綜合監(jiān)控系統(tǒng)雪崩功能設(shè)置必要性分析

鄒 艷

(蘇州軌道交通有限公司運營分公司 江蘇 蘇州 215101)

1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)架理念

綜合監(jiān)控系統(tǒng)是通過現(xiàn)代控制系統(tǒng)集成技術(shù)構(gòu)建起來的大型自動化系統(tǒng)，它采用開放的形式，無縫地將城市軌道交通各個自動化專業(yè)的子系統(tǒng)接入。綜合監(jiān)控系統(tǒng)對子系統(tǒng)的無縫接入在實踐中產(chǎn)生了兩類方式，一類是對子系統(tǒng)集成，另一類是對子系統(tǒng)互聯(lián)。

1.1 子系統(tǒng)集成與互聯(lián)的概念

所謂對子系統(tǒng)集成，是指開放系統(tǒng)將被集成子系統(tǒng)完全融入其中，使之成為綜合監(jiān)控系統(tǒng)的一部分。被集成子系統(tǒng)的全部功能都由綜合監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)，除了管理意義外，被集成子系統(tǒng)構(gòu)成了綜合監(jiān)控系統(tǒng)的主體。所謂對子系統(tǒng)互聯(lián)，是指被互聯(lián)子系統(tǒng)作為一個獨立運行的系統(tǒng)，具有自身的完整結(jié)構(gòu)，綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過外部接口與子系統(tǒng)進行必要的信息交互，以支持信息共享平臺的構(gòu)建?；ヂ?lián)子系統(tǒng)獨立運行，實現(xiàn)自己的功能，也向綜合監(jiān)控系統(tǒng)提供交互數(shù)據(jù)，支持綜合監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)功能的實現(xiàn)。

1.2 綜合監(jiān)控系統(tǒng)的主要構(gòu)架形式

就目前的發(fā)展來看，城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)架形式主要分為兩類:一類是以環(huán)調(diào)、電調(diào)為構(gòu)建核心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，它以機電設(shè)備監(jiān)控為主體，是軌道交通線路的數(shù)字信息共享平臺，主要集成了電力監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)和機電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(BAS);另一類是以行車調(diào)度指揮為核心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，其標志是集成了軌道交通運營的主專業(yè)系統(tǒng)——列車自動監(jiān)控系統(tǒng)(ATS)。下面對這兩種構(gòu)架形式進行比較，如表1所示。

表1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)的主要構(gòu)架形式比較

1.3 蘇州軌道交通1號線綜合監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架

根據(jù)以上的分析對比，不難解釋蘇州1號線綜合監(jiān)控系統(tǒng)為何采用以環(huán)調(diào)和電調(diào)(PSCADA、BAS)為核心的設(shè)計方案。該方案將PSCADA和BAS子系統(tǒng)在車站級納入綜合監(jiān)控系統(tǒng)，其中央級、車站級功能由綜合監(jiān)控系統(tǒng)完成，對CCTV(閉路電視系統(tǒng))、PA(廣播系統(tǒng))、PIS(乘客信息顯示系統(tǒng))、PSD(屏蔽門系統(tǒng))、FG(防淹門系統(tǒng))、FAS(火災(zāi)自動報警系統(tǒng))、AFC(自動售檢票系統(tǒng))、ACS(門禁系統(tǒng))、ATS(信號系統(tǒng))、CLK(時鐘系統(tǒng))10 個子系統(tǒng)進行互聯(lián)。雖然該方案集成度不如以行車調(diào)度指揮為核心的方案高，但在目前的技術(shù)條件和人員條件下，對于剛建設(shè)第一條線的蘇州來說應(yīng)該是比較合適的選擇。

2 設(shè)置雪崩功能的必要性

2.1 雪崩功能的設(shè)置

在城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，一般集成、互聯(lián)的子系統(tǒng)達到10個以上，系統(tǒng)需要接收和處理的數(shù)據(jù)量很大，所以軟件設(shè)計時會考慮在處理大量狀態(tài)信息變化時采用雪崩處理，以防止任何數(shù)據(jù)的丟失。蘇州軌道交通1號線的綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成和互聯(lián)了12個子系統(tǒng)，需要處理的數(shù)據(jù)量達到了30萬點，因此在搭建整個系統(tǒng)框架時也考慮設(shè)置了雪崩功能模塊。

