多SCADA版本综合监控系统在轨道交通中的应用

杜 凡， 陈洪茹， 尹晓宏

(1. 北京市轨道交通建设管理有限公司， 北京 100068；2. 城市轨道交通全自动运行系统与安全监控北京市重点实验室， 北京 100068；3. 北京城建设计发展集团股份有限公司， 北京 100037)

多SCADA版本综合监控系统在轨道交通中的应用

杜 凡1,2， 陈洪茹1,2， 尹晓宏3

(1. 北京市轨道交通建设管理有限公司， 北京 100068；2. 城市轨道交通全自动运行系统与安全监控北京市重点实验室， 北京 100068；3. 北京城建设计发展集团股份有限公司， 北京 100037)

介绍轨道交通多SCADA版本综合监控系统，围绕其相对于常规版本综合监控系统的特点，结合工程实际经验对两种版本的综合监控系统在软件方面的特点进行对比，通过分析多SCADA版本综合监控系统与常规版本综合监控系统在工程实施阶段的区别，分别对软件修改以及贯通调试过程中的软件升级修改步骤、已运营工程的影响范围以及需各专业配合的工作等方面进行对比，在保证系统稳定性的前提下探讨如何使多SCADA版本综合监控系统在轨道交通行业中有更深入的应用。

轨道交通； 综合监控； 多SCADA(数据采集与监视控制)； 软件模块

地铁综合监控系统(ISCS)是以现代计算机、网络、自动化和信息技术为基础的大型计算机集成系统。系统集成了多个地铁自动化专业子系统，并在统一的集成平台支持下对地铁各专业进行监视、控制和管理，实现各专业系统的信息共享及系统之间的联动控制功能。 综合监控系统涉及专业众多，要在对各专业进行监控的基础上实现专业间的协同操作。 在2012年后，随着北京地铁6号线ISCS与ATS(列车自动监控)的深度集成，以及北京轨道交通燕房线全自动无人驾驶线路的实施，对综合监控的要求以及接口专业的接入提出了更高的要求[1-2]。

综合监控系统采用两级管理三级控制的分层分布式监控运营模式。两级管理分别是中央级和车站级，三级控制分别是中央级、车站级和现场级。综合监控系统主要由中心级综合监控系统和车站级综合监控系统(含变电所)组成[3-4]。本文主要针对中心级综合监控系统软件模块部署方案进行讨论。

1 多SCADA版本综合监控系统介绍

在北京轨道交通燕房线之前的综合监控系统，本文称之为常规版本综合监控系统，它们大部分在控制中心设置一套冗余的实时服务器，并将接口专业(PSCADA(变电所综合自动化)、BAS(环境与设备监控系统)、ATS、PSD(站台门系统)、PA(广播系统)、CCTV(闭路电视系统)等)软件业务模块全部运行在该实时服务器上。

SCADA(supervisory control and data acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统，多SCADA版本的综合监控系统，顾名思义，就是系统内有多个数据采集与监视控制模块应用，而且部署在不同的中心实时服务器上，所有应用任务以实时数据库为核心，采用客户/中间件/服务器三层结构的扩展C/S模式组织系统各个软件模块。各个子系统环境可以根据工程需要和硬件配置灵活地部署。多SCADA版本的综合监控系统在控制中心按照软件任务模块部署多套冗余实时服务器，在每套冗余的服务器上可以部署不同的任务模块；或者按照开通车站的数量部署不同的服务器，不同车站的SCADA系统部署在不同的服务器上。按任务模块部署服务器如图1所示。

实时服务器1：部署ATS、PA、PIS、CCTV等的实时数据，包括实时数据库、报警、权限等；

实时服务器2：部署PSCADA、UPS(不间断电源)等的实时数据，包括实时数据库、报警等；

实时服务器3：部署BAS、AFC、FAS、PSD等专业的实时数据，包括实时数据库、报警等。

图1 多SCADA版本综合监控系统(1)Fig.1 Multiple SCADA Integrated Supervision and Control System(1)

多SCADA版本的综合监控系统在控制中心也可以按照车站数量部署多套冗余实时服务器，在每套冗余的服务器上部署多个车站的任务模块，按车站部署服务器如图2所示。

实时服务器1：部署一期车站各个专业；

实时服务器2：部署新增车站各个专业。

图2 多SCADA版本综合监控系统(2)Fig.2 Multiple SCADA integrated supervision and control system(2)

系统软件对数据访问采用了“客户—中间件—服务器”的扩展C/S模式，因而支持数据流冗余和“服务器群”。中间件是介于应用层和网络层之间的功能层次，它使应用任务能独立于异构的操作系统和分布式服务器群，透明地访问实时数据库。无论应用进程和实时数据库服务器是否处于同一台机器，都可以这种方式访问实时数据库，中间件屏蔽了网络和数据分布的细节。

