地铁综合监控系统建设的关键问题分析（四）--控制网



地铁综合监控系统建设的关键问题分析（四）
企业：北京和利时系统工程有限公司 日期：2009-06-09
领域：电源 点击数：767
3.4 综合监控系统的应用软件

    地铁综合监控系统技术核心在于它的应用。当软件平台的核心软件构建成功之后，问题的关键是在于应用模块的成功。

3.4.1 应用软件要求

    综合监控系统应用软件一般有以下的原则要求：

    （1）综合监控系统应用软件应能提供一个开放的、基于嵌入式实时操作系统的数据接口，提供数据采集和协议转换能力。

    （2）综合监控系统应用软件应能在一个大容量的分布式实时数据库的支持下，具有良好的扩展性和适应性，满足数据规模的持续扩充以及应用软件本身的修订。

    （3）应用软件应可在数据库中灵活定义联动的触发条件、执行动作、执行结果反馈日志等，应高效、可靠地支持紧急状态下多专业间的安全联动，还应支持部署在不同计算机上的设备间的远程联动。

    （4）综合监控系统应用软件应提供友好的人机界面软件，用于图形画面的生成和编辑修改，处理人机交互。人机界面设计应符合人体工学，界面友好，操作便捷。图形画面应为矢量图形，支持动态无级缩放。图形画面应可分层设计，支持多图层，应可灵活配置菜单式的画面渐进体系和画面布局分配。

    （5）综合监控系统应用软件在一个大容量的历史数据库支持下，可存储系统长期的历史数据；能基于数据类型、车站、专业、工艺系统、设备类型等关键字检索历史数据。

    （6）综合监控系统应用软件应提供一个完善的报警监视和事件日志管理软件，集中管理系统所有的报警和事件日志信息，提供完善的事件分类、报警级别、报警行为定义功能，应能基于时间、事件类别、车站、专业、工艺系统、设备类型等关键字检索报警和事件日志信息，提供基于单站、全线、中心和车站各自独立进行等多种报警确认和报警抑制操作。

    （7）综合监控系统应用软件应提供完善的权限定义和授权管理软件，应具备用户标识与鉴别、存取控制、视图机制、审计、数据加密等安全控制机制，防止不合法的使用造成的数据泄露、更改或破坏，确保数据的安全性。与其它系统接口时，应提供“防火墙”功能，采用各种措施过滤/路由数据和防止非法访问。

    （8）综合监控系统应用软件应提供功能强大的报表软件，提供图形化的格式和数据定义工具，可方便地定义和生成各种报表，能实现数据的统计分析和汇总。

    （9）综合监控系统应用软件应提供一个完善的打印管理软件，支持将所有的显示屏幕和窗口画面的打印，还应支持报警、日志等记录信息的文本打印。

    （10）综合监控系统应用软件应提供一个集成开发环境，对整个综合监控系统应用进行统一的设计和开发。集成开发环境应通过模板、向导等方式提供友好的应用开发环境，支持多人协同开发，应能保证配置数据的完整性与一致性。

    （11）综合监控系统应用软件应提供方便的监视、管理和维护工具，支持远程部署和管理，支持在线更新。

    （12）综合监控系统应用软件应提供详尽的各种使用手册和帮助信息，应能根据系统当前的工作状况提供上下文帮助，引导用户快速检索各类有用信息。

3.4.2 应用软件模块

    综合监控系统为支持地铁运营高效与安全而设立，因此，它要实现被集成子系统的全部功能，即它的应用模件必须包含实现这些功能的基本应用软件模块和高级应用软件包。综合监控系统的应用软件包括了：配置软件包；通信软件包；服务软件包；人机界面软件包；高级应用软件包。

3.4.2.1 人机界面模块

    从整体架构上人机界面HMI数据显示应具有开放性、易用性、灵活性、可扩展性、可移植性，支持生成各种总貌图、流程图和工况图等模拟流程图，表示现场的主要工艺流程和相关的动态信息，提供进行交互操作的手段，以及管理系统报警信息。完整的HMI还具备报警通知、确认，报表组态、打印，历史数据查询与显示、分析与预测等功能。

