轨道交通ISCS系统综述PPT课件.ppt

ISCS系统综述 主讲人 黄路2009年11月10日 深圳地铁1号线续建综合监控项目培训 内容提纲 第一章综合监控系统简介及发展概述第二章系统要求和设计原则第三章总体方案第四章系统及网络结构第五章软件平台架构及应用第六章ISCS的主要系统功能和HMI 第一章综合监控系统简介及发展概述 1 1ISCS系统 ISCS IntegratedSupervisionandControlSystem典型的大型分层分布式监控系统具有典型的CIMS ComputerIntegratedManufactureSystem 结构特点体系结构中央ISCS系统 车站ISCS系统 现场控制系统实时数据库 关系历史数据库支撑体系 数据库技术 计算机网络技术 1 2分立系统的缺点 各子系统设备种类多 监控分散人机界面平台 风格和操作不统一无法实现直接的信息共享无法实现全线统一的权限管理各系统联动功能实现复杂需要的监控和维护人员多 成本高 1 3ISCS系统的优势 实现地理和管理上分散的各系统集中监控和管理提供各系统这间的完备的信息共享和联动平台能够实现多种接口协议 Modbus IEC104等等 多种异质网络和异质数据库的互联有着成熟计算机和网络技术的保证实现地铁信息化的有效整合 使信息及时 准确 可靠地在系统内流通 并为有关部门共享和领导决策所用 1 4实施ISCS系统的必要性 实现资源共享 信息互通 提升自动化水平 提高地铁运营效率ISCS将提高自动化系统的安全性 可靠性及快速响应能力ISCS可实现高性能价格比 减少重复投资和后期维护成本ISCS为地铁运营管理提供信息集成平台ISCS的上述特点使地铁运营选择ISCS成为趋势 1 5ISCS系统实施条件 人 技术 管理三者的有机结合人 建设 运营 集成商和厂商技术 自动化 通信 计算机和网络技术管理 项目管理 1 6国外ISCS系统发展状况 西班牙毕巴尔巴额地铁法国巴黎 号线香港地铁将军澳线香港地铁迪士尼线墨西哥城地铁 线西班牙马德里地铁新加坡东北线 7国内ISCS发展状况 国内地铁第一次采用综合自动化监控系统的是深圳地铁1号线 SCADA BAS FAS 广州地铁3号线 4号线ISCS集成 互连了12个子系统广州地铁5号线ISCS深度集成了PSCADA BAS 共接入15个子系统北京地铁10号线ISCS深度集成了PSCADA BAS 互连了ATS FAS CLK PA CCTV AFC PIS PSD IAS TCC 通信集中告警子系统 第二章系统要求和设计原则 2 1地铁运营对自动化系统的基本要求 列车运行管理对列车的运行调度指挥 保证行车安全和准点的信号控制管理系统 车站站务管理车站秩序管理 票务管理和安全管理 保障乘客上下车和列车到发的安全和准点 避免站内发生意外事故设备运转管理设备运转的管理以机电设备管理为主 主要是供电系统和地下车站中的通风和空调系统 地铁运营对自动化系统的基本要求 列车运行管理主要由信号系统及行车调度系统支持实现车站站务管理 设备运转管理是在列车运行管理地基础上 综合机电设备监控系统等各专业子系统的信息来实现的 地铁运营对自动化系统的基本要求 列车运行系统 隧道 站台 线路 车辆 牵引供电 信号 控制中心 车站行车等客运服务系统 车站及照明 售检票机计算中心 导向及预告措施 消防 环控 自动扶梯 电梯 车站服务等检修保障系统 为保障上述设备性能良好 能随时启动重新投入运行而具备的检修手段能力等 2 2系统设计原则 1 突出设计目标ISCS围绕行车和行车指挥 防灾和安全 乘客服务等目标进行设计 目的是为了进一步提高运营行车管理的水平 2 明确服务对象ISCS服务的对象是OCC调度员 如行车调度员 电力调度员 环境调度员 维修调度员 总调度员等 和车站的值班站长 值班人员等 3 注重安全性原则ISCS采用中心 车站 就地控制三级监控在中心 总调 电调 行调 环调 在车站 值班站长 操作员 在一定权限范围下 