行业要闻

 

摘要：提出一种基于国际交通行业 ＥＮ５０１２８标准的地铁屏蔽门 ＰＳＣ（ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｓｃｒｅｅｎ　ｄｏｏｒ　ｃｅｎｔｒａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ ｐａｎｅｌ）综合自动化系统的设计方案，通过引入组态技术、实时数据库技术和仿真技术来解决目前监控系统无法自适应地铁行业的定制化需求的问题．针对地铁屏蔽门监控系统希望根据站点的改变灵活地对参数进行配置以及满足状态信息采集实时性的需求，提出了基于分布式、模块化设计的软件系统实施方案和详细设计以及硬件系统网络架构的改进方案．实际应用结果说明该系统的设计方案能够满足地铁行业的应用需求．

关键词：屏蔽门；监控组态；分布式；实时数据库

 

      随着地铁的飞速发展和信息化技术的推进，屏蔽门作为乘客候车时的屏障，为每一个乘客的安全保驾护航，它是地铁系统设备生产企业、地铁管理运营商都亟待解决的问题^［１］；但是，即使安装屏蔽门，也可能会有事故发生，所以开展屏蔽门系统安全至关控制技术的研究非常必要^［２］．２００２年，北京地铁公司在国内首次使用屏蔽门产品及其安全监控系统，但当时的相关技术全部依靠国外．目前，国外的同类型产品也只是做到对采集到的信号按时序显示，没有进行加工处理，以形成故障诊断专家系统．^［３］近年来，国内屏蔽门制造企业致力于对地铁屏蔽门硬件产品的研制以及安全至关控制系统的研发，形成了系列化的技术产品，在一定程度上打破了国外企业在这个行业的长期垄断．^［４］然而，针对屏蔽门安全至关控制系统中的复杂状态下实时数据采集、智能化故障报警和推理决策^［５］的研究还不成熟，与此相关的技术探讨也比较少．为此，本研究根据某生产企业针对地铁屏蔽门的行业性需求，在软件架构方案和故障智能推理算法^［６］上进行了优化改进，使得系统的维护更加灵活并且有助于进一步推广，该系统严格按照国际交通行业ＥＮ５０１２８的标准，凭借其强大的功能可以在交通行业广泛推广和应用．

 

      图１所示为ＰＳＣ综合自动化系统网络架构图．与传统监控系统的网络架构相比，该系统增加了１台以太网交换机，使得工控机Ｓｍａｒｔ　ＰＣ和客户端的通信网络与Ｓｍａｒｔ　ＰＣ通过 ＢＡＳ综合监控系统接口和其他应用系统的通信网络彼此分开，互不干扰；系统中同时增加了备用可编程逻辑控制器ＰＬＣ，以保障系统的运行安全．

      整个系统分为前端硬件和后台软件两部分，系统采用冷热ＰＬＣ通过现场总线与前端上行和下行６０台门机进行通信，同时根据 Ｍｏｄｂｕｓ　ＴＣＰ／ＩＰ工业控制协议与服务器端运行软件进行通信．冷热ＰＬＣ控制器中１台为主ＰＬＣ，１台为从ＰＬＣ，主、从 ＰＬＣ可以互换，且同步工作．一旦主 ＰＬＣ发生故障，从ＰＬＣ立即作为备用，以确保整个系统的稳定安全．同时，系统中的软件架构方案也作了相应改进，将集中式的服务器端数据采集和监控系统转换成基于分布式和模块化设计的服务器端ＳＣＡＤＡ软件和客户端 ＧＵＩ软件．服务器端软件ＳＣＡＤＡ 运行于工控机 Ｓｍａｒｔ　ＰＣ 上，服务器端 ＳＣＡＤＡ 根据自定义协议将实时 ＰＬＣ信息向站内局域网点进行推送，以方便客户端 ＧＵＩ进行实时管理、监控站台门，从而提高故障信号传递的速度．客户端 ＧＵＩ运行在ＰＴＵ（ｐｏｒｔａｂｌｅ　ｔｅｓｔ　ｕｎｉｔ）诊断维护终端ＰＣ上，客户端 ＧＵＩ与服务器端ＳＣＡＤＡ 的分离使得数据的显示和采集分离，这样可以避免功能耦合，降低程序内部的复杂性，并可进行程序的再组装，其中ＳＣＡＤＡ 只负责数据的搜集、处理和分发，不与复杂的界面逻辑进行耦合．由于系统采用模块化的设计思想，各模块分别独立，相互隔离，某一部分升级换代时，其他部分无须改动，因此整个软件系统不受影响，稳定性和可维护性大大提升．

 

      结合地铁屏蔽门实际的网络架构和应用需求，整个应用主要分为４层，其中采集和前端为硬件层，ＰＳＣ综合自动化系统中的软件部分由支撑和业务应用两层构成．图２所示为系统软件体系架构图，其中支撑层ＳＣＡＤＡ是本软件的核心，引入了组态技术针对不同站点前端硬件进行灵活的参数批量配置．ＳＣＡＤＡ只负责数据的搜集、处理和分发以及对前端对象的在线和离线组态，不与复杂的界面进行逻辑耦合．它对硬件层提供的原始数据按照 Ｍｏｄｂｕｓ　ＴＣＰ／ＩＰ协议进行解析和处理后写入实时数据库中，然后以定期和触发的方式将实时数据库中的数据转入历史数据库，以提供对历史事件、历史数据的分析和报表输出．软件系统通过引入实时数据库，使数据的唯一性、实时性和安全性得到保障．由于ＳＣＡＤＡ与前端硬件设备和站内客户端采用不同的通信协议进行通讯，所以ＳＣＡＤＡ 必须实现对当前传输报文的监测、网络自诊断、断线检测和自动重连功能.

