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    （广州地铁总公司建设总部，广东 广州 510380）赵 驰
                                
    赵驰（1980-）男，河南南阳人，学士，现任广州地铁总公司建设总部主控项目部经理、自动化工程师。

    摘要：介绍了软件平台技术在广州地铁综合监控系统中的应用，并提出软件平台的选型和工程实施过程中应注意的问题。

    关键词：综合监控系统；软件平台；组件；数据流

    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

    综合监控系统作为轨道交通的综合指挥调度平台，集成和互联了变电所自动化系统（PSCADA）、机电设备监控系统（BAS）、火灾报警系统（FAS）、屏蔽门系统（PSD）、防淹门（FG）、门禁系统（ACS）；同时互联了广播系统（PA）、闭路电视系统（CCTV）、列车信息系统（TIS）、乘客信息导向系统（PIDS）、自动售检票系统（AFC）、信号系统（SIG）、调度电话系统（DLT）、时钟系统（CLK）等多个子系统。通过将各集成和互联系统进行整合，实现对轨道交通系统中主要机电系统的监视、控制及系统间联动。自广州地铁三号线综合监控开始实施到现在，在国内已形成了蓬勃发展的趋势。

    综合监控系统在成熟软件平台基础上进行二次开发实现相应的功能。软件平台是一种基于中间件、组件的技术。简单地理解相当于对象或组件的打包，但不是把ORB（Object Request Broker）、数据访问中间件和其它中间件产品和技术简单地打包在一起。当前的综合监控系统软件都是基于对象或组件技术的，各种中间件功能必须以面向对象或组件的方式提供。此外，还需要把综合监控系统核心组件、通用的功能加进来——实时数据库内核、报警、历史、趋势、分布式数据订阅等组件。因此，综合监控软件平台=通用功能（常用的监控功能）+专用功能（各子系统功能、定制的功能）。

    2 综合监控系统软件平台产生的背景

    综合监控系统软件平台的产生和轨道交通自动化系统技术的发展是密不可分的。轨道交通自动化系统经历了两个阶段。

    第一阶段，轨道交通内PSCADA、BAS、FAS、PSD等自动化系统都采用独立的应用，仅实现信息的简单互联，在采用综合监控系统以前，每个系统有独立的应用，PSCADA、BAS、FAS、PSD等系统应用程序有他自己的表示层、业务处理逻辑和数据库。把这些应用称为筒仓。由这些筒仓创建一个独立的用户视图很困难，并缺少信息及业务流程的集成。
              
    第二阶段，筒仓应用的替代品，称之为“集成应用体系结构”。集成的应用体系结构通过强调表示层、事务处理服务器、数据库层的独立而摆脱筒仓，便于：

    （1）对业务的变更快速反应——通过业务流程与组件和事务处理服务的结合，将解决业务变更响应性的根本问题。

    （2）提供准确的、可访问的信息——清楚地理解许多流程是如何使用数据的，通过共享数据或者通过实现控制数据复制，可以减少非控制数据的复制。

    （ 3 ） 对新型接口开放应用，如Web——表示和处理的明确分离，可以很容易地增加一个新的接口。

    （4）多系统间联动——汇集各个子系统的信息，实现系统之间的信息互通和联动，达到在正常或危急情况下对地铁系统完成高效率监视和控制功能。

    集成应用体系结构的设计结果是：新的开发不再是构建另一个筒仓，而是增加和修改组件。集成应用体系的技术结构是，如果两个逻辑组件需要不同的中间件标准，表示组件必须同时支持两者。可以在逻辑组件的前端设置网关或者封装从一个中间件技术获取消息，然后通过另外一个重新发送它们。标准化是一个减少费用的工具，他能够重用系统集成的程序代码和技术。
             
    目前，国外轨道交通系统中已有许多线路采用了综合监控系统，如新加坡地铁的东北线、西班牙毕尔巴额地铁、韩国的仁川地铁、汉城地铁7号线和8号线、法国巴黎地铁14号线等。香港地铁的新机场快线也采用了综合监控系统。而一些著名的新线，如西班牙马德里地铁则采用了更现代化的综合监控。国内广州、北京、深圳、上海、成都、重庆共十几条线路设置了综合监控系统项目。

