基于WonderWare的综合监控系统的设计与实现

MA Li, LIU Gao-yuan

0 引言

目前的监控系统多是针对某具体系统或某类型设备进行管理与控制，且各条线路信息不能互通，往往会形成信息“孤岛”，无法对系统运行情况特别是机电设备故障迅速定位分析处理，系统间联动效果较差，线路之间调动困难[1]。

基于WonderWare的综合监控系统（ISCS，Integrated Supervisory Control System）正是应轨道交通管理中共用设备、共享信息和统一管理这一需求而产生的一种解决方案。综合监控系统通过控制中心将各个车站机电相关子系统有机地结合起来，通过集成和互联各个子系统实现信息和资源的充分共享，增强管理决策和信息服务的能力，并从整体上发挥出更大的作用，从而使城市交通系统运营高效化、决策快速化、服务公众化、信息网络化，达到最佳运行。

1 系统分析与设计

1.1 系统功能分析

综合监控系统（ISCS）功能可以分为各系统通用功能以及子系统独特功能。通用功能包括设备管理、网络管理、信息管理、培训管理等功能。子系统按照所需的功能要求不同接入方式也不相同，可以分为集成和互联两种[2]。所有对子系统的操作完全通过综合监控系统的操作界面完成。一般集成子系统依赖综合监控系统实现正常操作功能。互连表明综合监控系统与子系统是采用松耦合的结构，子

系统具有完整的操作界面和全套设备，可以脱离综合监控系统独立运行，完成正常和紧急操作。

1.2 系统架构设计

对于综合监控系统而言，提出两级管理三级控制架构[3]。具体的设控制中心和车站两级管理，控制中心为主控级，车站为分控级。控制结构为控制中心、车站、现场三级控制。ISCS系统架构如图1所示。

图1 ISCS系统架构图

中心监控系统安装在中心，具有控制、报警和画面显示等等功能。用于监视全线各个车站的各个子系统全线范围内的运行状态，制订全线的综合决策，并与外部系统进行数据和信息交互，完成中心级的操作控制功能。

车站监控系统安装在车站控制室，用于监视本车站的各个子系统的运行状态，并协调各子系统的联动功能，提供车站级的决策，完成车站级的实时信息采集、维护监控和报警处理等操作控制功能[4]。

现场监控系统安装在车站各地控制点或数据采集点，具体包括各类传感器、执行器、远程I/O模块、接口模块或设置等。

1.3 系统流程分析

系统中主要处理的大部分内容就是各种各样的数据信息，系统上行实时数据方向是以车站的FEP为源头，同时向中心和车站（车辆段）服务器发送[5]。车站（车辆段）服务器收到本车站上行实时数据，经过处理放入车站（车辆段）实时数据库中，向车站（车辆段）的操作站的人机界面应用提供实时数据服务。中心服务器收到各个车站的上行实时数据，经过处理放入中心实时数据库中，向中心和备用中心的操作站、复示工作站、大屏幕OPS的人机界面应用提供实时数据服务，同时向中心历史服务器提供实时数据库的周期快照。

通过授权检验的操作人员通过操作员站发出的下行命令，发送到本地实时服务器（车站或中心），经过有效性检查（闭锁/禁止/PTW）后，通过网络发送到FEP，再采用相应的通讯协议发送到相连系统中。在数据流的传输过程中，中心服务器和车站服务器处于同一层次，因此中心监控操作不依赖于车站服务器，不但提高了响应速度，同时也提高了系统的可靠性[6]。

1.4 系统关键功能模块设计和实现

1.4.1 基于协作关系的权限管理系统设计

在系统平台上，各子系统以动态联盟的方式相互协作，组成最小的协作单元。各子系统之间的协作关系和协作内容由权限管理系统统一定制。基于协作关系的权限管理系统模型设计如下：

定义1 设系统支持m个子系统的业务协作。U＝{U1, U2, U3, …, Um}为有限集，对于任意子系统Uj∈ U，设Tm为子系统的类型空间，Tm＝{T1, T2, T3, …}。

定义 2 令 XUj＝ {Xm1, Xm2, …, XK1, XK2, …} 表示系统中子系统可以操作的功能构建集。系统授权过程为Rx→u (Uj)。

定义 3 令 XUj(Ti)＝ {Xm1, Xm2, …, Xkw,… }，表示系统中任意联盟Uj的协作类型Ti可以操作的功能构建集，协作过程为：Rx→U→T(Ti)。

规则1 XUj(Ex)表示子系统Ex在联盟Ui中操作权限。对其中某子系统Ex，如果fE→TUj(EX)≠ø,表示子系统Ex拥有XUj(Ti)的操作权限，即XUj(Ti)⊂XUj(Ex)。

规则2 子系统Ex在联盟Ui中可能存在Kx种协作关系，那么在联盟Ui中子系统Ex的操作权限

对于系统平台中任意子系统Ex的操作用户，系统通过如下权限控制方法计算用户操作权限：

1）系统获取操作用户信息userInfo和请求进入联盟Ui的UnionID；

2）根据userInfo得到子系统的EnterpriseID；

3）根据EnterpriseID和UnionID获得子系统在联盟中的协作关系集T；

5）系统根据用户身份,获取用户权限列表X (Cxi)，并计算用户权限。

1.4.2 BAS系统

BAS系统是为满足和保证人员及设备运行所需内部空气环境的关键工艺系统。操作员如果想要监视或操作画面、事件等可以通过CheckOperatorPermission（）函数，应用层向数据处理层发出命令请求，数据处理层从数据接口层数据库中获得对应权限后才能进入相关界面。操作员或管理员通过ViewDeviceStatus（）、ViewEvent（）、MonitorDeviceStatus（）函数来查看或监视BAS系统设备当前运行状态及相关事件等，数据信息经过数据处理层到达应用层的系统界面上[7]。BAS系统部分运行控制界面如图2所示。

1.4.3 PSCADA系统

每个车站设有相对独立的变电所自动化系统，负责监控主变电站110kV和变电所33kV交流高、中压系统1.5kV直流供电系统、0.4kV交流系统、接触网系统、杂散电流监视系统等。通过网络完成其中央监控功能和车控室的监控功能。通过CheckOperatorPermission（）函数，应用层向数据处理层发出命令请求，数据处理层从数据接口层数据库中获得对应权限后进入相关界面后通过每个类的ViewStatus（）函数查看电源、电压、电流等信息并显示出来，并进行监视或操作画面、事件等。通过类的ViewAlarmStatus（）方法查看指定报警设备当前状态，AlarmDeal（）函数完成对发生各种报警情况的处理。

图2 BAS系统控制界面

2 结论

综合监控系统（ISCS）有效解决了现有监控系统分布孤立的局面，建立了一个一体化的系统信息共享平台，为业主决策提供有力支持，保证了信息的及时快速传递[8]。系统特色：对基于平台的权限控制算法进行了研究和应用并应用在系统的权限管理中。

基于WonderWare系统平台的地铁系统监控中的应用，能够有效地提高系统中设备运行的稳定性和安全性，为设备数据分析和监督提供了一种很好的手段。

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