      业务应用层 ＰＳＣ 端不具备数据库，它与ＳＣＡＤＡ核心模块采用自定义协议进行通信来保持两端数据库的一致性，通过可视化的仿真技术和组态技术对前端硬件对象进行状态实时监视和运行曲线设置．同时，可对ＳＣＡＤＡ核心模块传输的报警信号进行多种方式的等级处理和报警通知，并对ＳＣＡＤＡ 核心模块传输的历史数据进行报表分析，其中报表分析的数据格式也是采用多样化、可定制的方式进行输出，更加贴近实际的应用需求．

      系统软件体系架构如图２所示，由于系统架构中结构较庞大，故主要将支撑层和业务应用层进一步分解．

      图３所示为ＳＣＡＤＡ模块，由实时数据库、历史数据库、参数配置、数据分发 Ｍｏｄｕｓ／ＴＣＰ模块以及 ＴＣＰ／ＴＰ通信模块等独立模块构成．ＳＣＡＤＡ 核心模块主要负责 ＢＡＳ接口通讯和收集 ＰＬＣ 数据；ＳＣＡＤＡ 通过Ｍｏｄｂｕｓ／ＴＣＰ子 模 块 与 前 端 ＰＬＣ 通 讯，该 子 模 块 根 据Ｍｏｄｂｕｓ　ＴＣＰ／ＩＰ工业控制协议定时读取数据送往ＳＣＡＤＡ核心模块．同时，按照用户的需求解析报文，并将解析数据格式化后存放到实时数据库中，由于ＩＯ（ｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔ）操作满足不了实时性的要求，故ＳＣＡＤＡ核心模块将实时数据库引入，从前端收集到的数据先进入实时数据库（在内存中）；系统定时将实时库中的数据写入历史数据库（物理库），实时数据库中的记录等到下次收到数据时清空；由于所有的记录都在历史数据库中，所以浏览当前的屏蔽门情况、查询历史屏蔽门情况和报表查询故障信息均使用历史数据库．通过采用基于ＩＰ（ｉｎ－ｔｅｒｎｅｔ　ｐｒｏｔｏｃａｌ）技术的一种新的主动服务模式，ＳＣＡＤＡ核心模块能够通过图形化操作界面快速地对前端对象主要参数进行设置或者固件升级等操作，如故障清除、延时加载、延时设置、存储区加载、固定曲线设置、自定义曲线设置、双环限幅设置、调试变频器时速度环ＰＩ参数设置、调试参数设置、防挤压参数设置、开关门时间设置、ＤＣＵ（ｄｏｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｕｎｉｔ）时钟设置和ＤＣＵ 固件刷新等．ＳＣＡＤＡ 模块与客户端通过 ＴＣＰ／ＩＰ模块进行通讯，并通知客户端报警模块报警．

      图４所示为 ＧＵＩ客户端模块，负责对前端各个设备进行组态，如对门组态，对就地控制盒 ＰＳＬ面板、综合后备盘ＩＢＰ（ｉｎｔｅｒｇｒａｔｅｄ　ｂａｃｋｕｐ　ｐａｎｅｌ）面板、远程报警面板、信号系统接口ＳＩＧ（ｓｉｇｎａｌ）面板及电源等面板进行组态．ＧＵＩ可视化监控子模块的画面上所有设备可以根据不同条件以不同的方式显示．系统提供一个站台门系统元件库，其中包括常用的站台屏蔽门硬件装置系统的图形元件，在图形元件中对各设备的数据进行定义，先建立库，再绘图，图与数据库建立对应关系．服务器端可视化显示的仿真界面采用元件库中的元件以搭积木的方式生成站台门轨道连线图．可视化监视画面中能够通过前端硬件装置传输的信号与站台门轨道仿真图形元件进行映射，以决定仿真界面中各设备图形元件的显示方式，能够实时逼真地以不同颜色和图形来显示仿真界面上各元件的工作状态，如绿色显示正常，红色显示不正常，黄色显示异常．同时，ＧＵＩ客户端模块提供历史事件的查询和处理，历史数据的查询、处理以及运行报表的显示和打印．ＧＵＩ采用多样化的报警方式让用户快速地对不同等级的报警事件从视觉和听觉上进行警觉．特别是将专家系统^［７］引入客户端模块来实现对故障报警处理模型的设计和建立，使得ＧＵＩ能够分层分类地显示报警信息，对实时发生的单个报警信息进行推理判断、提供原因及处理方案，而且能够对短时间内连续发生、有内在关联的一组事件信息进行综合推理判断，给出原因及处理方案．另外，引入覆盖集理论^{［８－９］}对海量故障信号化简处理，加速对故障判断的速度^［１０］．ＧＵＩ中设备管理采用树形结构分类显示，界面直观，操作简单，提供了完善的参数配置、速度曲线设置等操作；底层的系统管理如日志管理、用户管理用来确保系统的权限分级和操作安全．日志管理分为操作日志和故障日志．故障日志是指软件记录站台门系统运行过程中产生的故障信息，其中包括故障设备号、发生时间、故障类型、是否得到处理等信息，提高了用户事后事故分析能力和故障恢复速度．操作日志是指对进入软件中的所有操作进行跟踪记录，从而确保所有经授权或未经授权的接触和修改活动都留有痕迹，以提高计算机系统的安全性．其他子模块也具有各自的功能特征，以确保整个模块的稳定运行，这里不再一一赘述．