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3.4 綜合監控系統的應用軟件

    地鐵綜合監控系統技術核心在于它的應用。當軟件平臺的核心軟件構建成功之后，問題的關鍵是在于應用模塊的成功。

3.4.1 應用軟件要求

    綜合監控系統應用軟件一般有以下的原則要求：

    （1）綜合監控系統應用軟件應能提供一個開放的、基于嵌入式實時操作系統的數據接口，提供數據采集和協議轉換能力。

    （2）綜合監控系統應用軟件應能在一個大容量的分布式實時數據庫的支持下，具有良好的擴展性和適應性，滿足數據規模的持續擴充以及應用軟件本身的修訂。

    （3）應用軟件應可在數據庫中靈活定義聯動的觸發條件、執行動作、執行結果反饋日志等，應高效、可靠地支持緊急狀態下多專業間的安全聯動，還應支持部署在不同計算機上的設備間的遠程聯動。

    （4）綜合監控系統應用軟件應提供友好的人機界面軟件，用于圖形畫面的生成和編輯修改，處理人機交互。人機界面設計應符合人體工學，界面友好，操作便捷。圖形畫面應為矢量圖形，支持動態無級縮放。圖形畫面應可分層設計，支持多圖層，應可靈活配置菜單式的畫面漸進體系和畫面布局分配。

    （5）綜合監控系統應用軟件在一個大容量的歷史數據庫支持下，可存儲系統長期的歷史數據；能基于數據類型、車站、專業、工藝系統、設備類型等關鍵字檢索歷史數據。

    （6）綜合監控系統應用軟件應提供一個完善的報警監視和事件日志管理軟件，集中管理系統所有的報警和事件日志信息，提供完善的事件分類、報警級別、報警行為定義功能，應能基于時間、事件類別、車站、專業、工藝系統、設備類型等關鍵字檢索報警和事件日志信息，提供基于單站、全線、中心和車站各自獨立進行等多種報警確認和報警抑制操作。

    （7）綜合監控系統應用軟件應提供完善的權限定義和授權管理軟件，應具備用戶標識與鑒別、存取控制、視圖機制、審計、數據加密等安全控制機制，防止不合法的使用造成的數據泄露、更改或破壞，確保數據的安全性。與其它系統接口時，應提供“防火墻”功能，采用各種措施過濾/路由數據和防止非法訪問。

    （8）綜合監控系統應用軟件應提供功能強大的報表軟件，提供圖形化的格式和數據定義工具，可方便地定義和生成各種報表，能實現數據的統計分析和匯總。

    （9）綜合監控系統應用軟件應提供一個完善的打印管理軟件，支持將所有的顯示屏幕和窗口畫面的打印，還應支持報警、日志等記錄信息的文本打印。

    （10）綜合監控系統應用軟件應提供一個集成開發環境，對整個綜合監控系統應用進行統一的設計和開發。集成開發環境應通過模板、向導等方式提供友好的應用開發環境，支持多人協同開發，應能保證配置數據的完整性與一致性。

    （11）綜合監控系統應用軟件應提供方便的監視、管理和維護工具，支持遠程部署和管理，支持在線更新。

    （12）綜合監控系統應用軟件應提供詳盡的各種使用手冊和幫助信息，應能根據系統當前的工作狀況提供上下文幫助，引導用戶快速檢索各類有用信息。

3.4.2 應用軟件模塊

    綜合監控系統為支持地鐵運營高效與安全而設立，因此，它要實現被集成子系統的全部功能，即它的應用模件必須包含實現這些功能的基本應用軟件模塊和高級應用軟件包。綜合監控系統的應用軟件包括了：配置軟件包；通信軟件包；服務軟件包；人機界面軟件包；高級應用軟件包。

3.4.2.1 人機界面模塊

    從整體架構上人機界面HMI數據顯示應具有開放性、易用性、靈活性、可擴展性、可移植性，支持生成各種總貌圖、流程圖和工況圖等模擬流程圖，表示現場的主要工藝流程和相關的動態信息，提供進行交互操作的手段，以及管理系統報警信息。完整的HMI還具備報警通知、確認，報表組態、打印，歷史數據查詢與顯示、分析與預測等功能。

