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    （廣州地鐵總公司建設總部，廣東 廣州 510380）趙 馳
                                
    趙馳（1980-）男，河南南陽人，學士，現任廣州地鐵總公司建設總部主控項目部經理、自動化工程師。

    摘要：介紹了軟件平臺技術在廣州地鐵綜合監控系統中的應用，并提出軟件平臺的選型和工程實施過程中應注意的問題。

    關鍵詞：綜合監控系統；軟件平臺；組件；數據流

    Abstract: This paper introduces the application of Software Platform in the Guangzhou metro ISCS system, and raises some points of the application.

    Key words: ISCS; Software Platform; Component; Dataflow

    1 引言

    綜合監控系統作為軌道交通的綜合指揮調度平臺，集成和互聯了變電所自動化系統（PSCADA）、機電設備監控系統（BAS）、火災報警系統（FAS）、屏蔽門系統（PSD）、防淹門（FG）、門禁系統（ACS）；同時互聯了廣播系統（PA）、閉路電視系統（CCTV）、列車信息系統（TIS）、乘客信息導向系統（PIDS）、自動售檢票系統（AFC）、信號系統（SIG）、調度電話系統（DLT）、時鐘系統（CLK）等多個子系統。通過將各集成和互聯系統進行整合，實現對軌道交通系統中主要機電系統的監視、控制及系統間聯動。自廣州地鐵三號線綜合監控開始實施到現在，在國內已形成了蓬勃發展的趨勢。

    綜合監控系統在成熟軟件平臺基礎上進行二次開發實現相應的功能。軟件平臺是一種基于中間件、組件的技術。簡單地理解相當于對象或組件的打包，但不是把ORB（Object Request Broker）、數據訪問中間件和其它中間件產品和技術簡單地打包在一起。當前的綜合監控系統軟件都是基于對象或組件技術的，各種中間件功能必須以面向對象或組件的方式提供。此外，還需要把綜合監控系統核心組件、通用的功能加進來——實時數據庫內核、報警、歷史、趨勢、分布式數據訂閱等組件。因此，綜合監控軟件平臺=通用功能（常用的監控功能）+專用功能（各子系統功能、定制的功能）。

    2 綜合監控系統軟件平臺產生的背景

    綜合監控系統軟件平臺的產生和軌道交通自動化系統技術的發展是密不可分的。軌道交通自動化系統經歷了兩個階段。

    第一階段，軌道交通內PSCADA、BAS、FAS、PSD等自動化系統都采用獨立的應用，僅實現信息的簡單互聯，在采用綜合監控系統以前，每個系統有獨立的應用，PSCADA、BAS、FAS、PSD等系統應用程序有他自己的表示層、業務處理邏輯和數據庫。把這些應用稱為筒倉。由這些筒倉創建一個獨立的用戶視圖很困難，并缺少信息及業務流程的集成。
              
    第二階段，筒倉應用的替代品，稱之為“集成應用體系結構”。集成的應用體系結構通過強調表示層、事務處理服務器、數據庫層的獨立而擺脫筒倉，便于：

    （1）對業務的變更快速反應——通過業務流程與組件和事務處理服務的結合，將解決業務變更響應性的根本問題。

    （2）提供準確的、可訪問的信息——清楚地理解許多流程是如何使用數據的，通過共享數據或者通過實現控制數據復制，可以減少非控制數據的復制。

    （ 3 ） 對新型接口開放應用，如Web——表示和處理的明確分離，可以很容易地增加一個新的接口。

    （4）多系統間聯動——匯集各個子系統的信息，實現系統之間的信息互通和聯動，達到在正常或危急情況下對地鐵系統完成高效率監視和控制功能。

    集成應用體系結構的設計結果是：新的開發不再是構建另一個筒倉，而是增加和修改組件。集成應用體系的技術結構是，如果兩個邏輯組件需要不同的中間件標準，表示組件必須同時支持兩者。可以在邏輯組件的前端設置網關或者封裝從一個中間件技術獲取消息，然后通過另外一個重新發送它們。標準化是一個減少費用的工具，他能夠重用系統集成的程序代碼和技術。
             
    目前，國外軌道交通系統中已有許多線路采用了綜合監控系統，如新加坡地鐵的東北線、西班牙畢爾巴額地鐵、韓國的仁川地鐵、漢城地鐵7號線和8號線、法國巴黎地鐵14號線等。香港地鐵的新機場快線也采用了綜合監控系統。而一些著名的新線，如西班牙馬德里地鐵則采用了更現代化的綜合監控。國內廣州、北京、深圳、上海、成都、重慶共十幾條線路設置了綜合監控系統項目。