ISCS系统在中心可以完成地铁全部设备的监控功能 在车站可完成本车站的监控功能 中心与车站在功能上存在冗余重叠的部分 且监控侧重点有所不同 PSCADA以中心监控功能为主 实现全线电力设备的监控操作 变电所操作员可对变电所设备 三轨设备进行实时监视 在中心授权的情况下可控制本车站变电所供电设备 如果ISCS系统在中心及车站全部不能监控 ISCS系统可通过车站综合后备盘 IBP 提供的硬线或独立完整的控制通道实施控制 操作员也可通过控制现场就地开关直接向关键的子系统发出重要的监控命令 以保证地铁的正常 安全运营 4 ISCS采用成熟的先进技术由于地铁系统规模一般非常之大 成熟且先进的技术可以减少整个系统的风险 提高总体安全性 ISCS采用100M工业以太网软件系统采用服务器 客户机的体系结构 采用关系型数据库SQLServer完成历史数据的管理 选用可靠稳定的大型系统平台软件及应用软件ISCS系统平台软件 WindowsServer WindowsXP WindowsXPEWindowsServer 稳定性和兼容性好 性能优越WindowsXP 众多应用 友好人机界面 灵活驱动WindowsXPE 稳定性及快速性应用软件选用运行于Windows平台之上的大型SCADA软件MACS SCADA 5 ISCS采用完善的权限管理向全体运营人员 维护人员 管理人员提供完整的 实用的权限表 以实现完整的权限功能 6 ISCS完成软件联动功能ISCS系统可根据不同系统之间的联动要求 设计并实现必要的系统间联动 以提高地铁运营的安全性 可改进各专业之间的协调 提高应急处理能力 减轻紧急情况下运营人员的工作压力 避免发生不必要的操作错误 降低劳动强度 对重要的系统联动 必须经过运营人员的手动确认方可执行 7 ISCS充分考虑系统可靠性原则硬件冗余设计 ISCS系统硬件设备 服务器 操作员工作站 交换机 FEP 及相应软件 服务器 FEP的主备冗余软件 冗余网络 按照冗余原则进行设计 操作员站功能冗余 通过口令权限的限定 任何操作员站可以完成系统支持的全部操作员功能 8 信息丰富 实用性 满足运营需要的原则ISCS系统围绕正常 灾害 故障 阻塞等模式进行功能设计 在正常运营模式下 运营的不同专业需按照各自的操作运营规程完成各自的正常工作 在非正常运营模式下 如灾害 故障 阻塞工况下 ISCS系统可以设计对应的工作模式 既可提供相关信息 亦可提供程序化的 正确的操控手段 协调不同专业的工作 当出现异常情况 ISCS系统可迅速地自动转变为应急模式 为防灾 救援和事故处理指挥提供方便 允许不同级别类型的操作员在权限允许的范围内对ISCS系统信息全面共享 具备历史数据管理 事件记录 操作记录等功能根据实际运营人员综合监控的需要 可将PSCADA BAS ATS AFC的重要内容投影到控制中心的大屏幕上 为运营人员提供全面 丰富的实时信息 通过车站信息系统的信息传递 向乘客提供更为丰富的列车信息 提高地铁列车的服务质量 同时兼顾地铁的广告效应 提高综合收入水平 9 可维护性 可显著降低维修及维护成本 10 可扩展性 为工程扩展 换乘站或线路间的互连提供基础条件 ISCS系统软件及硬件预留一定的软硬件的可扩展空间 11 工程的可实施性和利时公司为1号线续建工程实施配备了大量专业人员 均从事轨道交通综合监控行业多年 具备丰富专业的地铁行业专门知识 了解地铁综合监控的建设过程及工程方法 可把握准确工程执行过程的重点 难点 第三章总体方案 3 1ISCS系统构成原则 原则 I 综合监控系统应围绕列车安全稳定运行 地铁经营效率提高 机电设备良好运转 旅客服务完善等目标进行设置 综合监控系统面向OCC电调 环调 行调 总调及车站值班长和值班员 满足这些岗位功能需求 综合监控系统采取分层分布式结构 由中央监控中心级 OCC 中央监控系统 车站级车站监控系统以及车站内的基础自动化 设备自动化 系统组成 三层网络 三层管理 原则 II 系统须采用先进的计算机网络构建硬件平台 