基于WonderWare的綜合監控系統的設計與實現

MA Li, LIU Gao-yuan

0 引言

目前的監控系統多是針對某具體系統或某類型設備進行管理與控制，且各條線路信息不能互通，往往會形成信息“孤島”，無法對系統運行情況特別是機電設備故障迅速定位分析處理，系統間聯動效果較差，線路之間調動困難[1]。

基于WonderWare的綜合監控系統（ISCS，Integrated Supervisory Control System）正是應軌道交通管理中共用設備、共享信息和統一管理這一需求而產生的一種解決方案。綜合監控系統通過控制中心將各個車站機電相關子系統有機地結合起來，通過集成和互聯各個子系統實現信息和資源的充分共享，增強管理決策和信息服務的能力，并從整體上發揮出更大的作用，從而使城市交通系統運營高效化、決策快速化、服務公眾化、信息網絡化，達到最佳運行。

1 系統分析與設計

1.1 系統功能分析

綜合監控系統（ISCS）功能可以分為各系統通用功能以及子系統獨特功能。通用功能包括設備管理、網絡管理、信息管理、培訓管理等功能。子系統按照所需的功能要求不同接入方式也不相同，可以分為集成和互聯兩種[2]。所有對子系統的操作完全通過綜合監控系統的操作界面完成。一般集成子系統依賴綜合監控系統實現正常操作功能。互連表明綜合監控系統與子系統是采用松耦合的結構，子

系統具有完整的操作界面和全套設備，可以脫離綜合監控系統獨立運行，完成正常和緊急操作。

1.2 系統架構設計

對于綜合監控系統而言，提出兩級管理三級控制架構[3]。具體的設控制中心和車站兩級管理，控制中心為主控級，車站為分控級。控制結構為控制中心、車站、現場三級控制。ISCS系統架構如圖1所示。

圖1 ISCS系統架構圖

中心監控系統安裝在中心，具有控制、報警和畫面顯示等等功能。用于監視全線各個車站的各個子系統全線范圍內的運行狀態，制訂全線的綜合決策，并與外部系統進行數據和信息交互，完成中心級的操作控制功能。

車站監控系統安裝在車站控制室，用于監視本車站的各個子系統的運行狀態，并協調各子系統的聯動功能，提供車站級的決策，完成車站級的實時信息采集、維護監控和報警處理等操作控制功能[4]。

現場監控系統安裝在車站各地控制點或數據采集點，具體包括各類傳感器、執行器、遠程I/O模塊、接口模塊或設置等。

1.3 系統流程分析

系統中主要處理的大部分內容就是各種各樣的數據信息，系統上行實時數據方向是以車站的FEP為源頭，同時向中心和車站（車輛段）服務器發送[5]。車站（車輛段）服務器收到本車站上行實時數據，經過處理放入車站（車輛段）實時數據庫中，向車站（車輛段）的操作站的人機界面應用提供實時數據服務。中心服務器收到各個車站的上行實時數據，經過處理放入中心實時數據庫中，向中心和備用中心的操作站、復示工作站、大屏幕OPS的人機界面應用提供實時數據服務，同時向中心歷史服務器提供實時數據庫的周期快照。

通過授權檢驗的操作人員通過操作員站發出的下行命令，發送到本地實時服務器（車站或中心），經過有效性檢查（閉鎖/禁止/PTW）后，通過網絡發送到FEP，再采用相應的通訊協議發送到相連系統中。在數據流的傳輸過程中，中心服務器和車站服務器處于同一層次，因此中心監控操作不依賴于車站服務器，不但提高了響應速度，同時也提高了系統的可靠性[6]。

1.4 系統關鍵功能模塊設計和實現

1.4.1 基于協作關系的權限管理系統設計

在系統平臺上，各子系統以動態聯盟的方式相互協作，組成最小的協作單元。各子系統之間的協作關系和協作內容由權限管理系統統一定制。基于協作關系的權限管理系統模型設計如下：

定義1 設系統支持m個子系統的業務協作。U＝{U1, U2, U3, …, Um}為有限集，對于任意子系統Uj∈ U，設Tm為子系統的類型空間，Tm＝{T1, T2, T3, …}。

定義 2 令 XUj＝ {Xm1, Xm2, …, XK1, XK2, …} 表示系統中子系統可以操作的功能構建集。系統授權過程為Rx→u (Uj)。

定義 3 令 XUj(Ti)＝ {Xm1, Xm2, …, Xkw,… }，表示系統中任意聯盟Uj的協作類型Ti可以操作的功能構建集，協作過程為：Rx→U→T(Ti)。

規則1 XUj(Ex)表示子系統Ex在聯盟Ui中操作權限。對其中某子系統Ex，如果fE→TUj(EX)≠?,表示子系統Ex擁有XUj(Ti)的操作權限，即XUj(Ti)?XUj(Ex)。

規則2 子系統Ex在聯盟Ui中可能存在Kx種協作關系，那么在聯盟Ui中子系統Ex的操作權限

對于系統平臺中任意子系統Ex的操作用戶，系統通過如下權限控制方法計算用戶操作權限：

1）系統獲取操作用戶信息userInfo和請求進入聯盟Ui的UnionID；

2）根據userInfo得到子系統的EnterpriseID；

3）根據EnterpriseID和UnionID獲得子系統在聯盟中的協作關系集T；

5）系統根據用戶身份,獲取用戶權限列表X (Cxi)，并計算用戶權限。

1.4.2 BAS系統

BAS系統是為滿足和保證人員及設備運行所需內部空氣環境的關鍵工藝系統。操作員如果想要監視或操作畫面、事件等可以通過CheckOperatorPermission（）函數，應用層向數據處理層發出命令請求，數據處理層從數據接口層數據庫中獲得對應權限后才能進入相關界面。操作員或管理員通過ViewDeviceStatus（）、ViewEvent（）、MonitorDeviceStatus（）函數來查看或監視BAS系統設備當前運行狀態及相關事件等，數據信息經過數據處理層到達應用層的系統界面上[7]。BAS系統部分運行控制界面如圖2所示。

1.4.3 PSCADA系統

每個車站設有相對獨立的變電所自動化系統，負責監控主變電站110kV和變電所33kV交流高、中壓系統1.5kV直流供電系統、0.4kV交流系統、接觸網系統、雜散電流監視系統等。通過網絡完成其中央監控功能和車控室的監控功能。通過CheckOperatorPermission（）函數，應用層向數據處理層發出命令請求，數據處理層從數據接口層數據庫中獲得對應權限后進入相關界面后通過每個類的ViewStatus（）函數查看電源、電壓、電流等信息并顯示出來，并進行監視或操作畫面、事件等。通過類的ViewAlarmStatus（）方法查看指定報警設備當前狀態，AlarmDeal（）函數完成對發生各種報警情況的處理。

圖2 BAS系統控制界面

2 結論

綜合監控系統（ISCS）有效解決了現有監控系統分布孤立的局面，建立了一個一體化的系統信息共享平臺，為業主決策提供有力支持，保證了信息的及時快速傳遞[8]。系統特色：對基于平臺的權限控制算法進行了研究和應用并應用在系統的權限管理中。

基于WonderWare系統平臺的地鐵系統監控中的應用，能夠有效地提高系統中設備運行的穩定性和安全性，為設備數據分析和監督提供了一種很好的手段。

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