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关于地铁综合监控系统建设关键问题分析

作者:2017-01-14 15:38文章来源:未知
  1综合监控系统技术内涵分析
  1.1综合监控系统构架理念
  地铁综合监控系统是采用开放系统无缝地接入各个自动化专业子系统构建起的大型自动化系统。综合监控系统对各系统的接入有两类方式,一类是对子系统集成,一类是对其他系统互联。对子系统集成,是指将被集成子系统完全融入系统之中,被集成子系统的全部功能都由综合监控系统实现。深度集成方式指从顶到底将被集成子系统集成,中央层与车站层采用同一软件平台。对系统互联,指被互联系统是一个独立运行的系统,综合监控系统通过外部接口与互联子系统进行必要的信息交互以支持信息共享平台的构建。
  1.2综合监控系统网络结构
  地铁综合监控系统构架在分布于方圆几十公里的广域网上。综合监控系统的中央级系统(CISCS)构建在地铁中央运营中心(OCC)内,综合监控系统的车站级系统(SISCS)分布于各车站,均采用双冗余的工业以太网支持。被集成的底层设备一般采用现场总线或厂家的专利总线。中央监控网与地理分散的车站监控网采用骨干网(MBN)。MBN或占用通信的传输网的一定带宽的数据共享通道,或单独组网,采用双冗余双环工业以太网。
  1.3综合监控系统的性能要求
  (1)实时性要求。由于地铁综合监控系统是广域网内构建的大型SCADA系统,它的最重要特性是远动功能,即实现实时遥控与遥信和快速的模式控制;同时,地铁综合监控系统又是一个分层分布的大型计算机监控系统,是既有离散控制又有连续控制的复杂控制。要求综合监控系统遥控时间在2s之内,返信时间在2s之内。为保证这一重要性能指标,惟有采用对子系统的深度集成方式才可达标。
  (2)可靠性要求。一般综合监控系统提出了MTBF(平均故障间隔时间)大于8000h;MTTR(平均维修时间)小于1h。
  (3)扩展性要求。地铁综合监控系统的可扩展性应考核:①系统网络的扩展能力(交换机的可用端口数量);②系统关键硬设备的容量及可扩展能力(服务器群的容量,服务器的数据容量,操作员战的最大数量等);③系统软件平台的可扩展能力;④软件对功能开发的支持能力,软件升级、优化以及兼容能力。
  1.4地铁综合监控系统的功能需求
  地铁综合监控系统中央功能主要是实现子系统的原有调度工作的全部功能;监视各接口系统的信息;监视全线环境、乘客及主要设备的运行情况和隧道火灾的模式控制;网络管理;设备维护管理;根据不同的情况启动相应的预设工作模式,实现全线各子系统的联动控制;中央数据管理等。
  地铁综合监控系统车站级功能主要是实现子系统的原有车站调度管理工作的全部功能;监视各接口系统的信息;监视车站管辖范围内的环境、乘客及主要设备的运行情况;单点或模式控制操作车站的机电设备;车站级数据处理等。
  综合监控系统功能定位要确立为运营服务、为设备维修、为乘客服务的原则。联动功能要实用、要完备、要深入。
  1.5综合监控系统有效支持运营
  综合监控系统主要满足地铁运营“调度管理”和“维护管理”两个层面的需求。在系统中央级,地铁规范要求以行车指挥为中心设立行调、电调、环调、维调和总调,要求这些调度站信息沟通。综合监控系统必须具有支持车站统一站务监管的功能,综合监控系统应支持车控室对车站站务的协同监管。
  2地铁综合监控系统软件分析
  2.1软件平台选择
  目前地铁综合监控系统应用软件大体可以分为两类:一类是独立软件厂家(ISV)的商品化软件;另一类是由系统集成商提供的软件。