并设置网络管理系统提供对网络的性能管理 配置管理和故障管理 系统须采用先进的计算机集成系统软件体系对各子系统进行集成 软件体系支持所有子系统的功能要求 支持综合自动化监控系统高性能指标的实现 系统必须具备完善的人机界面体系支持综合监控功能实现 原则 III 综合监控系统须采用可靠性设计 系统设备和系统构成应安全可靠 硬 软件技术先进成熟 能够高可靠高稳定运行 备冗余分层分布结构 尽可能采用光纤传输介质 系统须采用行之有效的抗干扰措施 车站内的子系统一般采用工业控制网络或现场总线 分散控制结构 自律式控制器保证基础自动化层的安全可靠 原则 IV 综合监控系统应为开放系统 硬件设备通信接口 网络协议 数据库等均采用国际标准 具有ODBC OPC标准接口功能系统应具有较大的扩展能力 支持分期施工 系统可采用多媒体技术为地铁工程提供更强的功能系统提供较广阔的集成平台 能接入其他的系统也能对地铁工程进程中新出现的项目进行集成系统具有集成第三方设备和软件的能力 原则 V 综合监控系统须采用先进的计算机集成系统软件对各相关系统进行无缝地接口 系统软件支持所有相关系统的功能要求 支持综合监控系统性能指标的实现 各被集成或互联的子系统保证相对独立工作 当出现异常情况由正常运行方式转为灾害运行方式时 综合监控系统能迅速转变为灾害模式 为防灾 救援和事故处理的指挥提供方便 原则 VI 综合监控系统采用工业级产品 保证能全天候7 24小时不间断地远行 综合监控系统采用模块化设计 易于扩展 综合监控系统不仅满足线路本身运营和管理的要求 并能为今后线路的扩展以及其它线的接入和与更高一级管理系统连接预留一定的条件 综合监控系统须在信息的处理上坚持实时监控信息和事务信息严格分开的原则 保证信息安全和网络安全 综合监控系统需采用深度集成模式构建 采用同一软件平台集成子系统 实现综合监控和联动控制 3 2总体方案 1 深度集成ISCS提供该子系统的全部硬件 通过ISCS系统HMI完成对该子系统的全部监控功能 监控信息通过ISCS网络传输 该子系统在脱离ISCS后无法完成自身的监控功能 深度集成综合监控系统使用同一软件平台将被集成子系统完全集成在系统之内数据库对数据库的对接变为数据库的映射和包含关系减少了不必要的中间环节 保证系统性能PSCADA BAS FAS优点 软件功能统一 HMI统一 内部接口 提高工程可执行力 2 互连该子系统具有完整的软硬件及数据传输网络 ISCS通过数据接口完成对该系统的据交换 通过HMI完成监视功能 PIS ATS CLK AFC PIS PSD ISDS UPS TEL TSDS ISCS与相关系统的接口主要包括 串行数据接口 局域网数据接口 硬线接口等类型 串行数据接口采用标准的RS422 485 232接口 支持通用 开放 软件解码的协议 局域网数据接口采用10Mbps 100Mbps自适应IEEE802 3以太网接口 支持TCP IP接口 支持通用 开放 软件解码的协议 3 3工程主要特点 规模大 点数多 估算点15万 总体规模20万 深度集成 PSCADA BAS FAS 变电所综合监控系统数据库 图形软件同步调试电力先行开通 4现场总体调试方案 车站大联调 内容有 按照端到端的测试原则 100 的PSCADA点 100 的在点到点测试中失败点 100 的变更点 抽测点到点测试中成功点 且涵盖所有的设备类 抽测点比例将符合相关标准要求 检查从HMI到现场设备的正常功能 验证ISCS对各接口子系统设备正常监控功能 集成测试 包括与其它接口的特殊功能测试 3 5现场总体调试方案 中心大联调 内容有 验证ISCS对各接口子系统设备的正常监控功能 如PSCADA中心监控 FAS监视与报警 BAS的区间监控等等 在车站端到端对点测试成功后 中心对样板站进行100 的端到端测试 中心对其它车站进行端到端对点抽测 必须进行全部的功能 性能检查 如 如联动功能 历史 事件 报表功能 权限移交 计算统计等 