綜合監(jiān)控系統(tǒng)主備控制中心切換功能分析

孟娜娜，王志心，嚴(yán)海鑫

(國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司，江蘇 南京 211100)

0 引言

近年來(lái)，城市軌道交通行業(yè)發(fā)展迅猛，國(guó)內(nèi)外各大城市陸續(xù)建設(shè)城市地鐵。地鐵已是許多大中型城市不可缺少的交通工具。因此，地鐵對(duì)軌道的安全、高效提出了更高的要求[1]。城市軌道交通系統(tǒng)專業(yè)性強(qiáng)、技術(shù)設(shè)備復(fù)雜、客流量大、時(shí)效性強(qiáng)，提高安全管理有效性和事故救援的難度均較大，所以相比于事故發(fā)生后的及時(shí)處理，更重要的是預(yù)防事故的發(fā)生[2]。當(dāng)極端災(zāi)害發(fā)生時(shí)，綜合監(jiān)控系統(tǒng)控制中心有可能陷入癱瘓狀態(tài)，導(dǎo)致綜合監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)法正常完成監(jiān)視控制工作，進(jìn)而影響地鐵的正常運(yùn)行。為了避免這種災(zāi)害情況的發(fā)生，在綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，采用主控制中心系統(tǒng)和備用控制中心系統(tǒng)切換的方法。當(dāng)主控制中心正常時(shí)，由主控制中心負(fù)責(zé)監(jiān)視和控制工作，當(dāng)主控制中心故障時(shí)，由備控制中心接管，進(jìn)而讓整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控能力和可靠性得到進(jìn)一步提升，不僅能保證軌道交通的可靠性和安全性，還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患并發(fā)出預(yù)警[3]。

1 主備中心切換場(chǎng)景及需求

綜合監(jiān)控中包括主控制中心、備控制中心、車站系統(tǒng)，各部分之間通過(guò)環(huán)網(wǎng)相連，采用分層、分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[4]，網(wǎng)絡(luò)中任一單一節(jié)點(diǎn)故障都不影響其余節(jié)點(diǎn)的正常運(yùn)行[5]，如圖1所示。正常情況下，綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)入正常工作模式，也就是綜合監(jiān)控系統(tǒng)的日常監(jiān)控管理模式，控制中心監(jiān)管全線各車站、各專業(yè)系統(tǒng)，策劃站監(jiān)管著各車站的子系統(tǒng)[6]。

圖1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

綜合監(jiān)控系統(tǒng)的主備中心切換需要人工干預(yù)，系統(tǒng)本身不會(huì)自動(dòng)切換運(yùn)營(yíng)模式。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)聲音、報(bào)警、彈窗等方式提示用戶，用戶根據(jù)具體的情況進(jìn)行主備中心切換操作。用戶對(duì)運(yùn)營(yíng)模式進(jìn)行切換操作后，系統(tǒng)內(nèi)所有機(jī)器同時(shí)切換運(yùn)營(yíng)模式。

主備中心切換需要考慮的因素包括：綜合監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)營(yíng)模式、自身關(guān)鍵設(shè)備的工作狀態(tài)、其他節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)。

若當(dāng)前工作狀態(tài)為主控制中心運(yùn)行模式，當(dāng)主控制中心核心設(shè)備故障、通信中斷等情況發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)會(huì)提示調(diào)度員是否切換運(yùn)營(yíng)模式。若此時(shí)備控制中心工作正常，則運(yùn)用模式應(yīng)切換至備控制中心，且需要備中心調(diào)度員進(jìn)行確認(rèn)，由備控制中心接管綜合監(jiān)控系統(tǒng)的全部業(yè)務(wù)。若此時(shí)備控制中心工作異常，系統(tǒng)會(huì)提示調(diào)度員應(yīng)切換至車站運(yùn)營(yíng)模式[7]。

若當(dāng)前工作狀態(tài)為備控制中心運(yùn)行模式，當(dāng)主控制中心故障恢復(fù)時(shí)，主控制中心調(diào)度員向備中心提出切換請(qǐng)求，由備中心調(diào)度員確認(rèn)后將運(yùn)營(yíng)模式切換為主控制中心運(yùn)行模式。