3.4.2.2 報警和事件管理模塊

    綜合監控系統應把與人身安全、設備損壞、違反安全和技術規程、環境失控或過程喪失功能等相關的條件設置為報警。報警必須由運行人員確認（事件信息可以不經過確認）。所有的報警和事件都將存入日志系統，保存報警和事件的歷史信息，綜合監控系統提供完善的報警監視和事件日志管理功能。

3.4.2.3 安全性與權限管理模塊

    一般說來，安全性需求可以從以下四個方面來衡量：

    （1）認證(Authentication)：為了提高系統的安全性，系統本身需要通過某種有效的認證機制確認使用者的身份。認證可以通過多種不同的方式進行，簡單的可以采用UserID/Password進行認證，或者通過X.509證書進行認證。

    （2）授權(Authorization)：并非每一個用戶都具有完全相同的使用系統服務的權限。當某用戶通過認證以后需要賦予該用戶相應的使用權限，拒絕不在其權限范圍之內的任何操作。

    （3）數據傳輸的保密性和完整性(Integrity)：在網絡上傳輸數據時必須保證被傳輸數據的保密性，防止被他人竊取；同時需要保證其完整性，以保證接收者收到的數據是沒有被他人篡改過的。

    （4）接收方的唯一性及不可否認性：對于一些關鍵的私有數據，在傳輸的過程中必須保證接收方的唯一性而不被不相關的第三者所獲取；而且無論是發起方還是處理方，對于其所作的處理過程都不可否認。

    為了保障安全和正常操作，綜合監控系統應當識別所有的系統用戶并約束他們的行為，提供可靠的、專有的和有效的權限控制，應通過用戶分級、密碼識別和操作權限的分配去實現安全管理，所有用戶應當注冊訪問綜合監控系統。

3.4.2.4 網絡管理模塊

    網絡管理軟件用于對系統網絡中的交換機、服務器等主要設備進行實時監控，采用SNMP（Simple Network Management Protocol，簡單網絡管理協議）協議與網絡設備進行信息交互。簡單網絡管理協議（SNMP）是目前TCP/IP網絡中應用最為廣泛的網絡管理協議，并成為網絡管理的事實上的標準。SNMP的基本功能包括監視網絡性能、檢測分析網絡差錯和配置網絡設備等。在網絡正常工作時，SNMP可實現統計、配置和測試等功能。當網絡出故障時，可實現各種差錯檢測和恢復功能。

3.4.2.5 時間同步模塊

    綜合監控系統軟件以CLK時鐘系統提供的一級母時鐘信號為標準，統一系統內部的網絡時間，系統內部的各個服務器、工作站、通訊控制器都具備時間同步功能，自動保持與系統的校時服務器時間一致，系統可配置冗余的校時服務器。

    綜合監控系統內部的各個設備的時鐘是統一的，服務器、工作站和通訊控制器的時鐘依靠NTP（Network Time Protocol，網絡時間協議）協議進行同步。

3.4.2.6 PSCADA軟件

    除了一般的應用模快，綜合監控系統要實現PSCADA的全部功能還需一些電力專業的高級應用軟件模塊，例如，遙控、順控、電力故障錄波、定值整定等特殊的應用模快。同時，還會有一些輔助性的電力專業必需而又特殊的功能模塊。

    從另一角度看，所有電力功能所要求的軟件模塊又可看作是PSCADA的應用模塊集。

3.4.2.7 BAS軟件

    綜合監控系統要實現BAS的全部功能還需適于環境與設備監控專業的高級應用軟件模塊，例如，模式控制、單體設備的點動等應用模快。同時，也會有一些輔助性的環控專業必需而又特殊的功能模塊。

    從另一角度看，所有環控功能所要求的軟件模塊又可看作是BAS的應用模塊集。

3.4.2.8 FAS軟件

    專用于火災報警的各類特殊的應用模塊。

    應用軟件包括其他的被集成子系統的專用模塊及互聯系統功能模塊等。

3.4.2.9 典型的應用軟件清單

    應用成功的綜合監控系統的應用軟件是一個完整的體系，它包含了基礎的應用軟件以及高級應用軟件包。表2是一個典型的應用軟件體系舉例，可以看出綜合監控應用軟件范圍之廣。如果綜合監控系統集成了ATS，其應用軟件的體系將更加龐大。