第四章系统及网络结构 4 1总体结构 总体硬件构成 服务器磁盘阵列交换机通讯控制器工作站打印机IBP盘机柜及附件 4 2中央级ISCSOCC OCC硬件构成 冗余的实时服务器冗余的历史服务器历史磁盘阵列三层冗余交换机通讯控制器双屏调度员工作站 总调 行调 电调 环调 事件打印机报表打印机屏幕拷贝打印机 4 3车站级ISCS车站 车站硬件构成 冗余的车站网络交换机冗余的车站服务器车站双屏工作站车站通信控制器车站打印机综合后备盘IBP车站机柜及附件 车站级ISCS车辆段 车辆段硬件构成 冗余的车辆段网络交换机冗余的车辆段服务器车辆段双屏工作站车辆段通信控制器车辆段打印机车辆段机柜及附件 4 4网络结构 主干网整个中央监控网为冗余的100 1000Mbps交换式以太网 符合IEEE802 3标准 采用TCP IP协议 冗余配置各相应端口连接OCC各个设备构成了双星型中央监控网 每套中央交换机中配有4个单模光纤千兆网口 用来连接MBN 还配置48个10 100M以太网接口 连接OCC设备 一期综合监控系统 竹子林车辆段维修中心 构成中央监控网 车站级监控网为双冗余高速交换式以太网 数据传输率为100Mbps IEEE802 3标准 TCP IP协议 网络设备为冗余配置 局域网 即控制中心 各车站 车辆段 培训中心 设备维护管理的局域网 中心级局域网 控制中心 车辆段后备中心 采用冗余的交换式100 1000M以太网 车站 设备维护管理网络管理采用冗余的交换式100M以太网 培训中心采用交换式100M以太网 千兆口 中心级实时服务器 历史服务器 调度大厅与中心机房 车辆段实时服务器 接口系统通过FEP的10 100M以太网接入 ISCS系统综述 第五章软件平台架构及应用 WindowsServer WindowsXP WindowsXPE的软件平台WindowsServer 服务器操作系统WindowsXP 工作站 WindowsXP简体中文版WindowsXPE FEP 嵌入式实时操作系统MACS SCADA软件为核心中心 车站 车辆段 NMS系统包含全部集成 PSCADA BAS FAS 互连系统 ATS FAS CLK AFC PIS PSD ISDS TEL UPS 应用软件包数据库管理软件SQLServer 5 1软件平台 5 2MACS SCADA软件架构 设计之初就为了满足真正的客户 服务器体系结构 实时系统能够确保高性能的响应和数据的高度完整性 为了充分利用客户 服务器体系结构的优越性 必须在任务级应用 每一个任务都做为一个特定的客户 和 或 服务器模块 扮演着自己的角色 并通过客户 服务器体系结构的关联与其他的任务接口 五个基本的任务 分别用来处理 与I O设备的通讯 对报警状态的监视 报表的输出 趋势的记录 及用户的画面显示 服务器体系结构 MACS SCADA软件架构 服务器体系结构 MACS SCADA软件架构 通讯是基于请求的 只读取那些在客户端请求的数据 更重要的是 I O服务器会优化从客户端来的请求 客户端服务器的处理方式通过采用在I O服务器上使用高速缓存使性能得到了更进一步的提高使用参数去计算采用分别读取方式或用读取块的方式哪一个更快 在一个扫描周期中通过编译所有寄存器的列表 自动计算最有效的方式来读取数据 高效的IO MACS SCADA软件架构 高效的IO MACS SCADA软件架构 灵活性是用不同的方式来组织安排您的系统的动力 允许用户灵活选择自己的系统结构 而不是限定在某种结构 因而能够给用户提供集中处理和分散处理的最好的特性 每一个任务都是独立的进行自己的处理 基于这种独特的架构 用户可以控制系统中的某台计算机完成何种任务 I O 管理和优化所有的通讯 Alarms 报警 监视所有的报警状态 模拟量 数字量 统计过程控制 SPC Reports 报表 控制 计划和执行报表操作 Trends 趋势 收集 记录和管理趋势和SPC 统计过程控制 数据 Display 显示 