构建地铁PSCADA系统时需关注的典型问题

唐静

摘要：文章介绍了率先在城市轨道交通行业使用综合监控系统（ISCS）的深圳地铁，其PSCADA子系统主要涉及组网方案、冗余机制、漏报警、人机界面、通信接口等问题，并针对其问题提出相关的建议，以供参考和借鉴。

关键词：PSCADA组网；冗余点表漏报警；人机界面

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）23-0103-02

1 系统组网方案

在地铁PSCADA网络中，主要包含三种类型的通信节点：主变电所（子站）、车站变电所（子站）、控制中心（主站），所有节点通过双环骨干网连接。车站变电所PSCADA子站节点的数量较多，其组网方案更为重要。如果车站级PSCADA系统设备分布较为分散，将导致日常巡检效率低下，为便于运营维护人员对设备的巡检与维护，故多采用设备集中组屏的方案，此外，集中组屏方案还有以下优点：（1）设备集中安装于弱电环境中，强电与弱电的分界非常清晰，PSCADA专业人员不必在高压设备区域进行作业，既便利又安全；（2）可避免高压设备现场环境因素（包括较高的室温、较强的电磁扰动、机械振动、较多的粉尘）对通信处理单元的不利影响；（3）有利于人机界面（HMI）的改善。以下介绍两种车站级PSCADA系统组网结构。

如图1所示，它是典型的单网单主机结构，具有简洁实用、便于维护的优点，但对主机的性能品质要求很高。

车站级PSCADA系统的上一层级应直接对应为控制中心，PSCADA数据不应经车站局域网的服务器处理，以免增加故障环节并降低系统的实时性能。

对控制中心的组网方案提出以下建议：（1）如果将PSCADA系统纳入综合监控系统（ISCS），一旦ISCS某个子系统感染病毒，很容易导致整个综合监控系统内的计算机全部感染，且清除困难，所以应将各子系统由VLAN划开；（2）因ISCS中心服务器内集成了多个子系统，其日常维护较为频繁，中心服务器实际上是系统的一个薄弱环节，所以需合理地进行系统配置以达到以下要求：即使两台冗余的ISCS中心实时服务器均退出运行，PSCADA系统的遥控、遥信、遥测、遥调功能均应正常可用；（3）为便于维护管理，PSCADA系统宜配置专用的中心实时服务器，由它提供报警服务与趋势服务，但通常不提供IO服务；（4）历史服务器与其他系统共用时，历史数据库应按专业独立配置，并能实现可靠的数据库分离与追加操作；（5）系统内调度工作站、报表工作站、维护工作站、供电复示工作站及其他互联工作站应按功能分别独立配置；（6）不宜在一个工作站上集成多个非关联的子系统。

2 冗余机制

目前，新建地铁线路在工程中大量地采用了冗余的系统结构，以提高系统的可靠性，但多层级的冗余会导致系统结构趋于复杂，同时，故障诊断也会比较困难。对FEP-A与FEP-B的冗余机制实施了以下优化：（1）A机或B机收到的遥控指令不能成功执行时，应一次性转发另一台FEP，之所以要求一次性转发，是为了避免双机之间不断地来回互转；（2）遥控指令可经心跳线或数据同步线转发；（3）收到的遥控指令应限时清除，不得长时间保存在FEP内。整改的效果很好，两方面的问题均得以有效解决。对于通信通道的双冗余，应可实现双网之间的往返切换、双网的流量应相对均衡、直观指示设备当前所在工作网段的功能，在工程调试阶段，需进行这些功能的测试验证。采用系统冗余的结构固然好，然而，如果冗余的机制不合理或系统内的多层冗余之间配合不好，就会导致一些意想不到的问题，工程实践中需对此高度关注。

3 漏报警问题

深圳地铁曾数次出现PSCADA系统漏报警的现象，即当供电系统继电保护装置切除事故状态的电气设备时，PSCADA系统却无任何报警出现。该问题在业内普遍存在，尽管大多数继电保护装置可实现事故跳闸信号的自保持功能，但有一些装置不支持该功能，例如DCP106，对这样的继电保护装置，我们建议使用计时器将事故跳闸信号点的脉宽拓宽60秒，60秒后自动返回，用此方案时，需注意以下问题：（1）经延时返回处理的逻辑变量仅供PSCADA系统触发事故报警，不能与断路器的正常跳＼合闸逻辑发生任何关联，图6所示的方案也体现出了这一思路；（2）PSCADA系统内SOE的组态应对应计时器的输入逻辑变量；（3）系统报警在60秒的时间窗内将不能复归。