采用符合工业标准的、开放的中间件作为系统软件体系的通信“软总线”，使得各层之间、各子系统之间的接口更加便利和通用。中间件的应用保证了系统内部数据交换的可靠性[5]。每个挂接在软总线上的软件组件(进程或进程组)都由一个服务器端和客户端API(应用程序调用系统功能接口)构成，两者通过软总线进行交互。

2 多SCADA版本综合监控系统特点

由于多SCADA版本综合监控系统的任务模块或者站点模块分别部署在不同的服务器上，因此它具有如下特点。

1) 业务独立运行、信息综合显示。每个模块都独立运行在不同的服务器上，各专业的数据处理服务分离管理，部署在不同的处理节点上，单独配置、互不影响，各专业参数分离存储，互不影响，可单独导入或导出。各个业务模块出现问题，不会影响其他专业模块的运行，而且由于它们通过软总线进行信息交互，专业间的数据通过平台层和联动模块进行交互，而联动模块为独立的模块，可单独进行更新和维护，因而也不对各专业造成影响。人机界面显示时并不能感受到软件模块独立运行。

2) 各专业任务模块均有各自的实时服务和处理服务，实时性不会受到影响。每个专业的任务模块虽然部署在不同的服务器上，但是任务模块均独立运行，在信息采集、数据处理以及数据交互方面，实时性完全可以满足系统要求。

3) 工程调试阶段，各专业调试互不影响。在工程调试阶段遵循接口专业模块独立维护的原则，各专业的应用图形单独形成工程资料包，独立进行版本控制，调试成果相互独立，发布过程按软件模块独立上线，从而使接口专业的调试更新互不影响，可单独修改更新。由于接口专业调试时间以及验收时间不一致，可以根据接口专业调试时间，不定期更新接口任务模块所部署的服务器，如PSCADA专业是调试进度最早的专业，在前期调试阶段只需要维护PSCADA所在的服务器，待调试完成后，对PSCADA专业的服务器及软件版本进行锁定。后期在其他接口专业调试时，无需对PSCADA所在的服务器进行修改，只需要更新本专业所部署的服务器，所有调试以及更新不会影响已完成专业的调试成果。

3 多SCADA版本与常规版本综合监控系统软件升级的对比

综合监控系统的升级与贯通调试涉及交换机、服务器、工作站等各方面的修改，本文只比较综合监控系统升级及贯通对中心实时服务器的修改。

3.1数据修改的区别

3.1.1常规综合监控系统数据修改步骤

在常规综合监控系统的倒接过程中，首先对中心实时服务器全部进行备份，当正线停运后，对中心实时服务器软件进行预升级，添加新增数据，预升级完成后对中心实时服务器部署的所有专业进行抽验，并对本次主要升级的专业进行验证，验证完成后择日进行正式升级。

3.1.2多SCADA版本综合监控系统数据修改步骤

在部署了多SCADA版本的综合监控系统中，如果对某个专业进行数据修改，需要在该专业任务模块所部署的服务器上进行相关的数据修改。首先对该服务器进行软件备份，其他服务器照常运行不受影响。当正线停运后，对该台服务器进行预升级，添加新增数据，预升级完成后对该台服务器上部署的专业进行验证，验证完成后，择日进行正式升级。在所有预升级及升级的过程中，并不需要对其他服务器进行配置及升级，其他专业的应用不受影响(见表1)。

通过对比可以看出，多SCADA版本综合监控系统的软件升级相对于原有综合监控系统，在专业配合上有很大区别，常规综合监控系统由于所有任务部署在同一套服务器上，一个专业的数据修改涉及所有专业，往往需要所有专业共同配合完成一次升级工作,涉及的人力物力相对较多，尤其在线路开通运营后，每次升级工作都需要在夜间正线停运后进行。如果每次升级都需要各个专业共同配合，各专业需要搁置自身的检修计划并配合综合监控系统进行升级，造成人力资源的紧张。反观多SCADA版本综合监控系统，由于分任务部署服务器，如果单个专业更新软件，只需要更新本专业部署的这台服务器，不会对其他专业有影响，所以只需要本专业人员进行配合，按照本专业自身的施工计划进行软件升级，人力物力相对常规版本综合监控系统精简很多。

表1 多SCADA版本与常规综合监控系统数据修改对比

3.2贯通调试扩容区别

3.2.1常规综合监控系统扩容步骤

常规综合监控系统扩容方案前期主要通过搭建二期临时中心来进行调试，临时中心可选择普通车站，也可选择备用中心，或另外选择独立的服务器充当临时中心。

前期调试时将控制中心的一期数据全部导入二期临时中心，在此基础上添加二期数据，在二期车站与临时中心组成的临时调试网络中进行二期车站的调试，完成所有的二期车站独立功能验收，如图3所示。待二期工程临时中心调试完成后，在非运营时间将临时中心内所有调试好的涵盖一期、二期工程的程序及软件进行备份，并装载至正式控制中心的硬件平台上；将二期工程所有车站的监控权限划分给控制中心的相关用户，并进行全线功能的相关测试，在验证完成后进行正式升级，最终实现对全线的统一调度管理。