3.4.2.2 报警和事件管理模块

    综合监控系统应把与人身安全、设备损坏、违反安全和技术规程、环境失控或过程丧失功能等相关的条件设置为报警。报警必须由运行人员确认（事件信息可以不经过确认）。所有的报警和事件都将存入日志系统，保存报警和事件的历史信息，综合监控系统提供完善的报警监视和事件日志管理功能。

3.4.2.3 安全性与权限管理模块

    一般说来，安全性需求可以从以下四个方面来衡量：

    （1）认证(Authentication)：为了提高系统的安全性，系统本身需要通过某种有效的认证机制确认使用者的身份。认证可以通过多种不同的方式进行，简单的可以采用UserID/Password进行认证，或者通过X.509证书进行认证。

    （2）授权(Authorization)：并非每一个用户都具有完全相同的使用系统服务的权限。当某用户通过认证以后需要赋予该用户相应的使用权限，拒绝不在其权限范围之内的任何操作。

    （3）数据传输的保密性和完整性(Integrity)：在网络上传输数据时必须保证被传输数据的保密性，防止被他人窃取；同时需要保证其完整性，以保证接收者收到的数据是没有被他人篡改过的。

    （4）接收方的唯一性及不可否认性：对于一些关键的私有数据，在传输的过程中必须保证接收方的唯一性而不被不相关的第三者所获取；而且无论是发起方还是处理方，对于其所作的处理过程都不可否认。

    为了保障安全和正常操作，综合监控系统应当识别所有的系统用户并约束他们的行为，提供可靠的、专有的和有效的权限控制，应通过用户分级、密码识别和操作权限的分配去实现安全管理，所有用户应当注册访问综合监控系统。

3.4.2.4 网络管理模块

    网络管理软件用于对系统网络中的交换机、服务器等主要设备进行实时监控，采用SNMP（Simple Network Management Protocol，简单网络管理协议）协议与网络设备进行信息交互。简单网络管理协议（SNMP）是目前TCP/IP网络中应用最为广泛的网络管理协议，并成为网络管理的事实上的标准。SNMP的基本功能包括监视网络性能、检测分析网络差错和配置网络设备等。在网络正常工作时，SNMP可实现统计、配置和测试等功能。当网络出故障时，可实现各种差错检测和恢复功能。

3.4.2.5 时间同步模块

    综合监控系统软件以CLK时钟系统提供的一级母时钟信号为标准，统一系统内部的网络时间，系统内部的各个服务器、工作站、通讯控制器都具备时间同步功能，自动保持与系统的校时服务器时间一致，系统可配置冗余的校时服务器。

    综合监控系统内部的各个设备的时钟是统一的，服务器、工作站和通讯控制器的时钟依靠NTP（Network Time Protocol，网络时间协议）协议进行同步。

3.4.2.6 PSCADA软件

    除了一般的应用模快，综合监控系统要实现PSCADA的全部功能还需一些电力专业的高级应用软件模块，例如，遥控、顺控、电力故障录波、定值整定等特殊的应用模快。同时，还会有一些辅助性的电力专业必需而又特殊的功能模块。

    从另一角度看，所有电力功能所要求的软件模块又可看作是PSCADA的应用模块集。

3.4.2.7 BAS软件

    综合监控系统要实现BAS的全部功能还需适于环境与设备监控专业的高级应用软件模块，例如，模式控制、单体设备的点动等应用模快。同时，也会有一些辅助性的环控专业必需而又特殊的功能模块。

    从另一角度看，所有环控功能所要求的软件模块又可看作是BAS的应用模块集。

3.4.2.8 FAS软件

    专用于火灾报警的各类特殊的应用模块。

    应用软件包括其他的被集成子系统的专用模块及互联系统功能模块等。

3.4.2.9 典型的应用软件清单

    应用成功的综合监控系统的应用软件是一个完整的体系，它包含了基础的应用软件以及高级应用软件包。表2是一个典型的应用软件体系举例，可以看出综合监控应用软件范围之广。如果综合监控系统集成了ATS，其应用软件的体系将更加庞大。

