浅谈上海地铁一号线SCADA主站系统升级改造

　　摘要：SCADA主站系统是SCADA系统的技术核心系统。由于上海地铁一号线SCADA系统的不断扩容和其他原因，对一号线SCADA主站系统的可靠性、容量和实时性提出了更高要求，导致一号线SCADA主站系统的升级改造。

　　关键词： SCADA系统; SCADA技术核心

　　一、　概述

　　远动系统，也称为SCADA(Supervision Control And Data Acquisition—数据采集和监视控制)系统。远动系统是采用先进的计算机技术对整个供电系统进行实时监控，并利用先进的通信技术，将供电设备的信息传送到SCADA主站(调度中心)，为电力调度提供更多的实时信息。同时电力调度也可以通过遥控和遥调对供电设备进行控制，以保障供电设备的安全、可靠运行。

　　SCADA系统是由主站系统、通道系统和远方终端系统(RTU)三大部分组成。其中主站系统是SCADA系统核心系统。

　　SCADA主站系统功能：数据采集;信息显示;监视控制;报警处理;信息的存储及报告;数据处理;事故追忆;报表打印等。

　　SCADA主站系统一般由主机、前置机、各类工作站、模拟屏、网络设备、各类软件和其他设备组成。

　　二、　问题提出

　　上海地铁一号线SCADA主站系统当初设计时有许多因素未考虑到。随着轨道交通不断发展和设备不断更新，一号线SCADA主站系统也就暴露出许多问题。

　　2.1 现用主站系统的硬件和软件配置较低

　　一号线北延伸SCADA主站系统原设计时仅考虑一号线北延伸16个变电站。当时一号线北延伸项目采用最低价中标的招标方法，所以供货商为了降低成本，在选择主站系统的硬件和软件时，配置选择都较低。

　　2.2　一号线SCADA主站系统扩容要求

　　2004年的上海一号线正线上的29个变电站要接入到一号线北延伸主站系统;

　　2007年一号线北北延伸8个变电站要接入到一号线主站系统;

　　上海地铁二号东延伸工程已起动，目前二号线主站系统已无法再扩容。根据设计，二号线51个变电站远方终端系统(含二号西西延伸和东延伸)也准备接入到一号线主站系统。

　　考虑到长远计划，一号线和二号线还有延伸的可能。现在面临着扩容问题。

　　2.3　对主站系统的可靠性提出更高要求

　　如果上海地铁一、二号线主站系统合并共用一套主站系统，如果主站系统故障，将影响到两条线SCADA系统正常运营。所以对主站系统的可靠性提出更高要求。

　　三、一号线SCADA主站系统升级改造后的比较

　　3.1 网络结构比较

　　现用主站为单层控制网，他由一层交换机构成。升级后改为双层控制网，他由双层交换机构成。在主站系统中，前置机是最繁忙的。它即要与远方终端通信又要向主机传送数据。采用双层控制网，上述工作可同时进行。同时减轻了前置机网卡负担，提高网络数据传输速度。双层控制网另一个优点是数据的一致性容易实现，可以保证各工作站数据完全一致。另外，网速也由百兆网升级为千兆网。网卡、交换机、网线等均升级为千兆以太网。提高了网络数据传输速度。升级后的网络，大大提高了主站系统的实时性。

　　3.2 双机热备用改为三机热备用

　　原系统主机和前置机为双机热备用，升级后改为三机热备用。主机和前置机均使用SunFire V490服务器。如果单机的系统的可用率为99%，那么双机热备用的系统的可用率为99.99%;而三机热备用的系统的可用率为99.9999%。系统的可用率提高了二个数量级。大大提高了系统的可靠性。目前在上海地铁只有一号线SCADA主站系统采用三机热备用系统。