图3 常规综合监控系统扩容Fig.3 Conventional integrated supervision and control system’s expansion

3.2.2多SCADA版本综合监控系统扩容步骤

本文中贯通调试按照新增服务器考虑，在新增服务器上部署新增线路的各个软件模块。采用多SCADA版本综合监控系统在贯通调试之前与常规版本综合监控系统的调试方式一致，使用新增加的服务器充当调试服务器(兼具实时服务器和历史服务器功能)，并和二期车站组成调试系统进行调试，此时与一期工程独立运行。待二期工程调试完成后，在非运营时间将新增服务器内所有调试好的涵盖二期工程的程序、软件进行备份，并接入控制中心网络；将新增加的服务器与中心综合监控系统进行合并，合并后将承担一个独立SCADA组(二期专属组)的处理功能，如图4～5所示。将二期工程所有车站的监控权限划分给控制中心的相关用户，并进行全线功能的相关测试，在验证完成后进行正式升级，最终实现对全线的统一调度管理(见表2)。

图4 多SCADA版本综合监控系统扩容(调试中)Fig.4 Multiple SCADA integrated supervision and control system’s expansion(in debugging)

图5 多SCADA版本综合监控系统扩容(贯通后)Fig.5 Multiple SCADA integrated supervision and control system’s expansion(after transfixion)

常规综合监控系统多SCADA版本综合监控系统工作内容 预升级:备份中心商用库,将各专业中心级修改画面提交至版本库,测试中心及既有车站以及新开通的典型站系统功能、典型车站服务器及工作站回退版本库,预升级工作完成 正式升级步骤与预升级一致 预升级:将二期调试好的中心服务器接入控制中心,先做中心独立功能的验证,再做二期车站功能的验证,最后做全线级功能的验证、完成倒接 正式升级步骤与预升级一致估算时间 4h×N次(取决于新增车站数量) 4h×2次配合专业 供电专业,机电专业,通号专业共同配合 供电专业/机电专业/通号专业配合自己的工作风险 中度风险 低风险备注 需要先进行多次预升级,预升级时需要对已开通线路做点对点验证,确认无误后正式升级 扩容完成后无需对已开通线路做点对点验证

通过对比可以看出来，多SCADA版本综合监控系统在工作内容、估算时间、配合专业方面相对于常规综合监控系统都有区别。常规综合监控系统在正式倒接阶段，由于需要对既有的服务器进行调整，所有单位都需要在同一时间进行配合，并在预升级完成后分别对所分管专业进行验证，验证无误后再进行正式升级，这个过程会持续多个夜间停运点；而多SCADA版本综合监控系统由于前期已在新增服务器上完成对二期所有专业的调试，而且未对一期综合监控软件进行修改，在正式贯通时，只需要将新增服务器接入一期网络，并对二期新增车站进行验证，不需要对既有线路进行验证，所以预升级工作在一个夜间停运点即可完成，完成预升级后可正式升级。

4 结语

通过以上对比可以看出，多SCADA版本综合监控系统相对于常规版本综合监控系统，在系统数据升级以及后期软件扩容方面，包括工作内容、估算时间、配合专业以及风险等，都有不同程度的优点，因此，多SCADA版本综合监控系统在轨道交通应用有良好的前景。本文仅对多SCADA版本与既有版本的综合监控系统的维护层面进行了比对，使用多SCADA版本后，系统可用性、稳定性仍需进一步论证，若系统既可以满足灵活性，又能满足稳定性，多SCADA版本的综合监控系统将得到更广泛的应用。

[1] 刘晓娟，林海香.城市轨道交通综合监控系统[M].成都：西南交通大学出版社，2017.

LIU Xiaojuan, LIN Haixiang. Urban rail-transit integrated supervision control systems[M].Chengdu: Southwest Jiaotong University Press, 2017.

[2] 魏晓东.城市轨道交通自动化系统与技术[M].北京：电子工业出版社,2004.

WEI Xiaodong. Urban rail transit automation system and technology[M].Beijing: Publishing House of Electronics Industry, 2004.

[3] 黄志诚.计算机网络技术基础[M].北京： 冶金工业出版社，2003.

HUANG Zhicheng. Fundamentals of computer network technology[M]. Beijing: Metallurgical Industry Press， 2003.

[4] 国林，杨武，王巍，等.数据通信基础[M].北京：清华大学出版社，2006.

GUO Lin, YANG Wu, WANG Wei, et al. Fundamentals of data communication[M]. Beijing: Tsinghua University Press, 2006.

[5] 郭永基.可靠性工程原理[M].北京：清华大学出版社,2002.

GUO Yongji. Reliability engineering principle[M]. Beijing: Tsinghua University Press, 2002.

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，硕士，工程师，从事地铁综合监控专业项目管理，dufan010@126.com

U231

A

1672-6073(2017)05-0099-04

(编辑：王艳菊)