工 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－９４９２．２０１２．０９．０１２ 综合监控系统的数据接１３开发与应用 李剑波，蔡伟周 （深圳达实智能股份有限公司，广东深圳 ５１８０００） 摘要：分析了综合监控系统与被集成和互联系统之间的数据接口的特点和分类，给出基于软件平台的驱动型数据接ＶＩ和基于通 信协议转换模块的接口开发方法，并就数据接Ｉ＝１标准化提出建议。 关键词：综合监控系统；数据接口；通信协议；驱动开发 中图分类号：ＴＰ２９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—９４９２（２０１２）０９—００３９—０３ Ｄａｔａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｅ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ＬＩ Ｊｉａｎ—ｂｏ．ＣＡＩ Ｗｅｉ－ｚｈｏｕ （Ｓｈｅｎｚｈｅｎ ＤＡＳ Ｉｎｔｅｌｌｉｔｅｃｈ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ５ １ ８０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ａｎｄ ｃｌａｓｓｉｉｃａｔｆｉｏｎ ｏｆ ｄａｔａ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍｅｔｒｏ ＩＳＣＳ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ，ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｒｉｖｅ－ｔｙｐｅ ｄａｔａ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＨＭＩ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｈａｒｄｗａｒｅ ｍｏｄｕｌｅｓ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔ．Ｓｏｍｅ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ａｂｏｕｔ ｄａｔａ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｅ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ（ＩＳＣＳ）；ｄａｔｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ；ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｔｏｃｏｌ；ｄｒｉｖｅｒ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ０引言 综合监控系统（ＩＳＣＳ）［１－３１近年来已成为世界 据接口标准化建议。 １综合监控系统 １．１系统结构 城市轨道交通自动化领域的一大技术主题，直接 导致了轨道交通自动化技术向着更加系统化、集 成化的方向发展，其目的是用系统化方法将各个 分散的自动化系统联结为一个有机的整体，实现 轨道交通各专业系统之间的信息互通、资源共 享，提高各系统的协调配合能力，高效实现系统 间的联动。 综合监控系统，负责对地铁所有机电设备和 联动系统进行状态监视和控制，并且实现资源共 享、各专业协同工作。通常集成：环境与设备监 控系统（ＢＡＳ）、电力监控系统（ＰＳＣＡＤＡ）、火灾 自动报警系统（ＦＡＳ）等；互联：乘客资讯系统 （ＰＩＳ）、自动售检票系统（ＡＦＣ）、综合安防系统 （ＩＳＤＳ）、广播系统（ＰＡ）、屏蔽门系统（ＰＳＤ）、 信号系统（ＳＩＧ）、时钟（ＣＬＫ）等”。