    綜合監控系統在國內外的廣泛應用，促進了綜合監控系統軟件平臺的研發投入。目前，除了法國Thales IS的SCADASoft綜合監控核心軟件平臺、澳大利亞Foxbro的RailSCADA綜合監控核心軟件平臺外，新加坡科技電子已經推出了C3綜合監控核心軟件平臺、北京和利時公司推出了MACS-SCADA綜合監控核心軟件平臺、南瑞推出了RT21-ISCS綜合監控核心軟件平臺，北京南凱監控系統工程有限公司推出了RAILSYS核心平臺。

    3 SCADASoft軟件平臺在廣州地鐵三、四號線的應用

    廣州市軌道交通三、四號線綜合監控系統是國內第一個采用國外綜合監控軟件平臺的項目，該軟件平臺為法國Thales IS的SCADASoft，曾成熟應用于巴黎14號線、新加坡地鐵東北線、香港地鐵將軍澳線和迪斯尼線等項目。下面介紹SCADA廣州所采用的軟件平臺情況。

    3.1 SCADASoft軟件平臺概述

    整個SCADASoft軟件系統由多個合理劃分的功能模塊所組成，這些模塊能夠訪問公共的數據源(RTDB)。系統軟件平臺是由一系列的基于服務器和基于工作站的軟件模塊組成，提供一種基于工業CORBA標準的先進的客戶機／服務器(C/S)結構。整個SCADASoft軟件體系結構分為人機界面、數據處理、通訊三層。

    軟件體系結構如圖3所示。
           
    3.2 SCADASoft軟件平臺構成

    應用于廣州市軌道交通三、四號線的SCADASoft軟件平臺主要包括：1）RTDB（實時數據庫）內核；2）SCADASoft通用軟件組件；3）SCADASoft為廣州地鐵定制的軟件組件；4）CORBA中間件；5）其他商用的通用組件。SCADASoft軟件平臺構成如圖4所示。
                
    3.2.1 RTDB（實時數據庫）內核

    RTDB（實時數據庫）內核包括：一個實時數據庫、一個計算引擎、一個事件管理器、一個實時時鐘。

    RTAP按ASCII或二進制格式存貯，二進制格式的存儲方式允許快速讀寫，此快速讀寫方式可用于冗余機制中（用于同步第二個設備的啟動），也可在自動或周期模式下激活存儲數據庫的；具有計算引擎完成計算功能；可以使用與系統文件管理方法（結構、關系、目錄，或UNIX符號類型等方法）類似的層次化對象方法；通過數據庫的過程接口DBMS Server來完成數據庫的配置和讀寫服務；數據庫類所支持的訪問服務：讀/寫服務、配置服務（在數據庫中創建或刪除點，根據數據配置信息進行查詢）；點值變化的訂閱服務。

    3.2.2 SCADASoft的通用組件

    SCADASoft通用組件模塊主要負責實現監控系統的通用功能，是軟件平臺的基礎，主要包含如下組件：

    （1）報警服務器組件（ALA CSU)：這個CSU的目的是檢測和傳播報警。系統自動檢測受報警條件約束的數據點，如果數據點的數值符合報警條件，系統自動將該報警發送到相關客戶端（如操作員站已打開報警窗口）的報警列表中。系統可以按照不同級別處理報警事件，分別提供給不同的應用使用。

    （2）應用和控制管理器組件（ASC CSU）：這個CSU的目的是啟動、監督及控制一個SCADASoft環境的應用。它參與SCADASoft環境冗余的管理，也管理時間和計時器。

    （3）命令和控制管理器組件（CTL CSU）：這個CSU的目的是控制發送給系統設備命令的執行。允許操作員發送一條基本遙控命令、一系列遙控命令，且檢查遙控命令是否被正確執行。

    （4）數據采集和控制管理器組件（DAC CSU）：這個CSU的目的是管理與現場設備相關的通信設備（RTU）間的數據交換，使用特定協議從FEP獲取數據并寫到實時數據庫中。

    （5）數據庫管理器組件（DBM CSU）：這個CSU的目的是提供一個一般的數據庫服務器。可在實時數據庫中讀取和配置數據。

    （6）數據處理管理器組件（DPC CSU）：這個CSU的目的是更新與外部變量有關的內部變量。允許客戶端向服務器訂閱其所需要的數據。例如，客戶端的監視畫面將周期地獲得其所需要數據，相應刷新畫面的動態對象。

    （7）操作員權限管理器組件（OPM CSU）：這個CSU的目的是給需要有限個存取權限功能的應用程序分配操作員簡檔。可定義并發布權限文件，用于訪問特定功能的權限檢查。