在對(duì)運(yùn)營(yíng)模式切換申請(qǐng)、確認(rèn)和取消操作時(shí)，綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行記錄并保存，后續(xù)可通過(guò)日志查詢工具進(jìn)行查詢。

2 運(yùn)營(yíng)模式切換方案設(shè)計(jì)

2.1 運(yùn)營(yíng)模式無(wú)須切換的場(chǎng)景

2.1.1 主中心運(yùn)營(yíng)模式場(chǎng)景

(1)主中心主備服務(wù)器均斷電或故障。對(duì)于綜合監(jiān)控后臺(tái)服務(wù)來(lái)說(shuō)，主備中心的所有服務(wù)器角色對(duì)等，互為冗余且數(shù)據(jù)同步。若當(dāng)前為主中心運(yùn)營(yíng)模式，主中心服務(wù)器均由于斷電或故障導(dǎo)致后臺(tái)服務(wù)功能失效，此時(shí)綜合監(jiān)控后臺(tái)服務(wù)應(yīng)由備中心接管，主中心工作站遠(yuǎn)程連接備中心服務(wù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)視和控制功能[8]。

(2)備中心主備核心交換機(jī)均斷電或故障。在這種情況下，主中心不受影響，所有的綜合監(jiān)控后臺(tái)服務(wù)均由主中心承擔(dān)，此時(shí)運(yùn)營(yíng)模式不需要切換。

(3)備中心故障恢復(fù)。備中心故障恢復(fù)后，不影響主中心的后臺(tái)服務(wù)功能，此時(shí)不需要改變運(yùn)營(yíng)模式，只需要進(jìn)行主備中心數(shù)據(jù)的同步。

2.1.2 若干車站從主干環(huán)網(wǎng)脫離

當(dāng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)主干環(huán)網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致部分車站從主干環(huán)網(wǎng)脫離，車站自動(dòng)變?yōu)檐囌颈镜乇O(jiān)控狀態(tài)，此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)模式不需要切換。當(dāng)主干環(huán)網(wǎng)故障恢復(fù)后，車站應(yīng)與整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)模式保持一致。

2.2 運(yùn)營(yíng)模式切換機(jī)制

綜合監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)機(jī)器節(jié)點(diǎn)(服務(wù)器、工作站、交換機(jī))的狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)、業(yè)務(wù)運(yùn)行狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)視，并在發(fā)生異常情況時(shí)，通過(guò)彈窗、聲音、閃爍等方式及時(shí)提醒調(diào)度員進(jìn)行處理。

2.2.1 切換原則

本方案采用的運(yùn)營(yíng)模式切換機(jī)制遵循兩個(gè)原則：全局一致原則和分散自律原則。

(1)全局一致原則。綜合監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)模式是針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)定義的，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)只有一種運(yùn)營(yíng)模式，所有節(jié)點(diǎn)(主控制中心、備控制中心、車站)的運(yùn)營(yíng)模式應(yīng)保持一致。主、備控制中心可以申請(qǐng)切換運(yùn)營(yíng)模式，但需要當(dāng)前運(yùn)營(yíng)模式下的控制權(quán)限管理角色(如調(diào)度員)或本站值班長(zhǎng)進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)后整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)模式同時(shí)改變。例如：主控制中心可主動(dòng)申請(qǐng)由主運(yùn)營(yíng)模式切換為備運(yùn)營(yíng)模式，待備用控制中心調(diào)度員確認(rèn)后，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)模式都切換為備運(yùn)營(yíng)模式。

(2)分散自律原則。該原則是針對(duì)車站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)制定的。系統(tǒng)處于主(備)運(yùn)營(yíng)模式時(shí)，車站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)與中央級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)共同完成車站運(yùn)營(yíng)管理，該狀態(tài)為正常狀態(tài)。當(dāng)任何異常情況導(dǎo)致主(備)運(yùn)營(yíng)模式功能失效時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)引導(dǎo)車站進(jìn)入車站本地監(jiān)控狀態(tài)。該過(guò)程中，車站ISCS會(huì)自動(dòng)收回本站所有控制權(quán)限，但不改變整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)模式。待主(備)運(yùn)營(yíng)模式功能恢復(fù)時(shí)，相關(guān)車站退出本地監(jiān)控狀態(tài)，恢復(fù)正常狀態(tài)，并由主(備)控制中心調(diào)度員協(xié)調(diào)相關(guān)車站移交控制權(quán)限。

