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和利时公司拥有过程自动化、轨道交通自动化、核电站数字化仪控系统、工厂自动化即控制与驱动、信息化等业务单元，在核电、电力、石油化工、轨道交通、环保、建材、冶金、造纸、制药、机械制造等十几个行业中成功实施的工程项目超过5000项，是国内最大的自动化控制系统制造商。sss

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案例详细
标题地铁综合监控系统建设的关键问题分析（二）
技术领域电源
行业
简介
内容 2 地铁综合监控系统技术内涵分析

    随着近年国内地铁几个综合监控系统的相继投运并成功运行，验证了地铁综合监控技术的成熟。愈来愈多的综合监控系统的设计理念与实用技术被实证成功。这些被考验、被验证、被工程应用成功了的技术构成了综合监控系统的技术内涵。

2.1 综合监控系统构架理念

    地铁综合监控系统狭义而言是指地铁线路以机电设备监控为主体的综合监控系统，它是地铁线路的数字信息共享平台。广义而言，它应是以行车指挥为核心的综合监控系统，它应集成了地铁运营的主专业系统——ATS。

    地铁综合监控系统也是通过现代控制系统集成技术，采用开放系统无缝地接入地铁各个自动化专业子系统构建起的大型自动化系统。

    开放系统既是兼容了多厂家设备的计算机工业自动化系统，又是无缝接入形态各异子系统的开放系统软件平台。

    综合监控系统对子系统的无缝接入在实践中产生了两类方式，一类称之为对子系统集成，一类是对子系统互联。

    所谓对子系统集成，是指开放系统将被集成子系统完全融入系统之中，被集成子系统成为综合监控系统的一部分，被集成子系统的全部功能都由综合监控系统实现，除了管理意义外，被集成子系统构成了综合监控系统主体。

    为保证被集成子系统的性能不因集成而受损，国内创新出了对被集成子系统深度集成方式。所谓深度集成是指综合监控软件平台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，同时，被集成子系统的性能特别是远动性能指标不低于原来系统。

    所谓对子系统互联，被互联子系统是一个独立运行的系统、具有自身的完整结构，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。互联子系统独立运行实现自己的功能，也向综合监控系统提供交互数据，支持综合监控系统互联功能实现。

    综合监控系统的初步设计必须确定对哪些专业系统集成从而在综合监控系统中全面实现这些专业功能。对哪些专业系统互联与这些子系统进行交互，确定集成与互联的范围。

    地铁综合监控系统广义而言，可引伸到地铁多条线路数字信息共享平台。一个大城市内的城市轨道交通线网调度指挥系统也就是线网的综合监控系统。

2.2 综合监控系统网络结构

    地铁综合监控系统是一个地理分散的大型SCADA系统。它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OCC（中央运营中心）内，一般它由双冗余的工业以太网支持。

