基于BPMN (业务流程建模与标注)标准实现新型综合监控联动模型的探讨

李 冰 张赛桥

(1.南瑞集团公司(国网电力科学研究院),210003,南京;2.国电南瑞科技股份有限公司,210061,南京∥第一作者,工程师)

基于BPMN (业务流程建模与标注)标准实现新型综合监控联动模型的探讨

李 冰1,2张赛桥1,2

(1.南瑞集团公司(国网电力科学研究院),210003,南京;2.国电南瑞科技股份有限公司,210061,南京∥第一作者,工程师)

传统的综合监控系统联动方式已无法满足地铁运营的需求。提出了一种基于BPMN (业务流程建模与标注) 2.0标准的联动设计方案,通过对业务活动、网关及事件等抽象组件的建模,运用状态机方式灵活组态执行流程来实现复杂的联动功能。该方案可实现联动建模的复用性,提高自动化建模的程度,并解决了传统联动方式无法描述及实现复杂逻辑的应用场景的问题,增加了地铁运营的可靠性及安全性。

综合监控系统; 联动功能; 业务流程建模与标注; 状态机; 网关; 触发事件

First-author′s address NARI Group Corporation (State Grid Electic Power Research Institute),210003,Nanjing,China

近年来,综合监控系统朝着越来越集约化及结构复杂化方向发展,组织各子系统协同操作的联动功能显得越来越突出,其应用也越来越广泛。传统的联动功能基于综合监控系统,其所有的触发条件来源于状态点的变位。根据运营需求,通过时刻表来触发等功能很难实现;而且目前的方案都是由不同的厂商采用不同的软件定制化实现,如工程不同则不能复用,可移植性很差。而地铁均希望采用同一标准,即使是不同的厂家,其联动功能协议也能统一,以期为后期的轨道交通网状统一调度实现提供技术支持及可能。本文提出一种基于工作流设计,采用BPMN (业务流程建模与标注)标准,抽象化所有联动相关业务,完全构造化建模,通过后期配置属性,完成定制化的方案。应用此方案,可大大提高复用性,降低设计及施工成本。

工作流是部分或者全部可以计算机实现的业务流程。工作流过程模型是可由计算机实现的业务流程模型,能跨越业务流程设计与实现鸿沟,便于分析,并由IT(信息技术)人员和流程管理人员共同设计、实现和监管业务流程。

使用BPMN建模语言可描述基本的BPMN符号(即图元),还可用图元组合成业务流程图(Business Process Diagram)。

1 联动功能的设计方案

1.1 联动功能的框架结构

SCADA (数据采集与监视控制系统)平台是基于C++语言平台的。BPMN开源的协议及框架是基于java语言的,可生成xml(可扩展标记语言)文件。目前采用上层自己实现C++代码的模版设计,然后归一化为标准的xml文件,并根据特殊的属性需求,扩展xml文件来实现模型设计。

此联动的框架支持复杂流程,还可通过有向图的方式,让用户根据需求灵活组态。

BPMN标准的流对象包括事件、业务活动及网关。其中,事件决定了联动的触发及结束;业务活动为具体SCADA操作,一系列业务活动组成联动;网关为联动的业务逻辑和控制流程,即业务锁。

1.2 流对象的介绍

1.2.1 事件

BPMN2.0提供3种通用事件,相应的符号见图1。

图1 通用事件符号

根据轨道交通应用需求,总结出5类轨道交通基本事件功能表

表1 轨道交通基本事件类型及功能表

(1) 消息事件:可来源于脚本,也可来源于具体服务。由于联动服务采用订阅方式,故可通过定义具体的消息通道及消息类型触发相应联动。此类事件模式灵活方便,是由具体服务或者操作员打开某联动的开关。

(2) 定时事件:传统的轨道交通运营按照周末及非周末采用不同的列车运行时刻表。列车要按照时刻表运行,需触发一系列联动(诸如打开风机及扶梯等)。目前触发联动都是采用时间表定时的方式,工程量大,且与综合监控系统联系不大,实时控制效果差。采用定时事件可灵活配置触发联动的条件。(具体配置界面见图2)

(3) 条件触发:条件触发基于某些点的变位,与传统综合监控触发模式相同。传统综合监控系统采用状态点变位触发联动,通过采集1个或多个子系统接口的触发点在系统内部进行逻辑运算,当满足预定义的逻辑公式时触发联动。

(4) 多条件触发:通过对以上3种方式采用“与”或者“或”等方式的有机组合,集成多种可能的触发。

图2 定时事件属性配置菜单

1.2.2 业务活动

业务活动主要分为任务和过程(见表2)。任务为具体业务活动,主要有表2描述的4类。过程是一系列任务集合的模板化输出。

表2 业务活动内容表

(1) User Task:即人机交互界面,接受用户指令业务;通过比较当前用户及操作用户的权限,选择执行通道及任务。

(2) Send Task:是主要的业务类型,也是联动的核心任务,集成了各种SCADA操作。目前,对用户开放所有子系统的控制动作(如PSCADA (电力监控系统)和BAS (环境与设备监控系统)的遥控及遥调;PA (广播)系统和PIS (乘客信息系统)的广播、乘客信息的发布等),使用户可根据其需求选择相应业务来配置联动。