2.2 雪崩功能的驗證

1號線綜合監(jiān)控系統(tǒng)建成后，為了驗證雪崩功能的實際作用和效果，組織了一次真實的故障試驗。

2.2.1 觸發(fā)條件

經(jīng)過前期設(shè)計測算和國內(nèi)同行的經(jīng)驗，最有可能引發(fā)大量狀態(tài)信息變化、造成大量數(shù)據(jù)上傳的極端情況一般出現(xiàn)在主變電所解列退出時，所以把雪崩功能驗證的觸發(fā)條件定義為一座主變電所故障斷電并整所退出。

2.2.2 評判依據(jù)

按照上述觸發(fā)條件，為驗證雪崩功能的效果，主要考察控制中心(OCC)綜合監(jiān)控實時服務(wù)器在主所斷電時的運行性能和OCC綜合監(jiān)控工作站在主所斷電時的監(jiān)控能力。

2.2.3 評判標準

按照上述評判依據(jù)，在主所退出時，信號、通信、SCADA、AFC、BAS、FAS等系統(tǒng)由于失電而在同一時間內(nèi)向ISCS傳遞，由于掉電或轉(zhuǎn)為不間斷電源系統(tǒng)(UPS)供電的接口數(shù)據(jù)信息，此時OCC綜合監(jiān)控實時服務(wù)器應(yīng)該保持正常的數(shù)據(jù)處理能力，兩臺冗余服務(wù)器數(shù)據(jù)處理的主從狀態(tài)不應(yīng)產(chǎn)生變化;在服務(wù)器運行正常的情況下，工作站可以保持正常的監(jiān)控功能，各系統(tǒng)事件、報警、圖頁均保持實時更新，人機界面可以正常監(jiān)控，無刷新緩慢、卡阻等現(xiàn)象。

3 雪崩功能的驗證結(jié)果

3.1 服務(wù)器主從狀態(tài)檢測與分析

OCC兩臺實時服務(wù)器互為冗余，在同一時間由一臺服務(wù)器負責(zé)關(guān)鍵進程的數(shù)據(jù)處理，在聯(lián)調(diào)過程中選取前置處理器(FEP)和SCADA兩個關(guān)鍵進程作為服務(wù)器的狀態(tài)檢測對象，判斷主從狀態(tài)。如圖1所示，通過檢測FEP和SCADA兩個關(guān)鍵進程，停送電前后均運行在服務(wù)器1(綠色顯示)上，可以判斷服務(wù)器的主從工作狀態(tài)未發(fā)生切換。

圖1 服務(wù)器進程狀態(tài)

3.2 實時服務(wù)器CPU使用率分析

OCC由實時服務(wù)器1和2負責(zé)數(shù)據(jù)的處理，與FEP和工作站進行通信。因此，從停電前到停電后分為5個時間節(jié)點進行檢測，實測中央處理器(CPU)使用率如表2所示。

表2 OCC實時服務(wù)器CPU使用率記錄 %

按照表2記錄的數(shù)據(jù)，可繪制出服務(wù)器1和2的CPU使用率趨勢(見圖2)，同時進行分析。

圖2 服務(wù)器CPU使用率趨勢

1)服務(wù)器1和2的CPU使用率在整個停送電過程中均小于2%，負載較低。雖然此時車站及正線處于夜間停運狀態(tài)，但即使是在運營狀態(tài)，以加多2倍的數(shù)據(jù)處理推算，服務(wù)器CPU使用率約為5%，服務(wù)器依然可以正常運轉(zhuǎn)。

2)服務(wù)器1比服務(wù)器2的CPU使用率高0.3% ～0.7%，因為服務(wù)器1一直處于主服務(wù)器狀態(tài)，處理關(guān)鍵進程多，負載相對較高。