］。 综合监控系统集成和互联数十个系统和专 业，接口方式和接口开发ｕ 是否合理是保证整个 系统顺利实施的首要任务。国内自动化工程服务 商以及综合监控系统集成商在做相关工作时，沿 袭传统开发方法，不按标准规范要求进行，且缺 乏管理和秩序，大多数工作依赖开发者个体行 为，导致整个工程后期管理混乱，维护困难。本 文主要分析综合监控系统的数据接口的特点，给 出基于软件平台的驱动型数据接口开发方式和基 图１以典型地铁车站综合监控系统为例，示 意了主要子系统以及联动系统之间的接口关系。 运营监控的目标是将所有机电系统视为一个有机 整体，当突发紧急事件时，整个系统能够在有限 的时间内通过系统之间的联锁关系自动调度相关 作业任务以及提供调度决策，而这一点恰好是分 离的独立系统缺陷所在。提出综合监控系统概念 以前，各个控制系统独立运行，主要问题表现 于通信协议转换模块的接口开发方法，并提出数 收稿日期：２０１２—０７—１５ 露Ｌ— 曩一一曩 霹 下 ｒＨ—————］Ｌ 囊曩Ｆ ］ 自动化 在：１）信息量交互有限，各个控制系统近于信息 孤岛，缺乏信息汇总点，不能做到自动全局调 度；２）联锁关系简单，紧急事件的处理结果完 端，在控制层实现数据交互，两个系统之间的连 接一般采用串行通讯方式，且须加人专门的控制 器设备：协议转换接口模块。该模块不但实现了 不同控制系统之间的数据通信协议转换，也兼作 通讯介质转换的功能。以深圳地铁５号线为例， ＦＡＳ系统的火灾报警信息就是通过ＨＭＳ公司生产 的ＡＢ７００６模块，实现了ＦＡＳ串行通讯总线到ＢＡＳ 全依赖于操作员的调度经验；３）在运营中要投人 大量系统维护和使用人员，运营成本增加。综合 监控系统很好地完成了各个系统之间的数据通信 和接口关系，实现各个系统之间资源共享和协同 工作，但是其信息交互和接口关系成为其系统难 点和重点 同轴电缆的转换，同时通过ＡＢ７００６编程实现 ＦＡＳ ＥＳＴ３通信协议到ＡＢ ＣｏｎｔｒｏｌＮＥＴ协议的转 换。ＢＡＳ与冷水机组、ＭＣＣ之间的接口以及 ＰＳＣＡＤＡ系统与１ ５００Ｖ保护、３５ｋＶ保护等系统之 间的接口均采用了该接口方式。 ２接口开发 ２．１驱动型接口 综合监控系统部署大型组态软件平台ｌ】。，，例 如：ＣＩＴＥＣＴ、ｉＦｉｘ等，其外部数据接口均是以 ＤＬＬ动态库封装的驱动型接口，有助于程序资源 ｌ ｌＳＣＳ主要数据接口关系示意图 共享，且节省内存。驱动升级时，只需要修改或 １－２接口分析 者替换原来的ＤＬＬ文件，ＤＬＬ动态库对软件平台 是透明的，即不需要对应用程序进行更新。Ｔ作 方式如图２所示。 根据接ｕ开发模式和接口逻辑位置，可将 ＩＳＣＳ的接口分为二类：一类是基于软件平台的驱 动型接口；另一类是基于控制网的协议转换模块 接口。 驱动接口是数据采集服务器（Ｉ／Ｏ Ｓｅｒｖｅｒ）的 ＩＳＣＳ在每个车站冗余设置２ 台前置处理机（ＦＥＰ），配置一 实时数据库 、 Ｔ 启动 Ｉ／Ｏ ＳＥＲＶＥＲ 索要数据连接项 返回数据连接项 向设备发出写数 内容 及参数 据指令 实时数据 上报 定数量的以太网口和串口，ＩＳＣＳ 通过ＦＥＰ获得被集成和互联系 统的数据，同样，也通过ＦＥＰ ｌ 上 Ｊｌ ， 完成发往被集成和互联系统的 数据和指令。ＦＥＰ上部署ＩＳＣＳ ｌ 实时数据库接口 Ｔ 写入设备的数据 数据刷新周期等 实时数据上报 参数 设备状态上报 Ｉ／ｏ ＳＥＲＶＥＲ 软件平台，通过基于软件平台 的驱动型接口实现以太网口和 Ｊ ｌ 任务调度 串行通讯口的数据读写。该方 式将ＩＳＣＳ与多个系统的接口统 一在一个物理界面上，便于管 理，同时降低了系统成本。以 深圳地铁５号线为例，ＩＳＣＳ与 ＡＦＣ、ＰＩＳ、ＰＳＤ、ＰＡ、ＣＬＫ等 发送 采集指令 数据分析校验 合法性检查 设备状态验证 数据合法性检 查、发送写指 令 写指令 结果回馈 系统接口均采用此方式。 