  商品化软件主要是各种工控组态软件,广泛用于各类工业控制和监控场合,其最大优点是HMI功能支持丰富、结构扩展灵活,开放性好,因此,具有很强的适应性和通用性。但工控组态软件对目标领域的监控特点缺乏针对性,直接使用一个组态软件仅仅通过组态通常是达不到地铁综合监控多种专业的功能要求的,这就需要系统集成商对组态软件进行一定的改造,包装成地铁适用的软件平台,如增加远程控制和设备管理功能。通常这种改造是通过嵌入、替换和外挂新的软件模块实现的。但是,这种开发需经过在地铁应用加以检验,否则会给工程带来极大风险。
  由系统集成商或工程公司开发的软件平台一般与领域监控特点和功能要求更为接近,其软件功能的设置、体系结构等更适合地铁综合监控系统的要求。只是产品化形态可能稍差。如果工程公司本身作为系统集成商参与工程,这一缺陷对最终用户的影响不大,但如果仅作为软件供货商供其他系统集成商使用,也会给工程带来风险。
  把这两类软件对应看待,组态软件所提供的设计界面更低更基础,应属于可用但不适用的综合监控系统软件平台;如果有地铁运营经验的系统集成商经过软件开发把组态软件和附加的行业性应用功能合并,可以构建起成功的地铁综合监控系统软件平台。这种做法符合现代的软件开发方针——开放系统加COTS(货架上的商用软件)。但是这种做法也需要假以时日,并受到组态软件本身系统支撑能力的限制,可能花了较大的开发成本,得到的是一个局限性较大的综合监控软件平台。
  目前一些有综合监控工程实施经验的系统集成商正在将具有自主技术的综合监控软件平台在工程实践的历练中通用化、产品化,这类新的综合监控软件平台克服了上述两类软件的不足,必将得到良好发展。
  2.2国内外地铁综合监控系统软件平台比较
  国外综合监控系统供货商提供的地铁综合监控软件可适合地铁综合监控系统运营、维护的要求,但价格很高。这种形态的软件是以中央监控中心(OCC)信息集成为核心,平台延伸到车站监控层通过其前端处理器(FEP)将车站的各子系统接入构成信息共享平台。一般来讲,这类系统在系统顶层(OCC)设有电调、环调、行调、维调和总调中心,软件平台将车站各自独立的子系统(各不相同的软件平台)的信息采集到一起,在OCC和车控室实现综合监控功能。这类软件平台在横向上几乎不受限制,可以按照用户的意愿连接较多的子系统,可实现信息共享,实现综合监控功能;但在纵向将原来分立的子系统分为两个不同软件平台支持的两部分,在车站将被集成子系统截为两截,对于地铁的一些具有SCADA特性要求的子系统,会大大降低系统的远动性能,例如,电力系统遥控时间将大于3.5s,超出要求。此外,这类软件平台由于在车站实行两个软件平台对接,给调试、故障诊断和维护带来极大工作量,会给国内系统集成商带来极大麻烦,如果国内系统集成商没有综合监控系统的实施经验,可能会给工程带来危害,完工后的系统将达不到一些重要技术要求。一些二线城市新开工的地铁工程应特别注意此问题。
  目前由国内系统集成商开发的综合监控系统软件以满足地铁运营要求为主导,强调对工程的适用性,采用了深度集成方式,即用同一软件平台将被集成子系统从顶到底完全融入综合监控系统中,不会在车站出现两个软件平台对接的问题。因而,其实施性能极好。
  3软件国产化的问题
  地铁综合监控系统设备的国产化情况各地差异很大,项目不同国产化率不一。
  (1)地铁综合监控系统中,采用国外产品的主要有服务器、BAS系统的PLC、FAS系统的设备;网络设备、FEP和综合监控软件在有的项目中已采用了国产化。其余设备则完全国产化。
  (2)国产化率是按价格计算,降低进口设备的价格至为关键。为此,综合监控系统设计应该采用简约的结构,合理的配置,不可采用豪华的设备配置。例如,车站低端服务器即可,而中央服务器也不必采用太高端产品。根据多个综合监控系统工程中的经验,系统结构设计、硬件选型带给综合监控系统国产化率的影响在15%左右。