    （8）分組遠程控制組件（GRC CSU）：這個CSU的目的是按順序執行幾個控制。

    （9）時間安排程序組件（TSC CSU）：這個CSU的目的是基于一個時間表來執行任務。能周期性調度或重復執行任務。

    （10）可視化管理器組件（VISU CSU）：這個CSU的目的是管理操作員工作站的顯示及SCADASoft服務器的注冊。

    （11）日志和歷史數據管理組件（HisServer）：系統須保留一段時間的歷史數據，可用于歷史數據回放和數據分析。此組件用于將數據保存到硬盤上的關系型數據庫中，或將數據存于其它物理介質，如磁帶機、DMO等。

    （12）文件傳輸組件（FtsServer），用于在SCADASoft環境間相互拷貝文件。
              
                                   圖5 SCADASoft組件邏輯關系圖
    3.2.3 SCADASoft的定制組件

    除了以上通用軟件組件以外，根據廣州地鐵項目的實際需求，SCADASoft除修訂了PSCADA、BAS、FAS、PSD組件外，為廣州地鐵新增了以下全新功能的組件。

    （1）閉路電視組件（CCTV CSU）：處理MCS和CCTV系統之間的高級CCTV功能。

    （2）廣播組件（PA CSU）：處理MCS和PA系統之間的高級PA功能。

    （3）車站信息系統組件（SIS CSU）：處理MCS和SIS系統之間的高級PA功能。

    （4）列車故障信息組件（TIS CSU）：處理MCS和PA系統之間的高級TIS功能。

    （5）事件初始化控制組件（EIC CSU）：的目的是執行由于數據庫中點的結合狀態變化而觸發的命令。

    （6）閉路電視功能組件（FEP CSU）：處理MCS和FEP-SC之間的通信。

    （7）（GWS CSU）：包括一組TCL腳本和C++代碼來執行工作站上的一般圖形用戶接口。這個圖形用戶接口連接著用戶（工作站操作員）和服務器。

    3.2.4 CORBA中間件

    CORBA，公共對象請求代理結構，是一個在程序與機器之間提供中間語言和平臺的標準協議。CORBA接收到的對象經過IDL的處理包裝傳送給另外一臺機器的CORBA，再通過IDL的處理及解包裝而應用于其它的程序。
                   
    3.2.5 其他商用的通用組件

    除CORBA外，SCADASoft也集成其他各種現成的（COTS）產品：

    （1）ANIMATOR（動畫編輯器）：這個COTS的目的是編輯大綱和對話框面板以及定義它們與數據庫的連接。ANIMATOR是法國Thales的產品，使用的版本是Animator V3.4.3。

    （2）ORACLE：這個COTS的目的是存儲過去的數值及事件，用來產生報表。使用的版本是Oracle 9i Database Release 2（9.2.0.1.0）。

    （3）CRISTAL REPORT：這個COTS的目的是基于ORACLE數據庫來產生報表，版本是V9。

    3.3 系統數據流設計

    圖7是應用于廣州地鐵3，4號線中典型的系統數據流設計，通過數據流的配置實現在OCC和車輛段的ISCS 人機界面對全線的PSCADA設備狀態進行監控。
                
    3.4 系統冗余設計
                 
                                圖8  服務器冗余示意圖
    （1）所有模塊在兩臺服務器上都在執行相同指令及處理相同數據.保證系統及實時數據庫沒有潛在數據分歧的風險。

    （2）通過SCADASoft內部Ascmanager功能及WatchDog，如果模塊或系統內任何流程發生問題，都會即時做出切換。

    基于SCADASoft的系統，除了在服務器層配置有冗余之外，在其他層面，如FEP、網絡、PLC等，都配置有相應的冗余機制以確保整個系統的可靠性和可用性（99.99%）。

    3.5 SCADAsoft軟件平臺特點

    SCADAsoft軟件平臺體系結構具有如下特性：

    （1）高可靠性。所有的模塊均是相互獨立的，除了以下的關鍵模塊外，其它單個模塊的故障不會影響到其它模塊的運行。這些關鍵模塊包括：運行環境管理模塊（AscManager）、實時數據庫模塊（RTDB）、實時數據庫狀態轉換的檢測模塊（DbmPoller）和操作系統（SOLARIS）。

    （2）采用通用的硬件和標準化的軟件。提供的系統由專業廠家的高性能的通用服務器/工作站/FEP硬件和軟件組成，相關的軟件部件全部符合相關國際標準。

    （3）高性能和可測量性。提供的ISCS系統由高性能的服務器、操作站、數據庫和FEP組成。可在STP上測試系統的性能，測試方法是給連接到FEP的仿真器（信號發生器）設定輸入值，檢測ISCS系統的響應與更新時間。