另外一种接口方式是将接 入系统作为ＩＳＣＳ的一个被控 对数据连接项进 行分包 数据采集 数据输出 图２ 驱动型数据接口Ｔ作示意图 李剑波’等：综合监控系统的数据接口开发与应用 工业自 核心组件，按照通信协议的约定实现设备与数据 数据时，驱动接口将无暇进行数据采集，只能疲 服务器之间的数据交互。以查询型协议为例，由 于应付数据回写任务，可能导致重要数据或者报 驱动向设备周期性发送数据请求指令，并对返回 警信息的遗漏。 收据进行分析，分离出所需数据后写人实时数据 一个驱动可以同时处理多个具有相同通讯接 库；并将来自实时数据库的写指令进行组包后发 口和协议的同类设备，例如ＭＯＵＢＡＳ驱动可用于 送至终端设备。多数设备的通信协议都有若干类 处理多条串行总线上具有不同地址的所有设备。 读写指令，分别用来读写设备的不同类别或分区 但如果其中某个设备出现故障不能响应通讯，则 的数据，每一条指令可以读写同类别的多个数据 驱动要花费多余的时间等待其响应，以致减慢了 项。驱动接口将组态的数据项按照通信协议进行 整个系统的响应周期。因此驱动必须有意减少故 类别定义，把通过一条读写指令能够处理的数据 障设备的访问频次，当故障设备恢复正常后再将 项整合为一个数据包，大大提高通讯效率。驱动 设备的采集周期恢复原值。驱动开发和调试时， 对来自设备的数据进行预处理，对设定时间范围 必须正确设置设备数据采样周期，如果采样周期 内数值没有发生变化或者变化幅度没有超出设定 太快会引起设备死机或工作不正常，反之采样太 值的数据项，可以不向实时数据库传送或减少传 慢又会影响数据刷新速度，通常以满足香农定理 送次数，以进一步提高数据通讯的效率。 为基本原则。 驱动接口与实时数据库之间通常采用进程间 通常的设备通讯接口协议和数据点表中均会 通讯、共享内存或其他类似“订阅传送”、“越区 包含设备状态信息及其访问方法，监控软件直接 上送”等更为高效的自定义网络通讯方式，不仅 可以获取终端设备的状态信息；如果接口协议本 避免了通用协议的低效，也可保证系统内部数据 身不含有状态信息，则驱动接口程序必须将其自 安全。同时设备的故障信息得以及时上报，由报 身通讯的状态信息或者端口的工作状态即时上传 警服务器和界面交互系统产生系统报警。驱动接 至实时数据库和报警系统，如报文接收超时、端 口触发的报警信息均是重要的系统报警，如设备 口初始化失败等，均将作为系统报警显示以供工 掉电、物理链路损坏、通讯适配器故障等，必须 程师及时处理。 及时处理，否则会引起更为严重的后果。 ２＿２协议转换模块 驱动接口要实现数据格式转换功能，即把来 协议转换模块，也称之为网关，用于实现不 自设备的直接采集值转换成实时数据库需要的工 同传输介质或者通信协议的系统之间的数据交 程值（实型、整型等），反之亦然。同时要做是否 互，即在不同网络之间，对数据进行对应的格式 越界等合法性检查，以避免操作人员得到错误的 转换和重新打包，使得模块两侧的不同网络能够 数据或者将错误数据输出至终端设备，导致设备 相互理解和通讯。 不合理动作。为提高接口通讯效率，且防止误写 设计完整的协议转换模块，应当集成ＯＳＩ模 误读，通常将数据划分为只读、只写、可读写三 型１至７层的全部内容，真正意义上实现两种网络 种类型。 之间的数据翻译和交互。工业现场设备通常提供 驱动接口对来自操作员的回写指令必须做严 ＲＳ一２３２／４２２／４８５接口，控制系统通常配置工业总 格的合法性检查以避免设备被不合理控制，如是 线或者或工业以太网，通过“串口网关”来实现 否可写、是否越界、预置条件是否满足等。建议 两者之间的衔接。例如：瑞典ＨＭＳ公司的Ａｎｙｂｕｓ 回写数据频率不要大于采样频率，由于所有驱动 系列协议转换串行网关，可以转换非联网的、具 接口和实时数据库都是优先执行写操作，当实时 有串行接口的自动化设备到所有主流的工业网 数据库有回写数据的任务时，驱动接口将数据采 络，能够转换几乎所有标准的或用户自定义的协 集任务暂停或者先放人指令缓冲区，优先保证写 议。 