4 人机界面

面向操作员的人机界面也是衡量系统可用性的一个重要指标，它应兼顾人性化、便利性、安全性及专业特点的要求，通常反映在以下五个方面：（1）日志、SOE、电度报表等历史数据，均可按时间索引、按关键字索引、按站点索引以及按记录的类别索引，索引的结果可转换为其他格式的文档（如：Excel）；（2）在电调工作站显示的各画面布局合理，调用方便，同一变电所内不同画面之间的切换途径需通过按钮来展现，而不宜选用下拉菜单的方式；（3）事故报警出现时，电调工作站应自动切换至事故站点的相关画面，但事故时推出的画面不应淹没遥控操作的对话框；（4）日志与SOE的文字描述，应遵循电力行业专业术语的要求，力求统一规范；（5）对于母线与线路带电着色，其判断逻辑应严谨可靠，各电压等级对应不同颜色应符合电力行业规范的要求。

5 其他典型问题

5.1 通信接口（驱动程序）

PSCADA系统内各通信接口驱动程序的品质异常关键，它直接影响系统运行的稳定性与可靠性。在国外，此类程序必须由具备资质且与工程建设无关的第三方进行可用性测试，测试完成后出具测试报告，含产品的可用性评估，国内同行应积极借鉴这一做法。在新线建设阶段，应提前进行通信接口测试，子站设备的通信规约应对用户完全开放。

5.2 系统参数的合理设置

报警服务器的扫描周期一般取值200～2000ms，取值太小会导致系统负荷与开销较大，系统的稳定性难以保障；取值过大则会降低系统的性能。

在地铁PSCADA系统内，通常会实现主站“程控”的功能，在电调工作站选定一张程控卡片并执行的过程，是将多个遥控命令按既定的顺序组合在一起，在执行时逐一下发的过程，一张卡片对应于某一特定范围内的设备停电或送电，卡片内每两个步序的操作之间都要设定一段间隔时间，在组态程控卡片时需合理地设置各时间参数，否则卡片难以顺畅执行。

5.3 电磁干扰

地铁车站变电所内安装有大功率的变压器、整流机组等设备，其PSCADA通信通道所处环境存在较强的电磁干扰，为保障通信的质量，有必要采取抗干扰的措施。

传输距离较长的通信通道，宜采用光纤传输介质；对普通的屏蔽双绞线，应将其两端的屏蔽层接地；穿越强电环境的通信电缆，沿途应穿镀锌钢管。实践证明，这些措施是行之有效的。

5.4 与迷流监测系统的关系

业内存在这样的观点，可将迷流监测系统直接与PSCADA系统整合为一体，但我们认为这种做法不可取，理由如下：（1）二者的重要等级相去甚远；（2）迷流监测系统内有大量的模拟量数据，它们会占用较多的系统资源并显著降低系统的实时性，难以满足PSCADA系统的性能要求；（3）二者完全没有数据交互，将它们生硬地捏合起来没有意义；（4）若将二者整合，会增加建设时的调试工作量；（5）不利于维护管理。

迷流监测系统可与PSCADA系统或其他系统共用物理信道，例如，对于具备100M带宽的通道，可从中划出2M带宽的VLAN供迷流监测系统使用。

5.5 对PSCADA系统设备取电方案的建议

（1）优先选择DC220V供电，输出DC48V/DC24V/DC9V的开关电源模块，其输入应为DC220V，不便引用DC220V时，可由UPS输出的AC220V作为输入侧电源；（2）单纯与400V系统内接口设备直接相连的通信装置，可与相应的接口设备使用同一电源；（3）为各设备单元设置独立的MCB断路器，减少共用，便于测试与维护；（4）设备的供电回路优先采用经接线端子连接的方式，尽量避免经插座取电。

6 结语

PSCADA系统必须连续稳定运行这一特点，就需要我们在优化其技术方案过程中，遵循行业特点，从实际需求出发循序渐进地稳步推进，同时也需要多关注地铁PSCADA系统典型问题，多探讨解决问题的措施。

参考文献

[1] 地铁设计规范（GB50157-2003）[S].北京城建设计研究总院.