多SCADA版本綜合監控系統在軌道交通中的應用

杜 凡， 陳洪茹， 尹曉宏

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

多SCADA版本綜合監控系統在軌道交通中的應用

杜 凡1,2， 陳洪茹1,2， 尹曉宏3

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

介紹軌道交通多SCADA版本綜合監控系統，圍繞其相對于常規版本綜合監控系統的特點，結合工程實際經驗對兩種版本的綜合監控系統在軟件方面的特點進行對比，通過分析多SCADA版本綜合監控系統與常規版本綜合監控系統在工程實施階段的區別，分別對軟件修改以及貫通調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配合的工作等方面進行對比，在保證系統穩定性的前提下探討如何使多SCADA版本綜合監控系統在軌道交通行業中有更深入的應用。

軌道交通； 綜合監控； 多SCADA(數據采集與監視控制)； 軟件模塊

地鐵綜合監控系統(ISCS)是以現代計算機、網絡、自動化和信息技術為基礎的大型計算機集成系統。系統集成了多個地鐵自動化專業子系統，并在統一的集成平臺支持下對地鐵各專業進行監視、控制和管理，實現各專業系統的信息共享及系統之間的聯動控制功能。 綜合監控系統涉及專業眾多，要在對各專業進行監控的基礎上實現專業間的協同操作。 在2012年后，隨著北京地鐵6號線ISCS與ATS(列車自動監控)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，對綜合監控的要求以及接口專業的接入提出了更高的要求[1-2]。

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

1 多SCADA版本綜合監控系統介紹

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

SCADA(supervisory control and data acquisition)系統，即數據采集與監視控制系統，多SCADA版本的綜合監控系統，顧名思義，就是系統內有多個數據采集與監視控制模塊應用，而且部署在不同的中心實時服務器上，所有應用任務以實時數據庫為核心，采用客戶/中間件/服務器三層結構的擴展C/S模式組織系統各個軟件模塊。各個子系統環境可以根據工程需要和硬件配置靈活地部署。多SCADA版本的綜合監控系統在控制中心按照軟件任務模塊部署多套冗余實時服務器，在每套冗余的服務器上可以部署不同的任務模塊；或者按照開通車站的數量部署不同的服務器，不同車站的SCADA系統部署在不同的服務器上。按任務模塊部署服務器如圖1所示。

實時服務器1：部署ATS、PA、PIS、CCTV等的實時數據，包括實時數據庫、報警、權限等；

實時服務器2：部署PSCADA、UPS(不間斷電源)等的實時數據，包括實時數據庫、報警等；

實時服務器3：部署BAS、AFC、FAS、PSD等專業的實時數據，包括實時數據庫、報警等。

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

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

實時服務器1：部署一期車站各個專業；

實時服務器2：部署新增車站各個專業。

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

系統軟件對數據訪問采用了“客戶—中間件—服務器”的擴展C/S模式，因而支持數據流冗余和“服務器群”。中間件是介于應用層和網絡層之間的功能層次，它使應用任務能獨立于異構的操作系統和分布式服務器群，透明地訪問實時數據庫。無論應用進程和實時數據庫服務器是否處于同一臺機器，都可以這種方式訪問實時數據庫，中間件屏蔽了網絡和數據分布的細節。

采用符合工業標準的、開放的中間件作為系統軟件體系的通信“軟總線”，使得各層之間、各子系統之間的接口更加便利和通用。中間件的應用保證了系統內部數據交換的可靠性[5]。每個掛接在軟總線上的軟件組件(進程或進程組)都由一個服務器端和客戶端API(應用程序調用系統功能接口)構成，兩者通過軟總線進行交互。

2 多SCADA版本綜合監控系統特點

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

1) 業務獨立運行、信息綜合顯示。每個模塊都獨立運行在不同的服務器上，各專業的數據處理服務分離管理，部署在不同的處理節點上，單獨配置、互不影響，各專業參數分離存儲，互不影響，可單獨導入或導出。各個業務模塊出現問題，不會影響其他專業模塊的運行，而且由于它們通過軟總線進行信息交互，專業間的數據通過平臺層和聯動模塊進行交互，而聯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) 各專業任務模塊均有各自的實時服務和處理服務，實時性不會受到影響。每個專業的任務模塊雖然部署在不同的服務器上，但是任務模塊均獨立運行，在信息采集、數據處理以及數據交互方面，實時性完全可以滿足系統要求。

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

3 多SCADA版本與常規版本綜合監控系統軟件升級的對比

綜合監控系統的升級與貫通調試涉及交換機、服務器、工作站等各方面的修改，本文只比較綜合監控系統升級及貫通對中心實時服務器的修改。

3.1數據修改的區別

3.1.1常規綜合監控系統數據修改步驟

在常規綜合監控系統的倒接過程中，首先對中心實時服務器全部進行備份，當正線停運后，對中心實時服務器軟件進行預升級，添加新增數據，預升級完成后對中心實時服務器部署的所有專業進行抽驗，并對本次主要升級的專業進行驗證，驗證完成后擇日進行正式升級。

