等專業(yè)，這些專業(yè)在車站接入。在運營模式不同的情況下，需要依賴權(quán)限移交功能來確定設(shè)備的監(jiān)視和控制權(quán)限如何分配[10]。

2.3.1 主中心運營模式

在主中心運營模式下，主中心調(diào)度員具有中央級和車站級對象的監(jiān)視和控制權(quán)限，備中心調(diào)度員具有中央級和車站級對象的監(jiān)視權(quán)限，但沒有控制權(quán)限，車站調(diào)度員具有車站級對象的監(jiān)視和控制權(quán)限，但沒有中心級對象的監(jiān)視和控制權(quán)限。主控制中心、車站不能同時具有車站級監(jiān)控對象的控制權(quán)限[11]。

2.3.2 備中心運營模式

在備中心運營模式下，備中心調(diào)度員具有中央級和車站級對象的監(jiān)視和控制權(quán)限，主中心調(diào)度員具有中央級和車站級對象的監(jiān)視權(quán)限，但沒有控制權(quán)限，車站調(diào)度員具有車站級對象的監(jiān)視和控制權(quán)限，但沒有中心級對象的監(jiān)視和控制權(quán)限[12]。備控制中心、車站不能同時具有車站級監(jiān)控對象的控制權(quán)限。

2.3.3 車站運營模式

在車站運營模式下，主中心和備中心調(diào)度員只具有對中央級對象的監(jiān)視權(quán)限，但沒有控制權(quán)限，對車站級對象既沒有監(jiān)視權(quán)限也沒有控制權(quán)限，車站調(diào)度員具有車站級對象的監(jiān)視和控制權(quán)限，但沒有中心級對象的監(jiān)視和控制權(quán)限。

3 結(jié)語

隨著綜合監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，系統(tǒng)越來越龐大，功能也越來越強大，深度集成基本上是全集成BAS、FAS、PSCADA系統(tǒng)，互聯(lián)AFC、PSD、CCTV、PIS等[13]。因此，城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)是地鐵安全運營的重要保障。若綜合監(jiān)控的安全性、可靠性無法保證，則有可能出現(xiàn)地鐵運營癱瘓、乘客生命財產(chǎn)安全受到威脅等重大問題[14]?，F(xiàn)代的無人駕駛軌道交通對綜合監(jiān)控系統(tǒng)提出了更高的要求，主備中心的冗余機制能夠更好地保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，從而更好地實現(xiàn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)視和控制功能，滿足不斷快速調(diào)優(yōu)需求，提升可控和在控、安全靠運行、容災(zāi)和恢復(fù)的能力[15]。