劉 雋 孫 洋 張 華

1 運維融合

新一代編組站綜合自動化系統(tǒng) (Synthetic Automation of Marshalling Yard,簡稱 SAM)是建立在鐵路信號、自動控制、計算機、網(wǎng)絡通信、信息、自動識別等技術基礎之上,通過信息集成與整合,加上智能決策和調(diào)度信息綜合運用,實現(xiàn)編組站高度自動化的復雜系統(tǒng)。

SAM系統(tǒng)的目標是以 “局站、管控、運維”融合為設計原則,以信息整合、完善、流暢與共享為核心,實現(xiàn)編組站運輸生產(chǎn)指揮智能化、信息化和自動化。

運行與維護融合,是指控制系統(tǒng)由電務部門負責日常管理和維護,突出電務部門在控制方面管理的專業(yè)性,實行集中、分控管理的原則。在日常運行和維護管理中,使用統(tǒng)一的安全監(jiān)控和管理平臺,進行機房、系統(tǒng)平臺、網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫和信息安全的實時監(jiān)控,最大限度地揚專業(yè)之長,避非專業(yè)介入之短,確保系統(tǒng)可靠運行。

由此可見,電務維護手段的信息化和自動化是實現(xiàn)運維融合的基礎,專用的電務維護子系統(tǒng)必不可少。

2 功能需求

經(jīng)過廣泛的現(xiàn)場調(diào)研,電務維護子系統(tǒng)應該為用戶提供以下主要功能。

1.實時數(shù)據(jù)記錄。對 SAM系統(tǒng)內(nèi)軟硬件設備狀態(tài)、運行過程的數(shù)據(jù)實時記錄。

2.實時數(shù)據(jù)展示。將 SAM系統(tǒng)內(nèi)設備狀態(tài)與報警信息實時展示給用戶。

3.歷史記錄查詢服務。對外提供記錄數(shù)據(jù)的查詢服務。

4.歷史記錄查詢展示。在特定終端上以回放或統(tǒng)計報表的形式向用戶展示查詢結(jié)果。

5.對外數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。以高效、穩(wěn)定、安全的方式向微機監(jiān)測系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)報警信息。

3 分析與設計

通過對功能需求進行分析可以看出,電務維護子系統(tǒng)既要長期存儲大量實時運行數(shù)據(jù),又要具備對各類數(shù)據(jù)的快速查詢功能;既要響應用戶的人工操作,又要為用戶提供數(shù)據(jù)展示界面;既要對SAM系統(tǒng)內(nèi)的設備狀態(tài)進行監(jiān)控,又要向外部系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)相關數(shù)據(jù);既涉及網(wǎng)絡通信,又包含串行通信。為了確保 SAM系統(tǒng)整體的可用性和穩(wěn)定性,維護子系統(tǒng)應該與核心部分保持松耦合的關系,確保子系統(tǒng)內(nèi)的故障不會傳播給 SAM系統(tǒng)其他部分。

SAM屬于鐵路實時調(diào)度指揮系統(tǒng),因此在運行過程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù) (碼位、計劃、報點、追蹤、業(yè)務操作、設備狀態(tài)、報警等等)每時每刻都通過 SAM局域網(wǎng)源源不斷地傳遞過來,這就要求電務維護子系統(tǒng)能夠 7×24 h不間斷地實現(xiàn)對這些數(shù)據(jù)的接收、解析、分類、存儲和轉(zhuǎn)發(fā),并且要做到準確無誤。而電務維護人員一般會在當班的特定時段或者特定情況下,利用維護系統(tǒng)的人機界面,執(zhí)行對數(shù)據(jù)的查詢和展示操作,但通常不會進行長時間連續(xù)不斷的操作。

依據(jù)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)和人員操作的不同特點,分別對2類情況進行有針對性的設計。

從上述分析中可以得出結(jié)論:電務維護子系統(tǒng)適宜采用三層軟件結(jié)構,即數(shù)據(jù)訪問層、服務層和展現(xiàn)層。如圖 1所示。

數(shù)據(jù)訪問層包括了數(shù)據(jù)庫訪問、網(wǎng)絡訪問、串口訪問等模塊。服務層包括了數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)查詢等模塊。展現(xiàn)層包括了用戶操作、實時數(shù)據(jù)顯示、查詢結(jié)果顯示等模塊。這三層結(jié)構中的模塊與用戶對系統(tǒng)的功能需求就構成了相互對應的關系。

在具體的軟件設計中,三層結(jié)構是由客戶端-服務器架構 (Client/Server,簡稱 C/S架構)來實現(xiàn)的。在服務器軟件中實現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問層、服務層;而在客戶端軟件中實現(xiàn)展示層,外加一部分數(shù)據(jù)庫訪問接口。