                                    表2   应用软件体系
序号    软件包    构成组件

1    配置软件包    关系数据库SQL Server

2        配置总控

3        类编辑器

4        IO组态

5        数据库组态

6        图形组态

7        事件和报警组态

8        权限组态

9        系统管理和维护工具

10        二次开发Toolkit

11    通讯软件包    IO服务

12        数据管道

13        各种设备驱动

14    服务软件包    双机冗余管理

15        对象数据库

16        实时历史数据库

17        事件和报警服务

18        日志服务

19        校时服务

20        权限服务

21        文件下装服务

22        数据存档

23        病毒防护

24        远程部署与控制

25        FTP文件传输服务

26        OPC服务

27    人机界面软件包    画面显示

28        趋势曲线

29        报警和日志显示

30        报表

31        打印管理

32        多屏管理

33        登录管理

34    高层应用软件包    电力遥控、顺控

35        电力故障录波、定值整定和装置报告

36        环控时间表、程控

37        环控模式控制

38        中心与车站权限移交

39        网络管理

40        短消息传递

3.5    综合监控软件平台的关键点

    实质上，地铁综合监控系统的软件应用成功与否主要由该软件的成熟度以及系统集成商对综合监控系统软件的把握能力，应用能力决定，是由软件平台的适用性所决定。

3.5.1 软件成熟度

    综合监控系统软件的成熟度从下列几方面分析：

    （1）软件系统的稳定性与成熟性

    综合监控系统软件平台的稳定性不仅取决于操作系统的稳定性，更多地取决于建立在操作系统平台之上的系统软件以及装配的硬件和相关驱动程序是否成熟和稳定，并不全在操作系统本身。传统的设计思想认为Unix的稳定性强于Windows NT。事实上Windows平台在工业控制领域甚至安全系统领域的应用份额已超过Unix平台。不管是哪一个操作系统，整体软件平台的稳定性是根本的。在操作系统之上的系统软件，应用软件的成熟度更为重要。

    同时，系统软件、应用软件和相关的接口驱动程序对操作系统的匹配性，运行的工程实证性对软件系统而言更为重要。因此，在对综合监控系统软件提出需求时，不宜轻易地否定某种操作系统和以某操作系统为基础的整体软件体系。例如，近年，伦敦地铁对150个地铁车站进行大规模改造，包括中央控制（OCC）、线控系统（LCS）、区域控制（GCS）和站控系统（SCS），要求软件平台采用以Windows为基础的平台。

    综合监控软件平台的成熟性是指工程应用的实证性。这里，不仅要考察软件在系统开通后的运行稳定性和有效性业绩，更要考察其应用水平，给地铁运营带来的效益、给地铁设备维修与维护带来的好处，给乘客服务带来的好处以及系统的扩展能力的实际表现。不应该将集成或互联的数量作为成熟性的标准。

    （2）软件系统的开放性

    系统软件的基础平台应是一个开放系统，即它是由稳定的、成熟的操作系统，集成了商用的中间件和软件组件构成。软件平台的专利组件愈少愈好。数据库的通用性愈强愈好。开放性带来的是系统性能价格比的提升。开放系统支持简约的系统结构和合理适度的设备配置。

    （3）软件系统的基本性能指标

    软件系统必须有效支持冗余配置以提高系统的可靠性，系统有效性不低于99.98%。软件系统支持深度集成以提高响应性，上行和下行数据的响应周期分别在2秒内。软件的集成规模和能力以及深度集成的范围，软件机制对通信负荷率的影响也是重要的性能指标。

    （4）软件的表示层展示——系统的人机界面水平

    软件体系一般由数据采集、数据处理和数据服务（数据表示）三层组成。软件的表示层是外部世界所能看到的软件功能。综合监控系统人机界面体系是洞察软件水平与功能的窗口。系统软件必须提供符合工程要求，符合运营操作人员要求，满足维护人员需求的人机界面体系。人机界面体系应全面反映出系统的综合监控功能，并能做出全面的展示。已运行工程中人机界面为用户接受的程度和人机界面运行效果是对软件系统的重要考察标准。