2.2.2 處理過(guò)程

整個(gè)系統(tǒng)中主控制中心、備用控制中心、車站都可以獲得整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)營(yíng)模式，并獲得其他節(jié)點(diǎn)的通信狀態(tài)、硬件工作狀態(tài)等。

切換機(jī)制依賴的輸入條件包括：整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)營(yíng)模式；其他節(jié)點(diǎn)(主、備控制中心、各車站)的工作狀態(tài)；自身關(guān)鍵設(shè)備(主要是主備核心交換機(jī)、調(diào)度大廳主備交換機(jī)、調(diào)度員工作站，不包括實(shí)時(shí)服務(wù)器)的工作狀態(tài)。

(1)主控制中心。當(dāng)前為主運(yùn)營(yíng)模式時(shí)，若滿足以下任一條件，主控制中心將提示調(diào)度員當(dāng)前系統(tǒng)主運(yùn)營(yíng)模式功能已失效，并確認(rèn)是否切換運(yùn)營(yíng)模式：

①自身與車站(或大多數(shù)車站，數(shù)目可配置)網(wǎng)絡(luò)通信中斷；②自身主備核心交換機(jī)同時(shí)故障；③自身工作站故障數(shù)目大于N(N可配置)。

當(dāng)前，為非主運(yùn)營(yíng)模式時(shí)，若滿足以下全部條件，系統(tǒng)將提示調(diào)度員可升級(jí)至主運(yùn)營(yíng)模式，調(diào)度員確認(rèn)后，主控制中心將系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)模式修改為主運(yùn)營(yíng)模式，并將同步至其他節(jié)點(diǎn)。

①自身與車站(或大多數(shù)車站，數(shù)目可配置)網(wǎng)絡(luò)通信正常；②自身任一主備核心交換機(jī)正常；③自身工作站可用數(shù)目大于N(N可配置)。

(2)備用控制中心。當(dāng)前為主運(yùn)營(yíng)模式時(shí)，若滿足以下全部條件，系統(tǒng)將提示調(diào)度員切換至備運(yùn)營(yíng)模式，調(diào)度員確認(rèn)后，備控制中心將系統(tǒng)切換為備運(yùn)營(yíng)模式，并同步至其他節(jié)點(diǎn)。

①無(wú)法檢測(cè)到主控制中心服務(wù)器及工作站狀態(tài)；②自身與車站(或大多數(shù)車站，數(shù)目可配置)網(wǎng)絡(luò)通信正常；③自身任一主備核心交換機(jī)正常；④自身工作站可用數(shù)目大于N(N可配置)。

當(dāng)前為備運(yùn)營(yíng)模式時(shí)，若滿足以下任一條件，備控制中心將提示調(diào)度員當(dāng)前系統(tǒng)備運(yùn)營(yíng)模式功能已失效，并確認(rèn)是否切換運(yùn)營(yíng)模式。

①與車站(或大多數(shù)車站，數(shù)目可配置)網(wǎng)絡(luò)通信中斷；②自身主備核心交換機(jī)同時(shí)故障；③自身工作站故障數(shù)目大于N(N可配置)。

當(dāng)前為車站運(yùn)營(yíng)模式時(shí)，若滿足以下全部條件，系統(tǒng)將提示調(diào)度員可升級(jí)至備運(yùn)營(yíng)模式，調(diào)度員確認(rèn)后，備用控制中心將運(yùn)營(yíng)模式修改為備運(yùn)營(yíng)模式，并同步至其他節(jié)點(diǎn)。

①與車站(或大多數(shù)車站，數(shù)目可配置)網(wǎng)絡(luò)通信正常；②自身任一主備核心交換機(jī)正常；③自身工作站可用數(shù)目大于N(N可配置)。

(3)車站級(jí)。①當(dāng)前為主運(yùn)營(yíng)模式：當(dāng)無(wú)法檢測(cè)到與主控制中心服務(wù)器及工作站狀態(tài)時(shí)，車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)將依據(jù)分散自律原則，自動(dòng)進(jìn)入車站本地監(jiān)控狀態(tài)，收回本站所有控制權(quán)限，但不改變整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)模式。②當(dāng)前為備運(yùn)營(yíng)模式：當(dāng)無(wú)法檢測(cè)到與備用控制中心服務(wù)器及工作站狀態(tài)時(shí)，車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)將依據(jù)分散自律原則，自動(dòng)進(jìn)入車站本地監(jiān)控狀態(tài)，收回本站所有控制權(quán)限，但不改變整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)模式。

