綜合監(jiān)控系統(tǒng)遷移技術(shù)在深圳地鐵的應(yīng)用

吳嘉勇 黃 路

(1.北京和利時(shí)系統(tǒng)工程有限公司 北京100176;2.深圳地鐵集團(tuán)運(yùn)營(yíng)公司 廣東深圳518000)

1 遷移背景及需求

深圳地鐵1號(hào)線綜合監(jiān)控系統(tǒng)分二期建設(shè)，一期工程于2004年底投入運(yùn)行，二期工程于2011年6月開(kāi)通。一期工程綜合監(jiān)控系統(tǒng)(integrated supervision control system，ISCS)是國(guó)內(nèi)第一套成功運(yùn)行的深度集成綜合監(jiān)控系統(tǒng)，采用10 Mbit/s帶寬的邏輯獨(dú)立通道，將車(chē)站、控制中心、車(chē)輛段連接起來(lái)，搭建了一個(gè)大型分層、分布式的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。二期工程綜合監(jiān)控系統(tǒng)除包含一期的三大系統(tǒng)外，還要互聯(lián)多個(gè)地鐵核心系統(tǒng)(信號(hào)、屏蔽門(mén)、售檢票、乘客資訊等)。1號(hào)線二期工程綜合監(jiān)控系統(tǒng)是在既有一期工程基礎(chǔ)上的升級(jí)，采用了更為強(qiáng)大的軟件平臺(tái)和更為友好的人機(jī)界面。

運(yùn)營(yíng)控制中心(operation control center，OCC)主要對(duì)一期機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(equipment monitoring control system，EMCS)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)(fire alarm system，F(xiàn)AS)和電力監(jiān)控系統(tǒng)(supervisory control and data acquisition，SCADA)三大系統(tǒng)進(jìn)行整體遷移，是在對(duì)既有系統(tǒng)沒(méi)有影響的前提下進(jìn)行的，同時(shí)還要保證遷移后系統(tǒng)的安全性、連續(xù)性、穩(wěn)定性。

如上所述，1號(hào)線分兩期工程完成，雖然采用了同一軟件平臺(tái)，但二期工程在完全保留了一期數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)的界面、操作風(fēng)格進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，更好地滿足了用戶對(duì)集成系統(tǒng)和互聯(lián)系統(tǒng)的使用需求。

2 遷移內(nèi)容及方案設(shè)計(jì)

從工程實(shí)施的層面劃分，一期既有系統(tǒng)向二期系統(tǒng)遷移的內(nèi)容主要包括:一期既有系統(tǒng)(EMCS/SCADA/FAS)監(jiān)控內(nèi)容和系統(tǒng)功能的遷移，一期系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)/用戶管理系統(tǒng)/對(duì)時(shí)功能的遷移與合并;從數(shù)據(jù)層面劃分，遷移內(nèi)容可分為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、HMI(human machine interface)畫(huà)面、管理數(shù)據(jù)、維護(hù)數(shù)據(jù)。

2.1 典型站遷移設(shè)計(jì)

為確保遷移工作順利，需進(jìn)行典型站的遷移測(cè)試，測(cè)試的目的是為了對(duì)OCC遷移方案的可行性進(jìn)行驗(yàn)證，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果分析、制訂下一步遷移的詳細(xì)方案，測(cè)試主要包括EMCS/SCADA/FAS模擬遷移測(cè)試、系統(tǒng)功能模擬遷移測(cè)試等。

2.2 遷移設(shè)計(jì)

結(jié)合一期工程的規(guī)模和功能實(shí)現(xiàn)程度，以及典型站遷移測(cè)試的驗(yàn)證結(jié)果，進(jìn)行一期工程O(píng)CC遷移的詳細(xì)設(shè)計(jì)，主要包括一期中心/車(chē)站軟件的遷移、OCC遷移后的試運(yùn)行等。二期工程采用新版的系統(tǒng)平臺(tái)，與一期相比，不僅顯示分辨率從1024×768(像素)提高到1280×1024(像素)，而且還提供了更為美觀、合理的人機(jī)交互界面。

為了充分發(fā)揮新平臺(tái)的特性，同時(shí)最大限度地保留一期工程的組態(tài)，OCC遷移方案僅對(duì)中心的一期系統(tǒng)軟件進(jìn)行修改，對(duì)既有車(chē)站的配置保持不變，僅對(duì)其中的部分軟件參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)置。