3.1.2多SCADA版本綜合監控系統數據修改步驟

在部署了多SCADA版本的綜合監控系統中，如果對某個專業進行數據修改，需要在該專業任務模塊所部署的服務器上進行相關的數據修改。首先對該服務器進行軟件備份，其他服務器照常運行不受影響。當正線停運后，對該臺服務器進行預升級，添加新增數據，預升級完成后對該臺服務器上部署的專業進行驗證，驗證完成后，擇日進行正式升級。在所有預升級及升級的過程中，并不需要對其他服務器進行配置及升級，其他專業的應用不受影響(見表1)。

通過對比可以看出，多SCADA版本綜合監控系統的軟件升級相對于原有綜合監控系統，在專業配合上有很大區別，常規綜合監控系統由于所有任務部署在同一套服務器上，一個專業的數據修改涉及所有專業，往往需要所有專業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共同配合，各專業需要擱置自身的檢修計劃并配合綜合監控系統進行升級，造成人力資源的緊張。反觀多SCADA版本綜合監控系統，由于分任務部署服務器，如果單個專業更新軟件，只需要更新本專業部署的這臺服務器，不會對其他專業有影響，所以只需要本專業人員進行配合，按照本專業自身的施工計劃進行軟件升級，人力物力相對常規版本綜合監控系統精簡很多。

表1 多SCADA版本與常規綜合監控系統數據修改對比

3.2貫通調試擴容區別

3.2.1常規綜合監控系統擴容步驟

常規綜合監控系統擴容方案前期主要通過搭建二期臨時中心來進行調試，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器充當臨時中心。

前期調試時將控制中心的一期數據全部導入二期臨時中心，在此基礎上添加二期數據，在二期車站與臨時中心組成的臨時調試網絡中進行二期車站的調試，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試完成后，在非運營時間將臨時中心內所有調試好的涵蓋一期、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控權限劃分給控制中心的相關用戶，并進行全線功能的相關測試，在驗證完成后進行正式升級，最終實現對全線的統一調度管理。

圖3 常規綜合監控系統擴容Fig.3 Conventional integrated supervision and control system’s expansion

3.2.2多SCADA版本綜合監控系統擴容步驟

本文中貫通調試按照新增服務器考慮，在新增服務器上部署新增線路的各個軟件模塊。采用多SCADA版本綜合監控系統在貫通調試之前與常規版本綜合監控系統的調試方式一致，使用新增加的服務器充當調試服務器(兼具實時服務器和歷史服務器功能)，并和二期車站組成調試系統進行調試，此時與一期工程獨立運行。待二期工程調試完成后，在非運營時間將新增服務器內所有調試好的涵蓋二期工程的程序、軟件進行備份，并接入控制中心網絡；將新增加的服務器與中心綜合監控系統進行合并，合并后將承擔一個獨立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控權限劃分給控制中心的相關用戶，并進行全線功能的相關測試，在驗證完成后進行正式升級，最終實現對全線的統一調度管理(見表2)。

圖4 多SCADA版本綜合監控系統擴容(調試中)Fig.4 Multiple SCADA integrated supervision and control system’s expansion(in debugging)

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

常規綜合監控系統多SCADA版本綜合監控系統工作內容 預升級:備份中心商用庫,將各專業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功能、典型車站服務器及工作站回退版本庫,預升級工作完成 正式升級步驟與預升級一致 預升級:將二期調試好的中心服務器接入控制中心,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 正式升級步驟與預升級一致估算時間 4h×N次(取決于新增車站數量) 4h×2次配合專業 供電專業,機電專業,通號專業共同配合 供電專業/機電專業/通號專業配合自己的工作風險 中度風險 低風險備注 需要先進行多次預升級,預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版本綜合監控系統在工作內容、估算時間、配合專業方面相對于常規綜合監控系統都有區別。常規綜合監控系統在正式倒接階段，由于需要對既有的服務器進行調整，所有單位都需要在同一時間進行配合，并在預升級完成后分別對所分管專業進行驗證，驗證無誤后再進行正式升級，這個過程會持續多個夜間停運點；而多SCADA版本綜合監控系統由于前期已在新增服務器上完成對二期所有專業的調試，而且未對一期綜合監控軟件進行修改，在正式貫通時，只需要將新增服務器接入一期網絡，并對二期新增車站進行驗證，不需要對既有線路進行驗證，所以預升級工作在一個夜間停運點即可完成，完成預升級后可正式升級。

4 結語

通過以上對比可以看出，多SCADA版本綜合監控系統相對于常規版本綜合監控系統，在系統數據升級以及后期軟件擴容方面，包括工作內容、估算時間、配合專業以及風險等，都有不同程度的優點，因此，多SCADA版本綜合監控系統在軌道交通應用有良好的前景。本文僅對多SCADA版本與既有版本的綜合監控系統的維護層面進行了比對，使用多SCADA版本后，系統可用性、穩定性仍需進一步論證，若系統既可以滿足靈活性，又能滿足穩定性，多SCADA版本的綜合監控系統將得到更廣泛的應用。

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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，從事地鐵綜合監控專業項目管理，dufan010@126.com

U231

A

1672-6073(2017)05-0099-04

(編輯：王艷菊)