  (3)综合监控系统软件对设备国产化率的影响极大。按平均比率计算,综合监控系统软件在项目中一般占25%~35%;综合监控系统软件国产化可使项目国产化率达到或超过70%;综合监控软件采用国外软件,项目国产化率难于达标。
  (4)按照发改委工业司在2005年的2084号文件精神,对项目的国产化率要严格审核,设备(包括软件)要逐项分清真实产地。因此,在对软件的核价中,要分出软件工程的设计量价和调试、组态的量价。如果这部分工作也是由外国软件供货商完成,国外软件所占的价格比例会更高。
  (5)系统集成商的应用成熟度也是影响国产化率的一个因素。
  从以上分析中不难看出,要使综合监控系统国产化率达标必须:①简约的结构设计与合理的设备配置,降低必不可少的进口设备总价;②尽量采用国产化软件平台,过去地铁项目采用分立自动化系统时,大都是国产化软件;现在我国在工业自动化发展历程中已经取得了良好的国产化业绩,综合监控系统完全可以采用国产化系统;③尽可能选用国产化硬件,例如,BAS控制器可选用国产的PLC,不必非要国际名牌;④选用独立的国内系统集成商,系统集成和技术服务占有较大比重,选择具有综合监控系统成功实施经验的独立的国内系统集成商是项目实施成功的关键,也是提高国产化率的一个重要因素。
  4在综合监控的建设中摈弃奢华选择实用
  地铁综合监控系统是地铁信息共享平台,对于地铁运营无疑是非常重要的。但是,不能以为豪华的配置就可换来可靠与高效,不能以为综合监控系统一定要最豪华配置、最奢华的功能。在已实践的综合监控工程中,对运营最实用的系统是最受欢迎的系统,结构简约的系统是最稳定的系统。奢华的系统是低国产化率的,实用的综合监控系统国产化率较高。
  从目前的实际状况分析可得出以下认识。
  (1)地铁综合监控系统采用国产化软件在各方面条件都已成熟,国产化软件已经有了一定应用基础和案例。
  (2)国内集成商必须掌握软件平台的某些关键技术,否则可能和业主一样处于受制于人的境地。除非具备互补型的长期合作关系或成本上可接受,否则研制具有自主知识产权的软件平台产品必然成为国内集成商的趋势性行为。
  (3)研制具有自主知识产权的软件平台产品可以提升和深化系统集成商的技术实力,这不仅对集成商,对业主也是有利的。但这种研制的动力又来自业主方和环境的培育。
  (4)有实力的系统集成商和采用国产化软件在长期的维护和服务方面对业主是有利的。
  5综合监控系统设计中的问题
  5.1集成与互联的概念与分寸
  综合监控系统设计中对功能定位一直是难点。仔细分析目前地铁综合监控系统工程中出现的问题,有一部分源自对综合监控系统概念以及集成和互联的认识。
  首先,根据国内的成功经验,为地铁构建的综合监控系统主体包含了全部被集成子系统,被集成子系统已融入综合监控系统中不独立存在。有些设计单位在综合监控系统技术规格书中,将被集成子系统的功能在综合监控系统写了一遍,又另将被集成子系统单独设计,将子系统功能再写一遍,显然是对综合监控系统的理念理解错误。设计时应该将综合监控系统看作一个完整的自动化系统来设计。综合监控系统不应是一个扣在各独立子系统顶层的帽子,而是一个将被集成子系统有机综合为同一系统的整体。
  在对综合监控系统设计选择子系统集成和互联时,目前存在两种错误趋向:一种是为综合监控系统而综合监控,即将它作为一种时髦,大家建我也建,建成之后与分立系统区别不大,信息共享平台的功能远远发挥不出来;另一种是既然建了综合监控系统就要求所有信息都接进来,甚至不分子系统在运营管理中的地位与轻重缓急,统统要求集成到综合监控系统中来。例如,要求将隧道感温光纤子系统几千个测点的信息统统接入到综合监控系统中来。