3)在停電瞬間，服務(wù)器使用率相對提高了0.1% ～0.5%，主要是停送電時的設(shè)備狀態(tài)變位相對較多、上傳數(shù)據(jù)量增加的緣故，但增加的使用率幅度較小，不會影響服務(wù)器程序的運行。

從以上圖表及分析可以得出，OCC實時服務(wù)器1(主)和服務(wù)器2(從)在主所斷電退出時，CPU使用率比較穩(wěn)定，受影響不大。

3.3 實時服務(wù)器內(nèi)存占用檢測與分析

與CPU使用率相同，對于服務(wù)器內(nèi)存占用情況，主要將停電前到停電后分為5個時間節(jié)點進行檢測，實測內(nèi)存占用情況如表3所示。

表3 OCC實時服務(wù)器內(nèi)存占用記錄 GB

按照表3數(shù)據(jù)，可繪制出主從服務(wù)器內(nèi)存占用柱狀對比圖(見圖3)，同時進行分析。

圖3 主從服務(wù)器內(nèi)存占用對比

1)主從服務(wù)器的內(nèi)存占用比較平均，在整個停送電過程中，服務(wù)器1和2的內(nèi)存占用相差不大。

2)在停送電瞬間，服務(wù)器1和2的內(nèi)存占用比較穩(wěn)定，波動的范圍不大于0.2 GB，相對于服務(wù)器16 GB的內(nèi)存來講，影響基本可以忽略。

從以上圖表及分析可以得出，OCC實時服務(wù)器1(主)和服務(wù)器2(從)在主所斷電退出時，內(nèi)存占用比較穩(wěn)定。

綜合以上主從狀態(tài)、CPU使用率、內(nèi)存占用3個方面的分析，在主所停電退出導(dǎo)致各系統(tǒng)接口產(chǎn)生變位數(shù)據(jù)時，綜合監(jiān)控服務(wù)器能保持在正常的工作狀態(tài)。

3.4 OCC工作站監(jiān)控能力評定

對于工作站監(jiān)控能力，主要從事件報警刷新、界面操作速度進行檢測分析，按照提前設(shè)計的記錄表格進行記錄和檢測，匯總整理后發(fā)現(xiàn):在聯(lián)調(diào)過程中，各接口專業(yè)在停送電期間均能正常監(jiān)控，事件報警能正常上傳;在停送電時，在OCC電調(diào)、環(huán)調(diào)工作站進行頁面切換及點擊圖面時，操作速度正常，無緩慢、卡阻等現(xiàn)象。綜合以上分析得出，在主所退出時，各系統(tǒng)事件、報警、圖頁均能正常更新，無刷新緩慢、卡阻現(xiàn)象，工作站可以保持正常的監(jiān)控功能。

3.5 雪崩測試的結(jié)論

通過這次對綜合監(jiān)控系統(tǒng)雪崩功能驗證的數(shù)據(jù)分析，得出結(jié)論:在一個主所故障退出時，各接口系統(tǒng)均能正常上傳數(shù)據(jù)，綜合監(jiān)控系統(tǒng)OCC工作站及服務(wù)器都能保持正常工作。

4 結(jié)語

蘇州軌道交通1號線綜合監(jiān)控采用了以環(huán)調(diào)、電調(diào)為核心的構(gòu)架方案，集成和互聯(lián)了12個子系統(tǒng)，接入數(shù)據(jù)量達到30萬點。在此前提下，測試了比較極端的故障情況，即一座主變電所整體解列退出運行，斷電范圍達到了12個站及區(qū)間(全線共24個站點)。測試結(jié)果表明，并沒有發(fā)生數(shù)據(jù)量激增而導(dǎo)致系統(tǒng)處理速度變慢甚至死機的現(xiàn)象，相反中央服務(wù)器的CPU使用率和內(nèi)存占用率都非常富余，整個系統(tǒng)的處理能力在測試過程中沒有受到任何影響。因此，可以得出以下結(jié)論:基于蘇州1號線綜合監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)架方式，只要系統(tǒng)的硬件配置參數(shù)和冗余度不低于目前國內(nèi)主流設(shè)計標準，雪崩功能設(shè)置就可以考慮取消。

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