    综合监控系统在国内外的广泛应用，促进了综合监控系统软件平台的研发投入。目前，除了法国Thales IS的SCADASoft综合监控核心软件平台、澳大利亚Foxbro的RailSCADA综合监控核心软件平台外，新加坡科技电子已经推出了C3综合监控核心软件平台、北京和利时公司推出了MACS-SCADA综合监控核心软件平台、南瑞推出了RT21-ISCS综合监控核心软件平台，北京南凯监控系统工程有限公司推出了RAILSYS核心平台。

    3 SCADASoft软件平台在广州地铁三、四号线的应用

    广州市轨道交通三、四号线综合监控系统是国内第一个采用国外综合监控软件平台的项目，该软件平台为法国Thales IS的SCADASoft，曾成熟应用于巴黎14号线、新加坡地铁东北线、香港地铁将军澳线和迪斯尼线等项目。下面介绍SCADA广州所采用的软件平台情况。

    3.1 SCADASoft软件平台概述

    整个SCADASoft软件系统由多个合理划分的功能模块所组成，这些模块能够访问公共的数据源(RTDB)。系统软件平台是由一系列的基于服务器和基于工作站的软件模块组成，提供一种基于工业CORBA标准的先进的客户机／服务器(C/S)结构。整个SCADASoft软件体系结构分为人机界面、数据处理、通讯三层。

    软件体系结构如图3所示。
           
    3.2 SCADASoft软件平台构成

    应用于广州市轨道交通三、四号线的SCADASoft软件平台主要包括：1）RTDB（实时数据库）内核；2）SCADASoft通用软件组件；3）SCADASoft为广州地铁定制的软件组件；4）CORBA中间件；5）其他商用的通用组件。SCADASoft软件平台构成如图4所示。
                
    3.2.1 RTDB（实时数据库）内核

    RTDB（实时数据库）内核包括：一个实时数据库、一个计算引擎、一个事件管理器、一个实时时钟。

    RTAP按ASCII或二进制格式存贮，二进制格式的存储方式允许快速读写，此快速读写方式可用于冗余机制中（用于同步第二个设备的启动），也可在自动或周期模式下激活存储数据库的；具有计算引擎完成计算功能；可以使用与系统文件管理方法（结构、关系、目录，或UNIX符号类型等方法）类似的层次化对象方法；通过数据库的过程接口DBMS Server来完成数据库的配置和读写服务；数据库类所支持的访问服务：读/写服务、配置服务（在数据库中创建或删除点，根据数据配置信息进行查询）；点值变化的订阅服务。

    3.2.2 SCADASoft的通用组件

    SCADASoft通用组件模块主要负责实现监控系统的通用功能，是软件平台的基础，主要包含如下组件：

    （1）报警服务器组件（ALA CSU)：这个CSU的目的是检测和传播报警。系统自动检测受报警条件约束的数据点，如果数据点的数值符合报警条件，系统自动将该报警发送到相关客户端（如操作员站已打开报警窗口）的报警列表中。系统可以按照不同级别处理报警事件，分别提供给不同的应用使用。

    （2）应用和控制管理器组件（ASC CSU）：这个CSU的目的是启动、监督及控制一个SCADASoft环境的应用。它参与SCADASoft环境冗余的管理，也管理时间和计时器。

    （3）命令和控制管理器组件（CTL CSU）：这个CSU的目的是控制发送给系统设备命令的执行。允许操作员发送一条基本遥控命令、一系列遥控命令，且检查遥控命令是否被正确执行。

    （4）数据采集和控制管理器组件（DAC CSU）：这个CSU的目的是管理与现场设备相关的通信设备（RTU）间的数据交换，使用特定协议从FEP获取数据并写到实时数据库中。

    （5）数据库管理器组件（DBM CSU）：这个CSU的目的是提供一个一般的数据库服务器。可在实时数据库中读取和配置数据。

    （6）数据处理管理器组件（DPC CSU）：这个CSU的目的是更新与外部变量有关的内部变量。允许客户端向服务器订阅其所需要的数据。例如，客户端的监视画面将周期地获得其所需要数据，相应刷新画面的动态对象。

    （7）操作员权限管理器组件（OPM CSU）：这个CSU的目的是给需要有限个存取权限功能的应用程序分配操作员简档。可定义并发布权限文件，用于访问特定功能的权限检查。