    （5）综合监控软件应是可进行深度集成的软件体系

    综合监控软件应能对各机电子专业进行深度集成。综合监控系统软件应是一体化的软件体系，将数据采集、数据处理和数据服务的软件三个层次浑然一体地完整地构建在一个软件体系中，系统集成的范围可直接到控制器的端子排。软件平台可将PSCADA、BAS和FAS的软件功能集成在内， PSCADA、BAS、FAS成为综合监控系统本身的系统组分。

    如果软件系统只能作顶层的信息集成，将PSCADA、BAS、FAS作为单独的子系统与综合监控系统全面数据互联，它们之间的接口是两个系统的数据表示层间接口，是两个软件平台对接。某种意义上讲，相当于软件的数据服务层由两个系统集成商去完成，此种情况下，接口工作较为复杂，双方的接口点表需要不断地核对和协调，接口开发和实施的工作量极大，不应该选择这样的软件体系。

    （6）系统软件的功能实现成熟度

    系统软件在实现某一重要功能时，应该经历过实际应用的反复检验。因此，在阐述功能实现时，应该要求系统集成商不是单纯地响应标书要求，而应阐明功能实现的方案，展示一个实际应用成功并成熟的功能实现方法。系统软件对重要功能具体实现方法的展示是其软件成熟度的重要标志。一般而论，综合监控系统集成了三大机电设备系统：SCADA、FAS、BAS，互联了其他专业子系统。系统软件的成熟性表现在对集成系统的深度集成上，同时也表现在所展示出的对机电设备监控管理功能上。例如，SCADA顺控功能的实现方法，BAS系统中设备监管体系的完善性都可以审视出软件的成熟程度。一些国外软件商提供的软件在这方面存在较多问题，除了深度集成能力低以外，功能实现距国内的应用要求差距较大。

3.5.2 软件适用性

    综合监控系统软件只有在具体工程应用中满足用户的需求才可取得成功，一方面软件本身应具有广泛的应用适应性，通过组态可满足用户需求，更要有便捷的开发工具使系统集成商能进行开发满足用户特殊的需求。另一方面综合监控软件本身又应具有易用性并能方便地为系统集成商所把握以补充产品化的不足。

    综合监控系统软件的适用性表现在易用性，应对一般地铁工程都可用，而且需要的二次开发量尽可能少。这方面国外软件平台往往对国内地铁需求适应性差，也不愿解决业主的必需的特殊需求，因为他们的开发成本太高。在工程实施过程中，国外软件平台的僵硬性给用户带来了无尽的麻烦，表明了其适用性较差。

    综合监控系统软件的适用性还表现在其可扩展性能，扩展性能好的软件适用性就较强。

    综合监控系统软件的适用性也影响系统的稳定性，很多原本运行稳定的软件系统由于更换了硬件或操作系统或某个设备驱动导致不稳定。比如某些硬件厂家宣称支持几种操作系统，但实际可能只有一种操作系统支持的好；有些操作系统升级后声称兼容老的应用程序但实际不完全兼容，或者软件平台必须在升级后的操作系统下重新编译才能运行；某些软件尽管有多种操作系统版本，但实际只有一种版本的运行效果最好；原本稳定的软件平台因适应新的需求变更仓促修改以至引入了新的错误；软件平台可能由于隐藏的多年的错误暴露而不能适应现场较少使用的功能，进而导致最终系统的不稳定。

    从上述的软件两大关键点来看，国内软件平台往往优于国外的软件平台。

    更多内容：

    地铁综合监控系统建设的关键问题分析（一）——建设综合监控系统的第一关键点
    地铁综合监控系统建设的关键问题分析（二）—— 地铁综合监控系统技术内涵分析
    地铁综合监控系统建设的关键问题分析（三）——地铁综合监控系统软件分析
    地铁综合监控系统建设的关键问题分析（五）——软件国产化的问题
    地铁综合监控系统建设的关键问题分析（六）——综合监控系统设计中的问题
    地铁综合监控系统建设的关键问题分析（七）——综合监控系统实施风险分析
    地铁综合监控系统建设的关键问题分析（八）——综合监控系统的其他问题
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