(3) Receive Task:为接受消息任务。通过交互式订阅及发布方式来接受消息。所接收的消息来源不唯一,可以来自具体服务,也可以由指定操作员发起。

(4) Script Task:通过运行脚本其模块化独立性强,目前支持python、lua及shell等语言。

(5) Subprocess:即过程。用户可以把重复度高的流程派生成模板,下次时直接调用操作即可。例如,轨道交通常用的各站早间送电联动,由于各站的控制流程及业务逻辑均一样,只是Send Task控制的开关各站不同,此时,可通过组态模板Subprocess,即可在每站复现,有效地实现了模型的复用。

1.2.3 网关

网关用于控制流程的分支和聚合,其具体符号表示如图3所示。通过网关可以改变联动有向图的拓扑结构,达到实现联动的差异化及多样性。网关的类型和功能见表3。

图3 网关模型符号示意图

网关类型功能Exclusive跳转Parallel并行区

1.3 状态机的组态

联动从开始到消亡都伴随着实时状态信息。此状态信息由状态机来维持。状态机从uml流程图(即前文讨论的,通过事件、业务活动及网关组态以表示联动的有向图)生成的xml文件(支持jBPM4 xml文件),或数据库中读取状态转换信息,维护联动。状态机维护联动的工作流程见图4。

图4 联动引擎工作流程示意图

状态机表示着联动的实时状态。这是此设计方案的核心指标之一。联动设计好后,可保存成xml格式。xml的展开可通过通用的JBPM4 格式的xml来扩展SCADA业务特有的需求。

2 联动组态流程

2.1 传统联动

由于传统的联动功能在电力顺控的基础上进行扩展。所以,不管是控制方式,还是操作流程,传统业务界面都延续了电力顺控的模式,采用程控卡片方式。这种方式虽专业性强,但可移植性差,其应用模型也相对单一。但是面对联动日益复杂的需求,传统方式的不足和局限性越来越明显。联动组态作为联动的新方式即应运而生。

2.2 联动组态过程

某轨道交通系统早间开站联动场景见表4。联动场景为早间开站联动,由环境控制调度员发起;联动触发条件采用定时事件触发;联动类型为自动触发。

表4 某轨道交通系统早间开站联动步骤及内容

根据表4即可通过设计工具、应用事件、业务活动及网关组态出满足用户需求的联动方案。

2.3 联动组态具体方案

图5即为早间开站联动的组态方案。定时事件表示早间开站触发的方式,是事件输入。当满足设定时间时此联动触发。脚本任务模块联动是由环境控制调度员发起的,而开站时涉及的接触网送电等操作应由电力控制调度员完成。因此,电力控制调度员的操作一般都是在环境控制早间开站联动之前完成。脚本任务就是完成于电力控制调度员的交互,且确认送点操作已完成。并行区并联了CCTV (闭路电视)云台轮询、开站广播及开站PIS发布等功能,完成预设定的逻辑。最后,每个操作模块均串接1个结束事件以表示结束。只有当所有的结束事件都完成时此联动才结束。

图5 早间开站联动组态方案

3 结语

近年来,综合监控系统不断朝着集约化和结构复杂化的方向发展。于是,组织各子系统协同操作的联动功能越来越突出,其应用也越来越广泛。本

文介绍的联动组态方案不仅解决了地铁工程实施中联动定制的方式,还解决了不同工程的复用要求,而且,通过组态描述还能完成闭环及反馈等原先无法描述及实现的联动功能。目前,应用此方案的联动模块已经安全稳定地运行在南京地铁3号线上。此方案的实施,可大大提高综合监控系统在应对突发事件的能力,并有效提升轨道交通运营整体水平。

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Establishment of New ISCS Linkage Function Model Based on BPMN Language Standard

LI Bing, ZHANG Saiqiao

The traditional ISCS linkage method can not satisfy the demands of rail transit operation.A new linkage design method based on BPMN (business process modeling & note) 2.0 standard is proposed,which could achieve complex functions of linkage through the modeling of abstract components,such as business activities,gateway and trigger events,and carry out flexible configuration process by using the state machine.The application of this program could realized the reusability linkage modeling,greatly improve the automatic modeling degree,and solve scenarios of complex logic problems that the traditional linkage can not describe and apply,thus increase the reliability and safety of metro operation.

ISCS (integrated supervisory control system); linkage function; BPMN (business process modeling & note); state machine; gateway; trigger event

U 284.48

10.16037/j.1007-869x.2016.12.007

2015-11-04)