選擇 C/S架構,是因為這種架構有以下特點:C/S架構的界面和操作可以很豐富;系統(tǒng)安全性能可以很容易保證;系統(tǒng)響應速度較快;適合于在局域網(wǎng)中應用;用戶群比較固定。這些都能夠很好地滿足用戶對系統(tǒng)的功能性和非功能性需求。

另外,為了在設計中體現(xiàn)松耦合的特點,電務維護子系統(tǒng)使用獨立的關系型企業(yè)級數(shù)據(jù)庫;與SAM系統(tǒng)核心部分的信息交換采用基于高速局域網(wǎng)的通信方式;信息流也是單向地從核心部分發(fā)送給維護子系統(tǒng)。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

在系統(tǒng)實現(xiàn)與部署方面,服務器軟件需要部署在高性能的硬件服務器上,提供無用戶界面的后臺服務。配合數(shù)據(jù)庫軟件,就能夠長時間、不間斷、穩(wěn)定地執(zhí)行數(shù)據(jù)接收、解析、分類、存儲和轉(zhuǎn)發(fā)任務。客戶端軟件應該部署在工業(yè)級 PC機上,提供電務維護界面與用戶進行交互,以服務器為后方服務支撐平臺,通過友好的圖形、表格等方式向維護人員集中展示 SAM系統(tǒng)運行的實時和歷史數(shù)據(jù)。圖 2是系統(tǒng)硬件部署連接圖。

圖 2中,圍欄范圍內(nèi)的設備就是電務維護子系統(tǒng),這里表明的是與 SAM其他部分以及外部系統(tǒng)的連接關系。在系統(tǒng)外,以串口通信這種安全接口方式與微機監(jiān)測系統(tǒng)相連。在系統(tǒng)內(nèi),以 UDP方式實現(xiàn)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸;以 ODBC網(wǎng)絡連接方式執(zhí)行數(shù)據(jù)查詢操作。

圖 2 硬件部署連接關系圖

硬件服務器被命名為系統(tǒng)維護服務器,其中的服務器軟件實現(xiàn)了數(shù)據(jù)接收、分類、存儲、轉(zhuǎn)發(fā)及查詢等功能;硬件客戶端被命名為電務維護終端,其中的客戶端軟件實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)查詢等功能。圖 3表明了軟件部署方式以及數(shù)據(jù)的流向。

圖 3 軟件部署與數(shù)據(jù)流向

在電務維護子系統(tǒng)中采用 C/S架構,既保證了前臺客戶端與后臺服務器之間相對的獨立性,又通過網(wǎng)絡連接保證了其間的聯(lián)系?？紤]到系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性,服務器與客戶端軟件分別運行在不同的計算機上;對于客戶端,圖形實時顯示、數(shù)據(jù)查詢也是由不同的程序來獨立實現(xiàn)的,這樣做是為了充分利用 Windows操作系統(tǒng)對應用程序進程的保護機制,達到程序之間的運行互不影響的目的。這些也是松耦合設計思路的體現(xiàn)。圖 4顯示了電務維護子系統(tǒng)在整個 SAM系統(tǒng)中所處的位置。

圖 4 電務維護子系統(tǒng)在SAM系統(tǒng)中的位置

SAM系統(tǒng)的特點是高度自動化,因此電務維護子系統(tǒng)也是以自動化方式實現(xiàn)了大部分功能。其中,服務器實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的自動采集、自動分類、自動存儲,而全部數(shù)據(jù)經(jīng)過自動篩選后,將電務維護相關的實時信息(站場表示信息和設備狀態(tài)信息)自動轉(zhuǎn)發(fā)給客戶端;客戶端則實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的自動圖形化顯示、自動判斷運行狀態(tài)、自動報警提示。

5 未來的改進

軟件系統(tǒng)都是隨著用戶需求的變化而不斷地改進、升級,逐步達到完善狀態(tài)的。SAM電務維護子系統(tǒng)也不例外。通過收集現(xiàn)場電務維護人員的反饋意見,下一階段維護子系統(tǒng)的開發(fā)就是在服務器軟件中增加 “統(tǒng)計與分析”模塊,提高對既有數(shù)據(jù)的利用率,充分挖掘數(shù)據(jù)中隱含的規(guī)律;而客戶端軟件為維護人員提供方便易用的遠程維護工具,以便能夠降低維護工作強度,同時將以更豐富的形式對數(shù)據(jù)進行展示,并增加語音提示報警功能,提高用戶界面的友好性。

6 結(jié)論

SAM電務維護子系統(tǒng)是依照規(guī)范的軟件工程方法,進行分析、設計與實現(xiàn)。三層結(jié)構、C/S架構、松耦合設計都是軟件設計與開發(fā)實踐的重點。

經(jīng)過現(xiàn)場運用的檢驗,本設計和實現(xiàn)方案證明是切實可行的,實現(xiàn)了運維融合的系統(tǒng)目標。這次探索與嘗試也將為今后的鐵路調(diào)度指揮系統(tǒng)設計與開發(fā)提供有益的借鑒。

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(責任編輯:張 利)