首先，將一期中心系統(tǒng)的所有頁(yè)面(見(jiàn)圖1)全部修改為二期的頁(yè)面樣式(見(jiàn)圖2)，修改過(guò)程不對(duì)一期圖形的內(nèi)容進(jìn)行改動(dòng)，僅將原來(lái)的圖形內(nèi)容居中放置。同時(shí)，保留一期所有的信息窗口、控制面板，基本保留一期系統(tǒng)的操作習(xí)慣。而報(bào)警、事件、趨勢(shì)功能，統(tǒng)一采用二期的頁(yè)面和功能。

圖1 一期系統(tǒng)HMI風(fēng)格

圖2 二期系統(tǒng)HMI風(fēng)格

本著盡量不修改車(chē)站軟件的原則，對(duì)于一期工程車(chē)站級(jí)軟件只做部分參數(shù)性的修改，可以看作是一次升級(jí)操作。修改完成后，需要對(duì)車(chē)站的所有工作站、服務(wù)器重啟一次。

由于一期中心軟件在遷移試運(yùn)行期間仍處于運(yùn)行狀態(tài)，為了保證與車(chē)站級(jí)軟件的一致性，同樣需要對(duì)一期的中心軟件進(jìn)行修改，修改的內(nèi)容與車(chē)站級(jí)軟件一樣，也可以看作是一次升級(jí)操作，修改完成后同樣需要重新啟動(dòng)服務(wù)器和調(diào)度工作站。

OCC遷移完成后的試運(yùn)行采取新舊并行的運(yùn)行方式，即在控制中心設(shè)置新的調(diào)度工作站，仍保留一期的調(diào)度工作站，同時(shí)運(yùn)行新舊兩個(gè)版本的軟件。由于軟件平臺(tái)支持新舊兩個(gè)版本的并行運(yùn)行方式，所以可以很好地對(duì)新版軟件進(jìn)行對(duì)比測(cè)試、驗(yàn)證。

試運(yùn)行結(jié)束后，將撤銷(xiāo)一期的中心服務(wù)器和調(diào)度工作站，系統(tǒng)將在重新部署的新版軟件平臺(tái)上運(yùn)行。

3 系統(tǒng)軟件架構(gòu)及部署

軟件平臺(tái)建立在3個(gè)層次上:第1層是采集和通信層，主要用于數(shù)據(jù)采集，完成與外部系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換;第2層是數(shù)據(jù)管理層，用于數(shù)據(jù)管理和高級(jí)應(yīng)用，通過(guò)一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警、報(bào)表和趨勢(shì)服務(wù);第3層是應(yīng)用層，主要用于實(shí)現(xiàn)HMI功能和外部接口?；谏鲜龅能浖Y(jié)構(gòu)，軟件平臺(tái)可以進(jìn)行靈活部署，如圖3所示。可以看出，整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)部總線可以實(shí)現(xiàn)靈活的軟件配置和軟件連接。

圖3 軟件部署

一期的軟件部署如圖4所示，二期的軟件部署，如圖5所示?？梢钥闯觯瑑烧卟捎昧讼嗤能浖渴鹚枷牒徒Y(jié)構(gòu)，僅在操作系統(tǒng)、工作站的數(shù)量上稍有不同，且每個(gè)車(chē)站、中心的每個(gè)功能塊或服務(wù)塊均可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)靈活配置和調(diào)用。

4 遷移實(shí)施

4.1 實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證

所有遷移準(zhǔn)備工作均在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行針對(duì)性的測(cè)試與運(yùn)行，包括頁(yè)面組態(tài)、參數(shù)配置等工作。在遷移工作實(shí)施前，需要對(duì)所有的修改系統(tǒng)進(jìn)行逐一驗(yàn)證，保證修改的準(zhǔn)確性。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，還要充分考慮現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的特殊性，以及對(duì)遷移工作實(shí)施的影響。

圖4 一期軟件部署方案

圖5 二期軟件部署方案

4.2 備份及準(zhǔn)備工作

在遷移工程實(shí)施前，對(duì)一期系統(tǒng)每臺(tái)計(jì)算機(jī)上的文件及配置進(jìn)行備份，以保證在遷移實(shí)施過(guò)程中出現(xiàn)異常時(shí)能快速地恢復(fù)到原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)。

4.3 硬件、軟件的安裝與配置

在控制中心搭建2臺(tái)服務(wù)器(冗余配置)作為報(bào)警及歷史服務(wù)器，安裝新版本軟件并配置相應(yīng)的軟件環(huán)境。

1)搭建2臺(tái)調(diào)度工作站，作為新版中心調(diào)度工作站，安裝新版本軟件，配置相應(yīng)的軟件環(huán)境。

2)搭建2臺(tái)核心交換機(jī)(冗余配置)，作為新搭建中心服務(wù)器和工作站的網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備，并配置服務(wù)器和工作站相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