人机接口 与其他的任务接口更新画面的数据并执行控制命令 灵活的架构 MACS SCADA软件架构 灵活的架构 MACS SCADA软件架构 可扩展性是改变系统规模的能力 扩大或缩小 而不需要修改现有系统中的硬件和软件 MACS SCADA的具有创造性的可扩展架构允许系统的结构根据用户的需要来扩大 而保留你最初的投资 MACS SCADA使决大多数的任务都满足客户 服务器体系结构的设计 在添加了新计算机后允许你重新分配任务 例如 你需要添加一个显示终端 只需要建立一个局域网 并添加一台计算机 并将它的角色设定为显示客户 新的计算机可以共享相同的组态并经过第一台MACS SCADA接受I O的信息 可扩展性的第二个好处就是你也能够分配数据处理的负荷 例如 如果你认为你的第一台MACS SCADA负担过重 你可以通过指定第二台计算机为报警服务器来分担对报警的处理 可扩展的架构 MACS SCADA软件架构 可扩展的架构 MACS SCADA软件架构 在工厂自动化和其他重要任务的应用中 硬件的故障会导致生产损失 还有可能导致潜在的严重后果 MACS SCADA的冗余可防止在系统中的任何地方发生故障 因此功能和性能并不会降低 MACS SCADA支持完全的热备用组态 提供完整的I O设备冗余 通过指定一个设备为主设备 另一个为备用设备 MACS SCADA可以在一个设备出现故障时自动地切换到另一个设备 利用MACS SCADA的可以向主I O设备和备用I O设备写入设定点变化的能力 即使是I O设备并未设计为冗余也能在冗余的组态下使用 冗余的架构 MACS SCADA软件架构 冗余的架构 5 3MACS SCADA软件应用 图形编辑器允许您快速便捷的设计出一个直观真实的SCADA操作界面 为您的图形页面添加一个元素十分容易 只需选择工具箱 然后单击和拖动 一旦绘制好 对象就可以移动 变形 拷贝 粘贴 排列 组合 旋转 直观统一的用户界面基于对象的组态允许对象动作与设定变量关联丰富的图库强大的ActiveX对象应用 图形 MACS SCADA软件应用 图形 MACS SCADA软件应用 所有常用类型的页面都提供了模板 所以能够快捷的创建一个图形页面 模板是可靠 经验证的的页面设计 您可以根据自己的所需环境来进行修改 MACS SCADA提供了一系列精选的模板 一些特殊的页面都是预先设置好的 如 报警 趋势 SPC显示等 您要作的只是在上面添加相关联的变量名称 许多风格独特的画面可以基于通用的模板 比如Normal模板 无论使用什么样的模板 都包含最基本的元素 边框 状态栏 导航工具 这些都已全部配置 模板 MACS SCADA软件应用 模板 MACS SCADA软件应用 如果您经常使用某个图形 就可以把它存入库中当作一个图标 那么图形就可以直接从图标库中引用 而不需要经常的在页面上进行绘制 预先定义好的图标库 而且可以从工具箱或者网站上获取更多的库文件 同时提供了一系列预定义的图标集 可以用于实时动画 当图标集里的图标单个单个快速连续的显示时 动画就形成了 动画可用于运行系统 动态显示设备的动作 过程的处理 等等 图符 MACS SCADA软件应用 图符 MACS SCADA软件应用 基于对象的封装工具相当于一个宏指令可以由任意多个图形对象组合在一起可以将固定文字与参数结合在一起在页面上引用时 每一个参数都会显示出来 精灵 MACS SCADA软件应用 精灵 MACS SCADA软件应用 最常用于设备控制弹出页面中可以由多个图形对象组成一个弹出窗口或页面配置信息作为任务 或者参数 传递给超级精灵显示通过精灵为超级精灵指定任务或规则将名称转化任务 超级精灵 MACS SCADA软件应用 超级精灵 MACS SCADA软件应用 提供了一系列预定义的页面和模板 使您能够快速的开发和运行一个系统 系统页面包括趋势 报警 管理工具以及过程分析器 不同类型的模板都包含这些 无论是系统页面还是用户图形通过各种命令与控制 为操作者与MACS