    综合监控系统的车站级系统（SISCS）分布于各车站，一般也采用双冗余的工业以太网。

    被集成的底层设备一般采用现场总线或厂家的专利总线。一般与车站监控网相连，个别联入中央监控网。

    将中央监控网与地理分散的车站监控网采用骨干网（MBN）。在地铁综合监控系统建设中，对MBN的设计有两种方案：

    （1）综合监控系统的MBN占用通信传输网的一定带宽的数据共享通道，一般采用百兆以太网（双环）。

    （2）综合监控系统的MBN单独组网，一般采用双冗余双环工业以太网。

    上述两种组网方式都有成功的案例，哪种更好依据工程的具体的条件以及业主的应用成熟性而确定。客观讲，各有优劣。

    单独组网。系统集成商的主动性较大，责任较明确，实施时较为方便，但骨干交换机的选择应有地铁应用成功案例支持。

    用通信专业的传输网依赖于通信专业的配合，若出现于骨干网相关的技术问题，鉴定与协调较为复杂。

    综合监控系统骨干网属于广域网的范畴，一般的自动化系统集成商缺少广域网建设经验和应用经验，在选择系统集成商时应注意这方面的要求。

2.3 综合监控系统的性能要求

    地铁综合监控系统的性能要求可以罗列许多，在一些项目中性能指标要求过多甚至提出许多似是而非的指标，但却忽略了本质性的性能指标。下面说明本质性的性能指标。

2.3.1 地铁综合监控系统实时响应性

    地铁综合监控系统在系统的属性上具有两大特性：

    （1）地铁综合监控系统是广域网内构建的大型SCADA系统。按照国际标准的定义，它的最重要特性是远动功能，即实现实时遥控与遥信、实现快速的模式控制。地铁综合监控系统必须具有优良的远动功能才可完成其集成与互联各类子系统的任务，才可以完成综合监控功能。

    （2）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，它包含了分布式监控能力，包含了既有离散控制又有连续控制的复杂控制。这一特点主要反映在其应用的复杂性上。

    此两大特性确定了综合监控系统应具备较好的实时响应性能。要求综合监控系统遥控时间在2秒之内，返信时间在2秒之内。更一般地讲要求系统下行数据传输时间在2秒之内，上行数据传输时间在2秒之内。

    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。

    当系统是既有离散控制又有连续控制的复杂控制系统时，其实时性能指标也要求达到较高水平，在一个控制层面，控制响应性应小于1秒（即在中央层经车站至现场级下行或上行数据传输时间小于2秒；车站层下行或上行数据传输时间小于1秒）。综合监控系统的环境与设备监控的一些功能（例如，隧道模式控制与车站模式控制）的实现就需要达到此项要求。

2.3.2 地铁综合监控系统的可靠性

    地铁综合监控系统的可靠性要求较高，因为它担负着多方面的重要职责：

    （1）维护全线路重要机电设备、保持设备良好运行的重任。

    （2）担负着出现灾害条件下模式控制的重任。

    （3）担负着正常工况下，机电设备按时间表运行的监控。

    （4）每天地铁开启与关停的全线停送电重任。

    （5）全线自动化各系统的联动。

    为此，一般综合监控系统提出了MTBF大于8000小时；MTTR小于1小时。

    像综合监控系统这样的大型自动化系统可靠性指标绝不是直接计算出来的，而是采用可修复系统的可靠性理论统计估算出来的。综合监控系统可靠性绝非是计算出来的，而是在系统设计阶段需进行可靠性设计，在系统软件中采用一系列的可靠性机制，在实施中进行RAMS的可靠性、安全性的标准化管理才可以保证系统在长期运行中达到可靠性指标。

    在可靠性设计与措施中最重要的是系统重要设备的冗余机制的实现，在系统实施时，在系统运营过程保证这一机制的成功实现是衡量系统可靠性重要依据。如何保证冗余机制的真正实现，保证系统可以在单点故障时快速进行冗余切换，应是业主对系统集成商和系统的重点考核。

2.3.3 地铁综合监控系统的可扩展性

    地铁综合监控系统的可扩展性主要通过系统所经历的扩展案例来实证，一般而言应从以下方面来考核：

    （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，操作员站的最大数量等）。

    （3）系统软件平台的可扩展能力。

    主要是指系统软件平台在系统、应用与工程三个层面上的可扩展能力以及三层平台的解耦特性；是指系统平台的原型的可扩展性能、系统应用模块容量以及它的扩展能力、工程开发的适应性。

    （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。

    地铁综合监控系统的可扩展性决定了系统在其生命周期内的服务能力，也是保护用户投资利益的重要保障。业主在选择系统集成商以及具体系统时应将此作为重点之一。

2.4 地铁综合监控系统的功能需求

    地铁综合监控系统的功能需求是综合监控系统技术内涵的重要部分，它主要依赖于地铁业务的需求以及对综合监控系统的功能定位。

    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，包括：FAS、BAS、PSCADA 运营管理功能等；可以监视各接口系统的信息，包括：SIG、PIS、ACS、CLK、PA、CCTV、AFC、RAD及ALM等；监视全线环境、灾害、乘客、供电及车站主要设备的运行情况及隧道火灾的模式控制；具有网络管理功能；具有设备维护管理功能；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、存档、报表、打印及其他服务。