3)通過(guò)跳線將一期核心交換機(jī)和新交換機(jī)連通，作為新版中心服務(wù)器獲取一期IO數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)通道。

4)在控制中心安裝1臺(tái)網(wǎng)絡(luò)防病毒軟件服務(wù)器，在新版中心服務(wù)器和工作站部署網(wǎng)絡(luò)防病毒軟件客戶端。

4.4 現(xiàn)場(chǎng)遷移

在夜間列車(chē)停運(yùn)后，通過(guò)OCC依次遠(yuǎn)程登錄一期車(chē)站工作站，對(duì)車(chē)站軟件進(jìn)行修改，并重新啟動(dòng)運(yùn)行。隨后，更新一期系統(tǒng)OCC的服務(wù)器和調(diào)度工作站軟件，并重新啟動(dòng)運(yùn)行。待一期全線系統(tǒng)全部啟動(dòng)成功、恢復(fù)功能后，對(duì)升級(jí)后的一期系統(tǒng)在線觀察，確認(rèn)運(yùn)行穩(wěn)定后，再運(yùn)行新搭建的兩臺(tái)中心服務(wù)器及調(diào)度工作站，按車(chē)站分批將一期車(chē)站接入新系統(tǒng)。此時(shí)，原一期的中心服務(wù)器和調(diào)度工作站與新搭建的系統(tǒng)并機(jī)運(yùn)行。

5 遷移的難點(diǎn)與創(chuàng)新

5.1 難點(diǎn)

1)本次遷移是在既有系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下進(jìn)行的一次無(wú)擾切換，其中針對(duì)OCC特有的全線匯總頁(yè)面的遷移是在一期系統(tǒng)的基礎(chǔ)上添加了二期的車(chē)站內(nèi)容，而二期的控制設(shè)備和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都有所改變，涉及的內(nèi)容較多，所以這部分內(nèi)容是OCC遷移的難點(diǎn)之一。

2)從運(yùn)營(yíng)管理角度來(lái)看，遷移完成后針對(duì)系統(tǒng)各項(xiàng)功能測(cè)試與驗(yàn)證工作的組織與協(xié)調(diào)，也是確保遷移成功的必要條件。

5.2 創(chuàng)新

1)首次引入人因工程概念(human factor)，從“人、機(jī)、環(huán)境”3個(gè)方面對(duì)系統(tǒng)人機(jī)界面進(jìn)行規(guī)劃，在總體界面風(fēng)格保持統(tǒng)一的前提下，以“人”為核心元素進(jìn)行設(shè)計(jì)，最大限度地滿足運(yùn)營(yíng)需求。

2)一期既有SCADA電力監(jiān)控系統(tǒng)的遷移是復(fù)雜程度最高、對(duì)運(yùn)營(yíng)影響最大的環(huán)節(jié)，為了最大限度地減輕對(duì)運(yùn)營(yíng)的影響，遷移由簡(jiǎn)至繁，先降壓變電所，后混合變電所，采取分批接入、控制接入規(guī)模與節(jié)奏的策略，以對(duì)正常運(yùn)營(yíng)影響最小為前提，最終完成整個(gè)遷移工作。

6 結(jié)語(yǔ)

筆者從系統(tǒng)遷移的設(shè)計(jì)、測(cè)試、實(shí)施等方面，闡述了綜合監(jiān)控系統(tǒng)的遷移技術(shù)。伴隨著地鐵建設(shè)的高速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)與資源共享勢(shì)必要求控制中心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)多線路、多系統(tǒng)的軟件平臺(tái)。如何實(shí)現(xiàn)不同線路、不同架構(gòu)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件的遷移和整合，將是今后所面臨的一個(gè)新課題。

［1］魏曉東.城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)與技術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2011.

［2］曲立東.城軌交通環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較［J］.都市快軌交通，2006，19(3):90-92.

［3］魏曉東.現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用［J］.北京:自動(dòng)化博覽，2003，20(4):6-11.

［4］王開(kāi)滿，王軍，張慎明.城市軌道交通自動(dòng)化綜合監(jiān)控系統(tǒng)的集成模式［J］.城市軌道交通研究，2007(3):57-62.

［5］彭輝，徐志修.城市軌道交通智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2006(1):15-18.

［6］魏曉東.地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵問(wèn)題分析［J］.北京:自動(dòng)化博覽，2009(5):14-37.

［7］GB 50636—2010城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2010.

［8］GB 50157—2003地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2003.

［9］深圳地鐵一號(hào)線續(xù)建工程綜合監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)要求［G］.深圳，2006.