                                    表2   應用軟件體系
序號    軟件包    構成組件

1    配置軟件包    關系數據庫SQL Server

2        配置總控

3        類編輯器

4        IO組態

5        數據庫組態

6        圖形組態

7        事件和報警組態

8        權限組態

9        系統管理和維護工具

10        二次開發Toolkit

11    通訊軟件包    IO服務

12        數據管道

13        各種設備驅動

14    服務軟件包    雙機冗余管理

15        對象數據庫

16        實時歷史數據庫

17        事件和報警服務

18        日志服務

19        校時服務

20        權限服務

21        文件下裝服務

22        數據存檔

23        病毒防護

24        遠程部署與控制

25        FTP文件傳輸服務

26        OPC服務

27    人機界面軟件包    畫面顯示

28        趨勢曲線

29        報警和日志顯示

30        報表

31        打印管理

32        多屏管理

33        登錄管理

34    高層應用軟件包    電力遙控、順控

35        電力故障錄波、定值整定和裝置報告

36        環控時間表、程控

37        環控模式控制

38        中心與車站權限移交

39        網絡管理

40        短消息傳遞

3.5    綜合監控軟件平臺的關鍵點

    實質上，地鐵綜合監控系統的軟件應用成功與否主要由該軟件的成熟度以及系統集成商對綜合監控系統軟件的把握能力，應用能力決定，是由軟件平臺的適用性所決定。

3.5.1 軟件成熟度

    綜合監控系統軟件的成熟度從下列幾方面分析：

    （1）軟件系統的穩定性與成熟性

    綜合監控系統軟件平臺的穩定性不僅取決于操作系統的穩定性，更多地取決于建立在操作系統平臺之上的系統軟件以及裝配的硬件和相關驅動程序是否成熟和穩定，并不全在操作系統本身。傳統的設計思想認為Unix的穩定性強于Windows NT。事實上Windows平臺在工業控制領域甚至安全系統領域的應用份額已超過Unix平臺。不管是哪一個操作系統，整體軟件平臺的穩定性是根本的。在操作系統之上的系統軟件，應用軟件的成熟度更為重要。

    同時，系統軟件、應用軟件和相關的接口驅動程序對操作系統的匹配性，運行的工程實證性對軟件系統而言更為重要。因此，在對綜合監控系統軟件提出需求時，不宜輕易地否定某種操作系統和以某操作系統為基礎的整體軟件體系。例如，近年，倫敦地鐵對150個地鐵車站進行大規模改造，包括中央控制（OCC）、線控系統（LCS）、區域控制（GCS）和站控系統（SCS），要求軟件平臺采用以Windows為基礎的平臺。

    綜合監控軟件平臺的成熟性是指工程應用的實證性。這里，不僅要考察軟件在系統開通后的運行穩定性和有效性業績，更要考察其應用水平，給地鐵運營帶來的效益、給地鐵設備維修與維護帶來的好處，給乘客服務帶來的好處以及系統的擴展能力的實際表現。不應該將集成或互聯的數量作為成熟性的標準。

    （2）軟件系統的開放性

    系統軟件的基礎平臺應是一個開放系統，即它是由穩定的、成熟的操作系統，集成了商用的中間件和軟件組件構成。軟件平臺的專利組件愈少愈好。數據庫的通用性愈強愈好。開放性帶來的是系統性能價格比的提升。開放系統支持簡約的系統結構和合理適度的設備配置。

    （3）軟件系統的基本性能指標

    軟件系統必須有效支持冗余配置以提高系統的可靠性，系統有效性不低于99.98%。軟件系統支持深度集成以提高響應性，上行和下行數據的響應周期分別在2秒內。軟件的集成規模和能力以及深度集成的范圍，軟件機制對通信負荷率的影響也是重要的性能指標。

    （4）軟件的表示層展示——系統的人機界面水平

    軟件體系一般由數據采集、數據處理和數據服務（數據表示）三層組成。軟件的表示層是外部世界所能看到的軟件功能。綜合監控系統人機界面體系是洞察軟件水平與功能的窗口。系統軟件必須提供符合工程要求，符合運營操作人員要求，滿足維護人員需求的人機界面體系。人機界面體系應全面反映出系統的綜合監控功能，并能做出全面的展示。已運行工程中人機界面為用戶接受的程度和人機界面運行效果是對軟件系統的重要考察標準。