    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，包括：FAS、BAS、PSD及FG。可以监视各接口系统的信息，包括：SIG、PIS、PA、CCTV、AFC等。监视车站管辖范围内的环境、灾害、乘客、供电及车站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，以维持运营，保护人身和设备安全。停止或允许时间表。 车站级数据处理、存档、报表、打印及其他服务。 

    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。

    在工程实践中要避免两种倾向：

    （1）功能不全，集成与互联系统的范围及功能考虑不周。

    （2）要求一些专业性较强、规模较小的子系统集成在综合监控系统中，使综合监控功能主次不分，性能受损。

2.5 地铁综合监控系统有效支持运营

    构建地铁综合监控系统的目的就是为有效支持运营。

    综合监控系统的系统设计和工程实施主要满足地铁运营“调度管理”和“维护管理”两个层面的需求。这两个层次所面对的服务对象不同，“调度管理”面向的是地铁控制中心调度人员及车站值班员。“维护管理”所面对的服务对象是综合监控系统各专业维护工程师和维护人员，包括供电维护人员、机电设备（环控、屏蔽门、电扶梯、事故电源等）维护人员、火灾报警维护人员等。由于所承担的工作职责不同，对系统功能的目标要求也不同，“调度管理”侧重于对系统设备的状态监视、操作控制、工况模式选择、事故工况处理等工作；“维护管理”侧重于系统设备是否正常工作，是否出现报警，是否需要派员到现场维护等信息。在综合监控系统设计时将针对上述两类服务对象有区别地设计人机界面、报警分类、报表服务等功能，有效避免不同类型报警信息对操作人员的干扰，最大限度地发挥综合监控系统的对运营支持作用。

    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。综合监控系统必须保证实现这些要求。

    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。综合监控车站级软件的服务对象是车站值班员和值班站长及相关维护人员。

    在目前的经济环境下，综合监控系统必须进行能源管理，为运营制定节能降耗措施，提供数据参考，有力支持地铁各专业大型设备和耗能系统的节能措施。

    综合监控系统通过发挥信息共享平台的功用，在系统整个生命周期内，不断地扩展功能为地铁运营管理的进步服务。

2.6 技术内涵总结

    地铁综合监控系统在国内发展多年技术已日趋成熟，较为成熟的应用技术可总结如下。

    （1）地铁综合监控系统的总结构设计已较成熟，由开放系统集成和互联子系统构建数字信息共享平台的理念已为实践证明并在继续发展。采用可靠性设计、特别是采用行之有效的重要设备冗余实用技术，使综合监控系统达到了较高性能指标，尤其是在广域网上实现了优良的SCADA远动功能和分层分布监控功能。

    （2）地铁综合监控系统的功能需求在工程的实证中愈来愈稳定并规范；在工程实践中综合监控系统的系统集成商积累了众多的应用核心技术；ISO15745等国际标准正指导着一些系统集成商的接口开发与管理；综合监控系统对运营的支持技术也有了实质的进步。

    （3）地铁综合监控系统的软件平台技术，在工程中被诠释，在系统实施中被检验，在不断的工程历练中发展。国内已创新出优于国外的综合监控系统软件平台。

    （4）地铁综合监控系统技术内涵在各层次的细节上进步。从总体结构上，地铁综合监控系统正向线网调度指挥系统外延。在集成子系统的内部结构上也在发展深度集成方式，特别在环境与机电设备监控之中，将MCC集成其内的技术已开始试点。在底层网络结构上已经有了所谓以太网“一网到底”的趋势。  

    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（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（四）——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