SCADA运行系统提供了友好的界面 您可以为命令与控制分配不同的权限 并且可以记录操作员所有的操作 动作 MACS SCADA软件应用 动作 MACS SCADA软件应用 分布式的趋势系统能够处理大批量的变量数据记录 而且不会降低系统性能和数据完整性 从预置的趋势模板中选择一个合适的模板 在其用户化界面中可以清晰的浏览数据 任何工厂层的数据都可以被记录并形成趋势 趋势创建一个随时间变化的图 显示变量 产品产量 水平 温度等 如何变化或设备和过程如果运行的 MACS SCADA趋势来源于一系列的采样值 这些采样值按时间绘制 然后组合成图形直观的显示过程情况 趋势可以周期性采集 或者当系统中指定的事件发生时采集 采集频率可达10毫秒 或适度的小时采集一次 MACS SCADA本身带有趋势模板 使您能够快速的创建趋势画面 利用导航工具可以动态的读取车间的数据 可以选择单趋势 双趋势 或者弹出式趋势 如果想对趋势显示作一些特殊的设置 您可以通过提供的趋势函数 很容易自己定制满足需求的趋势 趋势 MACS SCADA软件应用 趋势 MACS SCADA软件应用 高效的报警系统允许您能够快速的区分和确定故障 减少当机的时间 MACS SCADA报警系统快速而可靠 通过清晰易读的格式为您提供详细报警信息 报警标签 报警名称 报警描述报警种类 帮助页面 区域 权限使能禁止 确认 未确认发生时间 解除时间 发生日期 解除日期 报警持续时间 确认的时间 日期操作者可定义的描述高高 高 低 低低 速率 偏差等报警状态变量值和死区 迟滞 可定制过滤器 报警 MACS SCADA软件应用 报警 MACS SCADA软件应用 很多应用有特殊的需求 为了提供最大的灵活和能力 MACS SCADA提供两种编程语言 CiCode和VBA CiCode是为工厂的监视和控制系统而专门设计的 而VBA更适合与第三方的对象和应用进行互操作 CiCode是一种用于控制环境的编程语言 它是一种编译语言 支持多任务 这些重要特性为MACS SCADA用户提供了无可比拟的灵活性 用于扩展SCADA HMI系统的功能 而不会使系统的性能下降 VBA是一种兼容微软VBA的语言 VBA具有超过650种SCADA HMI特殊函数 减少了复杂而大量的代码编辑需求 CiCode VBA MACS SCADA软件应用 CiCode VBA ISCS系统综述 第六章ISCS的主要系统功能和HMI 5 3MACS SCADA软件应用 无序的工程会导致系统维护的麻烦 MACS SCADA浏览器是组态工程的集散地 简化了工程管理 允许你访问和修改任何工程的任何部分 MACS SCADA提供了很多工具 允许你快速地开发大工程 每个大工程可以分成多达0个小工程 每个小工程允许不同的开发者在不同地方同时工作 在这种情况下 工程标准的维持控制和来自不同队伍之间的变化合并是非常困难的 在MACS SCADA的工程中则允许上述的情况发生 而不需要在开发队伍中增加另外的工作 MACS SCADA是通过在一个工程中使用标准的符号 对象和用户接口来进行标准管理的 每个开发团队可以使用这些标准对象用在他们的子工程中 并且可以访问所有的工程标准 当标准发生变化或者升级时 新标准会发送给各个开发团队 用来升级他们的工程 并且观察他们工程的变化 MACS SCADA能够用组合任何MACS SCADA工程的方法 实现远程工程的开发 一个远程开发者可以使用工程标准 以及他们自己的段来开发工程 这种方式可以用于已有的工程开发或者对工程的维护 一个工程即可以由集成商进行升级 同时也可以由维护人员进行修改 工程开发环境 MACS SCADA软件应用 工程开发环境 6 1ISCS 站线选择功能设备图形显示功能报警和确认功能事件和记录功能趋势统计和分析功能查询和报表功能过程参数的显示安全控制功能用户和权限管理设备控制功能系统后备 联动和IBP功能 6 1 1ISCS的系统功能 6 1 2ISCSHMI 布局和