    （5）綜合監控軟件應是可進行深度集成的軟件體系

    綜合監控軟件應能對各機電子專業進行深度集成。綜合監控系統軟件應是一體化的軟件體系，將數據采集、數據處理和數據服務的軟件三個層次渾然一體地完整地構建在一個軟件體系中，系統集成的范圍可直接到控制器的端子排。軟件平臺可將PSCADA、BAS和FAS的軟件功能集成在內， PSCADA、BAS、FAS成為綜合監控系統本身的系統組分。

    如果軟件系統只能作頂層的信息集成，將PSCADA、BAS、FAS作為單獨的子系統與綜合監控系統全面數據互聯，它們之間的接口是兩個系統的數據表示層間接口，是兩個軟件平臺對接。某種意義上講，相當于軟件的數據服務層由兩個系統集成商去完成，此種情況下，接口工作較為復雜，雙方的接口點表需要不斷地核對和協調，接口開發和實施的工作量極大，不應該選擇這樣的軟件體系。

    （6）系統軟件的功能實現成熟度

    系統軟件在實現某一重要功能時，應該經歷過實際應用的反復檢驗。因此，在闡述功能實現時，應該要求系統集成商不是單純地響應標書要求，而應闡明功能實現的方案，展示一個實際應用成功并成熟的功能實現方法。系統軟件對重要功能具體實現方法的展示是其軟件成熟度的重要標志。一般而論，綜合監控系統集成了三大機電設備系統：SCADA、FAS、BAS，互聯了其他專業子系統。系統軟件的成熟性表現在對集成系統的深度集成上，同時也表現在所展示出的對機電設備監控管理功能上。例如，SCADA順控功能的實現方法，BAS系統中設備監管體系的完善性都可以審視出軟件的成熟程度。一些國外軟件商提供的軟件在這方面存在較多問題，除了深度集成能力低以外，功能實現距國內的應用要求差距較大。

3.5.2 軟件適用性

    綜合監控系統軟件只有在具體工程應用中滿足用戶的需求才可取得成功，一方面軟件本身應具有廣泛的應用適應性，通過組態可滿足用戶需求，更要有便捷的開發工具使系統集成商能進行開發滿足用戶特殊的需求。另一方面綜合監控軟件本身又應具有易用性并能方便地為系統集成商所把握以補充產品化的不足。

    綜合監控系統軟件的適用性表現在易用性，應對一般地鐵工程都可用，而且需要的二次開發量盡可能少。這方面國外軟件平臺往往對國內地鐵需求適應性差，也不愿解決業主的必需的特殊需求，因為他們的開發成本太高。在工程實施過程中，國外軟件平臺的僵硬性給用戶帶來了無盡的麻煩，表明了其適用性較差。

    綜合監控系統軟件的適用性還表現在其可擴展性能，擴展性能好的軟件適用性就較強。

    綜合監控系統軟件的適用性也影響系統的穩定性，很多原本運行穩定的軟件系統由于更換了硬件或操作系統或某個設備驅動導致不穩定。比如某些硬件廠家宣稱支持幾種操作系統，但實際可能只有一種操作系統支持的好；有些操作系統升級后聲稱兼容老的應用程序但實際不完全兼容，或者軟件平臺必須在升級后的操作系統下重新編譯才能運行；某些軟件盡管有多種操作系統版本，但實際只有一種版本的運行效果最好；原本穩定的軟件平臺因適應新的需求變更倉促修改以至引入了新的錯誤；軟件平臺可能由于隱藏的多年的錯誤暴露而不能適應現場較少使用的功能，進而導致最終系統的不穩定。

    從上述的軟件兩大關鍵點來看，國內軟件平臺往往優于國外的軟件平臺。

    更多內容：

    地鐵綜合監控系統建設的關鍵問題分析（一）——建設綜合監控系統的第一關鍵點
    地鐵綜合監控系統建設的關鍵問題分析（二）—— 地鐵綜合監控系統技術內涵分析
    地鐵綜合監控系統建設的關鍵問題分析（三）——地鐵綜合監控系統軟件分析
    地鐵綜合監控系統建設的關鍵問題分析（五）——軟件國產化的問題
    地鐵綜合監控系統建設的關鍵問題分析（六）——綜合監控系統設計中的問題
    地鐵綜合監控系統建設的關鍵問題分析（七）——綜合監控系統實施風險分析
    地鐵綜合監控系統建設的關鍵問題分析（八）——綜合監控系統的其他問題