    （8）分组远程控制组件（GRC CSU）：这个CSU的目的是按顺序执行几个控制。

    （9）时间安排程序组件（TSC CSU）：这个CSU的目的是基于一个时间表来执行任务。能周期性调度或重复执行任务。

    （10）可视化管理器组件（VISU CSU）：这个CSU的目的是管理操作员工作站的显示及SCADASoft服务器的注册。

    （11）日志和历史数据管理组件（HisServer）：系统须保留一段时间的历史数据，可用于历史数据回放和数据分析。此组件用于将数据保存到硬盘上的关系型数据库中，或将数据存于其它物理介质，如磁带机、DMO等。

    （12）文件传输组件（FtsServer），用于在SCADASoft环境间相互拷贝文件。
              
                                   图5 SCADASoft组件逻辑关系图
    3.2.3 SCADASoft的定制组件

    除了以上通用软件组件以外，根据广州地铁项目的实际需求，SCADASoft除修订了PSCADA、BAS、FAS、PSD组件外，为广州地铁新增了以下全新功能的组件。

    （1）闭路电视组件（CCTV CSU）：处理MCS和CCTV系统之间的高级CCTV功能。

    （2）广播组件（PA CSU）：处理MCS和PA系统之间的高级PA功能。

    （3）车站信息系统组件（SIS CSU）：处理MCS和SIS系统之间的高级PA功能。

    （4）列车故障信息组件（TIS CSU）：处理MCS和PA系统之间的高级TIS功能。

    （5）事件初始化控制组件（EIC CSU）：的目的是执行由于数据库中点的结合状态变化而触发的命令。

    （6）闭路电视功能组件（FEP CSU）：处理MCS和FEP-SC之间的通信。

    （7）（GWS CSU）：包括一组TCL脚本和C++代码来执行工作站上的一般图形用户接口。这个图形用户接口连接着用户（工作站操作员）和服务器。

    3.2.4 CORBA中间件

    CORBA，公共对象请求代理结构，是一个在程序与机器之间提供中间语言和平台的标准协议。CORBA接收到的对象经过IDL的处理包装传送给另外一台机器的CORBA，再通过IDL的处理及解包装而应用于其它的程序。
                   
    3.2.5 其他商用的通用组件

    除CORBA外，SCADASoft也集成其他各种现成的（COTS）产品：

    （1）ANIMATOR（动画编辑器）：这个COTS的目的是编辑大纲和对话框面板以及定义它们与数据库的连接。ANIMATOR是法国Thales的产品，使用的版本是Animator V3.4.3。

    （2）ORACLE：这个COTS的目的是存储过去的数值及事件，用来产生报表。使用的版本是Oracle 9i Database Release 2（9.2.0.1.0）。

    （3）CRISTAL REPORT：这个COTS的目的是基于ORACLE数据库来产生报表，版本是V9。

    3.3 系统数据流设计

    图7是应用于广州地铁3，4号线中典型的系统数据流设计，通过数据流的配置实现在OCC和车辆段的ISCS 人机界面对全线的PSCADA设备状态进行监控。
                
    3.4 系统冗余设计
                 
                                图8  服务器冗余示意图
    （1）所有模块在两台服务器上都在执行相同指令及处理相同数据.保证系统及实时数据库没有潜在数据分歧的风险。

    （2）通过SCADASoft内部Ascmanager功能及WatchDog，如果模块或系统内任何流程发生问题，都会即时做出切换。

    基于SCADASoft的系统，除了在服务器层配置有冗余之外，在其他层面，如FEP、网络、PLC等，都配置有相应的冗余机制以确保整个系统的可靠性和可用性（99.99%）。

    3.5 SCADAsoft软件平台特点

    SCADAsoft软件平台体系结构具有如下特性：

    （1）高可靠性。所有的模块均是相互独立的，除了以下的关键模块外，其它单个模块的故障不会影响到其它模块的运行。这些关键模块包括：运行环境管理模块（AscManager）、实时数据库模块（RTDB）、实时数据库状态转换的检测模块（DbmPoller）和操作系统（SOLARIS）。

    （2）采用通用的硬件和标准化的软件。提供的系统由专业厂家的高性能的通用服务器/工作站/FEP硬件和软件组成，相关的软件部件全部符合相关国际标准。

    （3）高性能和可测量性。提供的ISCS系统由高性能的服务器、操作站、数据库和FEP组成。可在STP上测试系统的性能，测试方法是给连接到FEP的仿真器（信号发生器）设定输入值，检测ISCS系统的响应与更新时间。