指令的执行，且驱动将花费较长时间用于等待设 协议转换模块，通常利用数据公共缓存区的 备执行指令的反馈。当实时数据库频繁大量回写 方式来解决转换问题。以串口网关为例，从串口 （下转第ｌｌ４页） Ｌ ［ 技术 和触摸屏完成对注塑机的控制，把两种常用工控 化，２００４，２６（２）：４５—４８． 设备有机组合，在控制上充分发挥各设备优点 利用梯形罔设计了手动控制，利用ＳＦＣ流程图编 写了自动／半自动程序，充分发挥ｊ菱ＰＬＣ编程的 Ｅ２］倪卫涛．基于ＰＬＣ控制的注塑机自动调模的实现 …・机电工程，２００６，２３（１０）：５５—６２・ ～ 控并根据手动操作得到的数据，对数据进行设 妻 塑 鉴奎 美 ： 一 ，：’ 。 一……、 …… ～… …“ 嚣，同时统计产品数量，完成基本监控。 参考文献： ｌ １』陶亦亦．注塑机的ＰＣＣ控制系统［Ｊ］．电气传动自动 （上接第４ｌ页） ｍ据 知 、 来的现场数据被映射到网关本地的一个公共存储 中，网关可以通过设定特定参数来区分公共缓 难，接续性能差。 因此，加快制定综合监控系统的接口技术标 冲 中的纯数据信息和指令控制信息。其中，纯 数据信息将被自动映射到另一侧网络的传输层或 者应用层，可以被网络上其他节点所接收和理 解。当数据反向时，处理流程也同步反向。该方 案的优点就是协议转换模块在各自网络上均相当 于一个网络设备，公共缓冲区就是双方的通用语 言和翻译官。 ２．３接口标准化 准的同时，设计单位、集成商、施工单位和用户 单位均应以标准化为目标，力争在设计、招标、 接口联络等各个环节中严把技术关，采用标准通 讯介质，推广标准化通信协议。或者以运营为主 体制定适应于Ｔ程实际的企业标准，在技术规范 书中明确接口规范，根据自身运营实际情况，形 成具有延续性的标准化特色。只有这样，标准化 才能得以逐步贯彻；ＩＳＣＳ系统的稳定运行才能得 综合监控系统与机电、火灾、电力等数十个 到充分而有力的保障。 专业系统实现数据接口通讯，在目前的工程实施 中，被集成与互联系统的智能设备提供的接口大 多数不能提供标准统一的通信协议。造成这一状 况，最直接原因在于各个系统或者设备的生产厂 家出于维护自身产业链或者占有行业市场，研发 重点放在产品和系统本身，而故意放弃或者忽视 系统与其他产品之间的兼容性。再者，某些系统 完全依赖于进ＩＺｌ，接口方式不符合国标或者行业 标准，而集成商对其核心技术掌握不够深入导致 没有能力和技术对其系统改造升级和接Ｅｌ开发。 第三点，国内的接口开发工程师，多由现场工程 师转变而来，自由度较大，且对标准化和接口规 范化理解不到位，即使针对标准化的接口和协 ， ３结语 综合监控系统是轨道交通系统工程中重要的 控制系统之一，其实施难点在于专业面广、接口 众多、标准不一，几乎涉及所有控制相关专业， 管理风险大，而且项目实施过程中，接口变化最 多，因此，制定完善的接１５开发方案，并制定统 一的标准化接１５１管理制度是保证综合监控系统顺 利实施的关键。 参考文献： ［１］巍晓东．地铁综合监控系统建设关键问题分析［Ｊ］． 自动化博览，２００９（５）：１４—３７． ［２］王凯杰・城市轨道交通综合监控系统的设计思路 …・现代城市轨道交通，２０１１（ ）：２９一 ・ 素质差异，也将导致通讯接口千差万别。这些原 因均造成现场进行系统调试时，总会遇到由于接 Ｉ７１问题而造成通讯不畅甚至不通的问题，加之国 第一出紊 苎皂 解孳荸璧煮开墨 … ．‘釜 ‘一 统２０中１的２数（３据）：交７９互－８共１．享方案研究 作者简介：李剑波，男，ｌ９７９年生，山西长治人，硕 ，内项目工期紧张，这些问题通常都南工程人员临 时摸索，现编代码等方式临时应付，最终造成综 合监控系统接口紊乱的现状，导致运营维护困 士Ｔ程师。研究领域：轨道交通智能控制技术及计算机 应用。已发表论文２篇。 （编辑：向飞） 厂＿■厂 Ｔ＿＿