　　3.3　主机用双CPU取代单CPU

　　每一台主机服务器采用双CPU结构，不但提高了服务器可用率、处理能力，也提高了处理速度。

　　3.4　主机用磁盘阵列(RAID1)取代单磁盘

　　3. 4. 1 磁盘容量增大;原主机服务器采用单磁盘(80G)，升级后改为8*160G组成磁盘阵列，有足够容量存储各类数据。

　　3. 4. 2 磁盘阵列有RAID1软硬件支持，采用镜像备份，存储速度快，并且当某一硬盘故障时可不停系统直接热插拔更换磁盘。

　　3. 4. 3 主机与磁盘阵列数据传输用光口取代电口，光纤抗电磁干扰能力强，数据传输速度快。

　　3. 4. 4 数据库的一致性;所有主机和工作站共用一个磁盘阵列数据库，这样就可保证每台计算机的信息数据库、历史数据库、实时数据库的信息是一致的。

　　3.5　前置机用服务器替代工控机

　　前置机采用SunFire V490服务器。由于服务器采用双电源、双CPU、SCSI硬盘和良好的散热功能等，所以服务器的可靠性和稳定性等都高于工控机。

　　3.6　工作站用SUN工作站用取代工控机

　　工作站采用Sun Blade 2500工作站。在工作站市场的64位工作站中，Sun Blade 2500工作站性能最高，可靠性高，可扩展性最好的工作站。其稳定性和可靠性要高于工控机

　　3.7　调度工作站由双工作站增加为四工作站

　　调度工作站的增加使电力调度在处理供电系统故障时更加方便。一旦一台或二台工作站故障，也不会影响电力调度工作。另外，当二号线远方终端系统接入本主站，不必再增加工作站。

　　3.8　操作系统：采用 SOLARSI9操作系统

　　SOLARSI操作系统是在UNIX操作系统发展过程中逐渐发展起来的。Solaris基于Sun SPARC处理器的硬件体系结构结合紧密, 它是SUN服务器和工作站搭配专用的操作系统，在设计上和市场上经常捆绑在一起，所以整个软硬件系统的可靠性和性能也因此大大增强。，其稳定性强于WINDOWS系统。另外SOLARSI操作系统受病毒破坏的可能性远小于WINDOWS系统。

　　三台主机自建一小型局域网，每台主机都装有CLUSTER 软件。CLUSTER 软件系统可大大增强了数据访问能力，并具有故障转移服务、快速地从故障中恢复等功能，用于计算机群并行运行管理和切换。原主机系统是在应用层切换，升级后可在硬件层和操作系统层切换。

　　3.9 支持软件：商用数据库采用ORACLE数据库

　　原用商用数据库Sybase数据库。ORACLE数据库与Sybase数据库相比有如下优势：

　　ORACLE支持行级锁，这使应用程序的开发大大简化，数据的共享程度大大提高，而Sybase只支持页级锁，导致用户之间互锁的概率大大提高。

　　ORACLE的读是无阻塞的，这使数据的可用性大大提高，而Sybase的读总是与写互相阻塞。

　　系统稳定性，ORACLE数据库在实际运行中非常稳定，能满足连续不断的实时运行要求，而Sybase数据库则要求经常做dbcc，否则可能出现预想不到的后果。

　　3.10　应用监控软件

　　由于操作系统改为UNIX系统，所以应用软件(XURT-2000)也采用UNIX系统版本的XURT-2000应用软件系统。采集点的容量设置也由5万点改为100万点;变电站地址字节由一个字节扩充到二个字节，满足扩容要求。

　　结束语

　　目前轨道交通一号线SCADA主站系统升级改造项目已经完成;轨道交通二号线(含二号线东延伸、西延伸、西西延伸)RTU全部接入一号线SCADA主站系统;一、二号线有十几个复视工作站也接入一号线SCADA主站系统。目前，系统运行平稳。我们相信经过这次升级改造，一号线SCADA控制中心主站系统将会更加可靠、容量更加大、实时性更加好。

　　参考文献：

　　【1】上海轨道交通一号线富锦路停车场牵、降变、SCADA系统工程

　　【2】城市轨道交通自动化系统与技术 电子工业出版社

　　【3】XURT-2000用户维护手册 新华控制技术公司