    （ 4 ） 开放系统。提供的I S C S 系统含有一个名为“Configurator”的组态工具，允许用户对数据库和MMI图像进行配置和修改。Configurator安装在STP。维护工程师可以通过Configurator完成离线增减数据库点并配置或修改MMI图像。

    （5）使用CORBA规范实现在工作站和服务器之间跨平台的无缝连接和规范化的、安全的数据交换。提供的ISCS软件由ORBacus中间件组成软总线，它能够实现SOLARIS、Vista和VxWorks 3个操作系统平台的集成。

    （6）是一个基于TCP/I P协议的客户/服务器体系结构：SCADA 服务器作为FEP的客户， 操作员工作站作为SCADA 服务器的客户。因此具有高度可扩展性，易于加入新的硬件（FEP 和/或操作员工作站）。

    4 综合监控系统软件平台的选型和实施探讨

    根据广州地铁三、四、五、广佛线、APM等多个线路综合监控项目的实施经验，下面就对软件平台的选型和实施中需要注意的问题进行探讨。

    4.1 软件平台选型的标准

    轨道交通综合监控系统采用分层、分布式的体系结构，综合监控系统软件平台作为综合监控系统的核心，决定着综合监控系统的系统效率（实时性）、集成和互联能力、可靠性、可扩展性和开放性，最终决定着综合监控系统项目的成败。
综合监控系统软件平台的选型是综合监控系统项目的重中之重。衡量软件平台的优劣包括：（1）系统的实时性和响应效率；（2）系统的处理能力、规模；（3）系统的稳定性；（4）系统冗余机制；（5）系统的可扩展性；（6）系统的安全性（权限管理）；（7）系统的开放性（支持通用硬件的能力）；（8）系统的结构（可配置的数据流方式）；（9）系统的成熟度（即成功投运情况）；（10）系统软件开发管理的规范性（用户需求管理、软件质量控制、版本管理及软件的测试管理等）；（11）软件后期维护的便利性。

    4.2 实施过程中应注意的问题

    每一个软件平台都有其自身特点，而不同城市的地铁对软件功能的需求和定制也不尽相同。当采用的软件平台相关设计与本地功能需求差异较大时，面临的选择是改动软件平台的核心或者放弃对功能的追求，改动软件平台的核心会对软件的稳定性造成影响，放弃对功能的追求则意味着不能满足本地用户的习惯。

    作为一个大型项目，系统的稳定性非常重要，因此在遇到此类问题时，需要寻找一种解决方法，既可以较少的改动软件平台的核心，又能基本满足用户的需要。

    另外对系统中数据的各个环节的处理方式，将严重影响系统的效率，再好的系统也需要合理的数据处理方式配合，才能实现最佳的系统性能。比如系统在对接口系统的数据扫描和处理上，要考虑好不同系统对实时性和响应时间的不同要求，不如与BAS的接口数据扫描中，开关量的扫描周期需要500ms轮询一次，而温湿度等模拟量的扫描速度则可以2s轮询一次，因此在接口设计初期就需要这两种数据分开，便于数据按需分开扫描上传。同时系统在实时数据库数据刷新的方式、工作站监视画面刷新扫描方式应更加合理。

    5 结语

    随着技术的发展，综合监控系统软件平台将作为整个地铁运营管理自动化平台，支持多专业的融合和联动。这种融合不是简单包容合并，简单合并仅能减少一些设备投资，是量的变化；融合后的综合监控强调各专业联合运转，使运营趋向更高效、更安全。

    轨道交通的建设是以运营为目标的，其中行车管理最为重要，随着对综合监控系统和信号系统认知水平的提高，以行车指挥与列车运行为核心的综合监控系统已成为轨道交通自动化技术发展的必然趋势及必经过程。将行车调度指挥系统ATS纳入综合监控系统，将会更好地发挥综合监控的优势，真正做到行车、设备、乘客和环境的综合智能化管理。综合监控系统软件平台的发展将来最终满足的要求是——提供统一的系统软件平台深度集成ATS、PSCADA、BAS、FAS等系统，构建以ATS为核心的地铁运营综合监控信息平台，从而更好地提高地铁服务和管理水平。目前国内、外公司（如：Thales、北京和利时等）正在研发或实施了在统一的系统软件平台上深度集成ATS子系统，以提供行车指挥为核心的综合监控系统解决方案。

    摘自《自动化博览》2010年第八期