當(dāng)前為車站運(yùn)營(yíng)模式：不做改變。

2.3 控制權(quán)限說(shuō)明

綜合監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)度員具有監(jiān)視權(quán)限和控制權(quán)限，監(jiān)視和控制的對(duì)象包括中央級(jí)監(jiān)控對(duì)象和車站級(jí)監(jiān)控對(duì)象[9]。其中，中央級(jí)監(jiān)控對(duì)象包括PSCADA、ATS等專業(yè)，這些專業(yè)在控制中心接入，車站級(jí)監(jiān)控對(duì)象包括車站BAS、車站FAS、車站ACS等專業(yè)，這些專業(yè)在車站接入。在運(yùn)營(yíng)模式不同的情況下，需要依賴權(quán)限移交功能來(lái)確定設(shè)備的監(jiān)視和控制權(quán)限如何分配[10]。

2.3.1 主中心運(yùn)營(yíng)模式

在主中心運(yùn)營(yíng)模式下，主中心調(diào)度員具有中央級(jí)和車站級(jí)對(duì)象的監(jiān)視和控制權(quán)限，備中心調(diào)度員具有中央級(jí)和車站級(jí)對(duì)象的監(jiān)視權(quán)限，但沒(méi)有控制權(quán)限，車站調(diào)度員具有車站級(jí)對(duì)象的監(jiān)視和控制權(quán)限，但沒(méi)有中心級(jí)對(duì)象的監(jiān)視和控制權(quán)限。主控制中心、車站不能同時(shí)具有車站級(jí)監(jiān)控對(duì)象的控制權(quán)限[11]。

2.3.2 備中心運(yùn)營(yíng)模式

在備中心運(yùn)營(yíng)模式下，備中心調(diào)度員具有中央級(jí)和車站級(jí)對(duì)象的監(jiān)視和控制權(quán)限，主中心調(diào)度員具有中央級(jí)和車站級(jí)對(duì)象的監(jiān)視權(quán)限，但沒(méi)有控制權(quán)限，車站調(diào)度員具有車站級(jí)對(duì)象的監(jiān)視和控制權(quán)限，但沒(méi)有中心級(jí)對(duì)象的監(jiān)視和控制權(quán)限[12]。備控制中心、車站不能同時(shí)具有車站級(jí)監(jiān)控對(duì)象的控制權(quán)限。

2.3.3 車站運(yùn)營(yíng)模式

在車站運(yùn)營(yíng)模式下，主中心和備中心調(diào)度員只具有對(duì)中央級(jí)對(duì)象的監(jiān)視權(quán)限，但沒(méi)有控制權(quán)限，對(duì)車站級(jí)對(duì)象既沒(méi)有監(jiān)視權(quán)限也沒(méi)有控制權(quán)限，車站調(diào)度員具有車站級(jí)對(duì)象的監(jiān)視和控制權(quán)限，但沒(méi)有中心級(jí)對(duì)象的監(jiān)視和控制權(quán)限。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著綜合監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，系統(tǒng)越來(lái)越龐大，功能也越來(lái)越強(qiáng)大，深度集成基本上是全集成BAS、FAS、PSCADA系統(tǒng)，互聯(lián)AFC、PSD、CCTV、PIS等[13]。因此，城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)是地鐵安全運(yùn)營(yíng)的重要保障。若綜合監(jiān)控的安全性、可靠性無(wú)法保證，則有可能出現(xiàn)地鐵運(yùn)營(yíng)癱瘓、乘客生命財(cái)產(chǎn)安全受到威脅等重大問(wèn)題[14]?，F(xiàn)代的無(wú)人駕駛軌道交通對(duì)綜合監(jiān)控系統(tǒng)提出了更高的要求，主備中心的冗余機(jī)制能夠更好地保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，從而更好地實(shí)現(xiàn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)視和控制功能，滿足不斷快速調(diào)優(yōu)需求，提升可控和在控、安全靠運(yùn)行、容災(zāi)和恢復(fù)的能力[15]。