  事实上,综合监控系统的建立主要是为支持运营管理,为支持实现综合维修,逐步走向以行车指挥为核心。因此,综合监控系统确定应该实现哪些功能非常关键。根据国内已经运营的几个综合监控系统的经验,已经有了较成熟的做法,并且正在制定技术规范。综合监控功能定位还须考虑保证综合监控系统主业务的可靠实现。与运营密切相关的信息点一定要全部采集到系统中来,而可以精简的无必要的信息一个也不能接入,以免使系统不必要地加重数据处理负担,造成系统的不稳定。
  综合监控系统必须是为实现主要功能恰当地集成有用的信息,不可以不分轻重缓急、兼收并蓄地堆积信息。因此,在实践中,对哪些子系统集成?对哪些子系统互联?每一子系统的接口以及接口功能的确定都要从实际需求出发,精心设计,认真研究。
  根据目前经验,较为成熟的集成的子系统一般是机电设备监控的三大专业即PSCADA、BAS和FAS。屏蔽门和安全门可看作是BAS监控设备也集成在系统中。对ATS子系统按照运营之需,是最应该集成到综合监控系统中的,但要视技术发展的现实性来确定。
  对互联系统的确定,对互联子系统接入综合监控系统的信息应有分寸,不能认为综合监控系统集成的子系统愈多愈好。有些互联子系统本身发展极具独立性,不应集成到综合监控系统中来,例如,AFC涉及到财务管理,不可能其全部功能都在综合监控系统中实现。有些系统已有很成熟的监控管理软件,例如,门禁子系统,如果综合监控系统将它集成到系统中来会付出极大的软件开发成本,而它本身的软件发展极为成熟,成本价格极低。
  5.2关于对SIG信号系统的接入
  地铁业务中,行车调度系统是核心,地铁信号系统是地铁最重要的系统。显然,将地铁信号系统适当地集成在综合监控系统中来才是综合监控系统应努力的大目标。但是,地铁信号系统的底层系统是安全系统,如果与电力、环控、火灾报警等非安全系统集成在一起是不适当的。仔细分析地铁信号系统的结构与内涵,事实上信号系统的ATS子系统是与安全相关的非安全系统,可以集成到综合监控系统平台上来。一个集成了信号ATS子系统的综合监控系统在技术上是可行的,也是功能更为完备、更适应地铁运营要求的综合监控系统。
  有些国外的综合监控系统包含有ATS功能并有应用。在不久的将来,在国内某条地铁线路上成功地运行我国自主开发的集成了ATS并深度集成的综合监控系统是有希望的。当综合监控系统集成了ATS,就可实现以行车指挥为核心的综合监控系统。而当信号系统的ATS软件构架在综合监控系统平台之上,这样构成的地铁信息共享平台正是地铁实现高效运营管理所期待的。
  5.3综合监控系统用户需求分析
  构建综合监控系统的基本目标就是满足地铁最终用户的需求,但是将用户的实际需要变为对综合监控系统的功能要求,变为系统应用需求规范却是一件十分困难的事情,应用需求分析成为最先的难点。人们一直在寻求一些规范化的方法,使得应用需求的描述更加符合实际,更加能为做系统功能开发的软件人员所理解。而且,这种描述应该具有语意的唯一性,理解无二义性。
  第一次设计联络会上应该确认系统集成商编制的系统需求说明书。系统需求说明书按照一个较完备的应用需求框架编制。需求说明书确定后,它将作为系统应用开发的基础文件,在此后的工程过程中传递。
  应用需求分析应注意力求其稳定,同时因为实施过程较长,需求变更在所难免,应有规范的变更流程。
  综合监控系统的应用需求分析一般取自招标书、投标书和项目合同书。合同应以招标书为基础,应用需求分析以合同为准绳。
  5.4设计阶段的核心文件——详细接口规范
  综合监控系统设计阶段要解决的另一重要问题就是接口问题,在系统实施过程中,在设计联络阶段,应要求系统集成商制定关于接口开发与管理的核心文件——详细接口规范。
  详细接口规范文件包括了接口开发与管理过程的全部要求,凝聚了系统集成商的实际经验。
 

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