    （ 4 ） 開放系統。提供的I S C S 系統含有一個名為“Configurator”的組態工具，允許用戶對數據庫和MMI圖像進行配置和修改。Configurator安裝在STP。維護工程師可以通過Configurator完成離線增減數據庫點并配置或修改MMI圖像。

    （5）使用CORBA規范實現在工作站和服務器之間跨平臺的無縫連接和規范化的、安全的數據交換。提供的ISCS軟件由ORBacus中間件組成軟總線，它能夠實現SOLARIS、Vista和VxWorks 3個操作系統平臺的集成。

    （6）是一個基于TCP/I P協議的客戶/服務器體系結構：SCADA 服務器作為FEP的客戶， 操作員工作站作為SCADA 服務器的客戶。因此具有高度可擴展性，易于加入新的硬件（FEP 和/或操作員工作站）。

    4 綜合監控系統軟件平臺的選型和實施探討

    根據廣州地鐵三、四、五、廣佛線、APM等多個線路綜合監控項目的實施經驗，下面就對軟件平臺的選型和實施中需要注意的問題進行探討。

    4.1 軟件平臺選型的標準

    軌道交通綜合監控系統采用分層、分布式的體系結構，綜合監控系統軟件平臺作為綜合監控系統的核心，決定著綜合監控系統的系統效率（實時性）、集成和互聯能力、可靠性、可擴展性和開放性，最終決定著綜合監控系統項目的成敗。
綜合監控系統軟件平臺的選型是綜合監控系統項目的重中之重。衡量軟件平臺的優劣包括：（1）系統的實時性和響應效率；（2）系統的處理能力、規模；（3）系統的穩定性；（4）系統冗余機制；（5）系統的可擴展性；（6）系統的安全性（權限管理）；（7）系統的開放性（支持通用硬件的能力）；（8）系統的結構（可配置的數據流方式）；（9）系統的成熟度（即成功投運情況）；（10）系統軟件開發管理的規范性（用戶需求管理、軟件質量控制、版本管理及軟件的測試管理等）；（11）軟件后期維護的便利性。

    4.2 實施過程中應注意的問題

    每一個軟件平臺都有其自身特點，而不同城市的地鐵對軟件功能的需求和定制也不盡相同。當采用的軟件平臺相關設計與本地功能需求差異較大時，面臨的選擇是改動軟件平臺的核心或者放棄對功能的追求，改動軟件平臺的核心會對軟件的穩定性造成影響，放棄對功能的追求則意味著不能滿足本地用戶的習慣。

    作為一個大型項目，系統的穩定性非常重要，因此在遇到此類問題時，需要尋找一種解決方法，既可以較少的改動軟件平臺的核心，又能基本滿足用戶的需要。

    另外對系統中數據的各個環節的處理方式，將嚴重影響系統的效率，再好的系統也需要合理的數據處理方式配合，才能實現最佳的系統性能。比如系統在對接口系統的數據掃描和處理上，要考慮好不同系統對實時性和響應時間的不同要求，不如與BAS的接口數據掃描中，開關量的掃描周期需要500ms輪詢一次，而溫濕度等模擬量的掃描速度則可以2s輪詢一次，因此在接口設計初期就需要這兩種數據分開，便于數據按需分開掃描上傳。同時系統在實時數據庫數據刷新的方式、工作站監視畫面刷新掃描方式應更加合理。

    5 結語

    隨著技術的發展，綜合監控系統軟件平臺將作為整個地鐵運營管理自動化平臺，支持多專業的融合和聯動。這種融合不是簡單包容合并，簡單合并僅能減少一些設備投資，是量的變化；融合后的綜合監控強調各專業聯合運轉，使運營趨向更高效、更安全。

    軌道交通的建設是以運營為目標的，其中行車管理最為重要，隨著對綜合監控系統和信號系統認知水平的提高，以行車指揮與列車運行為核心的綜合監控系統已成為軌道交通自動化技術發展的必然趨勢及必經過程。將行車調度指揮系統ATS納入綜合監控系統，將會更好地發揮綜合監控的優勢，真正做到行車、設備、乘客和環境的綜合智能化管理。綜合監控系統軟件平臺的發展將來最終滿足的要求是——提供統一的系統軟件平臺深度集成ATS、PSCADA、BAS、FAS等系統，構建以ATS為核心的地鐵運營綜合監控信息平臺，從而更好地提高地鐵服務和管理水平。目前國內、外公司（如：Thales、北京和利時等）正在研發或實施了在統一的系統軟件平臺上深度集成ATS子系統，以提供行車指揮為核心的綜合監控系統解決方案。

    摘自《自動化博覽》2010年第八期