黃 華 ，龍萬(wàn)葵 ，張 華 ，張興波 ，韓在峰 ，魏丙濤 ，張晨鐘

（1.南寧鐵路局工程管理所，廣西 南寧 530029；2.北京國(guó)際系統(tǒng)控制有限公司，北京 100083；3.北京六所和瑞科技發(fā)展有限公司，北京 100083）

結(jié)合當(dāng)今最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，并綜合考慮當(dāng)今鐵路牽引供電遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的需求和未來(lái)的發(fā)展，利用ArchestrA技術(shù)自主研制開發(fā)一套高可靠、高性能的牽引供電遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，可用于客運(yùn)專線的供電系統(tǒng)監(jiān)控。

1 ArchestrA技術(shù)介紹

ArchestrA是一個(gè)全面的自動(dòng)化和信息軟件的架構(gòu)，可以使用軟件對(duì)象迅速地搭建應(yīng)用軟件，而無(wú)需編程。模板對(duì)象可以按照需要任意創(chuàng)建，然后重復(fù)使用或者稍加修改就可以用它們搭建新的應(yīng)用程序，這樣節(jié)省了大量時(shí)間并且降低開發(fā)成本。

基于ArchestrA技術(shù)實(shí)現(xiàn)的監(jiān)控系統(tǒng)由以下配置及部署組件構(gòu)成：

（1）集中的對(duì)象庫(kù) GR（Galaxy Repository）：Galaxy 數(shù)據(jù)庫(kù)包含整個(gè)生產(chǎn)環(huán)境和運(yùn)行應(yīng)用程序的所有計(jì)算機(jī)和組件。Galaxy是一個(gè)集平臺(tái)、引擎、模板、實(shí)例以及為特定應(yīng)用程序定義的屬性為一體的集合[1]，如圖1所示。

（2）集成開發(fā)環(huán)境IDE（IntegratedDevelopmentEnvironment）：是用來(lái)配置ArchestrA對(duì)象并將其部署到目標(biāo)計(jì)算機(jī)的集成設(shè)計(jì)和開發(fā)工具。利用IDE可以創(chuàng)建、配置和維護(hù)應(yīng)用程序和支持應(yīng)用程序的底層架構(gòu)。

（3）對(duì)象部署服務(wù)程序（Bootstrap）：基本的 ArchestrA服務(wù)，所有需要運(yùn)行基于ArchestrA技術(shù)程序的電腦均要安裝Bootstrap。Bootstrap提供了基本的軟件環(huán)境來(lái)激活平臺(tái)，并允許任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)包含在Galaxy命名空間中。

本質(zhì)上，構(gòu)建于并集成ArchestrA技術(shù)的Wonderware生產(chǎn)和績(jī)效管理軟件解決方案能夠使設(shè)計(jì)、建立、部署和維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的、安全的解決方案成為可能，它可以在非常低的系統(tǒng)生命周期成本之下帶來(lái)足夠的投資回報(bào)。

圖1 Galaxy集合

2 ArchestrA技術(shù)在遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 對(duì)象模板設(shè)計(jì)

ArchestrA技術(shù)核心的一個(gè)概念是應(yīng)用對(duì)象（ApplicationObject），包括模板和實(shí)例兩種類型對(duì)象：模板是應(yīng)用服務(wù)器中的元素，其包含了在應(yīng)用中多次使用的對(duì)象實(shí)例的通用配置參數(shù)；實(shí)例是實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中的特定設(shè)備。實(shí)例從模板創(chuàng)建并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求定制具體的特殊實(shí)例。

創(chuàng)建模板和實(shí)例與面向?qū)ο缶幊谭浅Ｏ嗨?。例如，模板和?shí)例之間也存在著父、子間的繼承關(guān)系[2]。

鐵路牽引供電遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)在功能上主要包括三遙（遙信、遙測(cè)、遙控）和保護(hù)功能。其中每一項(xiàng)的基本功能均保持一致。這樣，利用ArchestrA技術(shù)的模板功能，實(shí)現(xiàn)各自的系統(tǒng)功能。各類模板被一次設(shè)計(jì)與創(chuàng)建之后可重復(fù)使用，大大降低了共同模型的復(fù)雜性，減少了工程人員的工作量。如圖2所示，父模板設(shè)置各功能共有的功能，例如設(shè)置I/O數(shù)據(jù)綁定功能等，子模板根據(jù)功能的不同設(shè)計(jì)不同的工作模式，例如三遙和保護(hù)功能等。

圖2 功能模板設(shè)計(jì)

2.2 報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.1 報(bào)警供應(yīng)器

報(bào)警供應(yīng)器跟蹤報(bào)警項(xiàng)（即可進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)的項(xiàng)目），并向分布式報(bào)警系統(tǒng)提供這些項(xiàng)目的列表，包括有關(guān)任何項(xiàng)目分組層次結(jié)構(gòu)的信息。在報(bào)警項(xiàng)的狀態(tài)改變時(shí)，報(bào)警供應(yīng)器通知分布式報(bào)警系統(tǒng)。狀態(tài)改變包括項(xiàng)目是進(jìn)入還是脫離報(bào)警狀態(tài)，以及是否已確認(rèn)最新的報(bào)警。

在基于ArchestrA技術(shù)的Wonderware平臺(tái)中，充當(dāng)報(bào)警供應(yīng)器的是WinPlatform對(duì)象，但需要對(duì)其做必要的配置。

在WinPlatform對(duì)象的配置頁(yè)中，如圖3所示，選擇“Enable InTouch alarm provider”復(fù)選框，將“Alarm areas”填上該WinPlatform下的所有Area的全名，這樣該平臺(tái)被注冊(cè)為報(bào)警供應(yīng)器，其感知本平臺(tái)下的所有報(bào)警并向Wonderware分布式報(bào)警系統(tǒng)提供報(bào)警。

圖3 報(bào)警供應(yīng)器配置

2.2.2 報(bào)警組

在ArchestrA報(bào)警系統(tǒng)中，報(bào)警以組為單位進(jìn)行劃分，以便更輕松地進(jìn)行跟蹤與管理。報(bào)警組可以是生產(chǎn)的不同區(qū)域、設(shè)備的各個(gè)部件、操作員的責(zé)任或生產(chǎn)過(guò)程的邏輯區(qū)分。

在 Wonderware平臺(tái)中，以區(qū)域（Area）對(duì)象為報(bào)警組的最小單位，其可以有嵌套。在鐵路牽引供電遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)中，按照鐵路線為單位劃分監(jiān)控單元，劃分報(bào)警分組為3個(gè)層次，分別為調(diào)度中心、調(diào)度臺(tái)、特定線路。這樣劃分，為報(bào)警接收器的設(shè)計(jì)提供了方便。

2.2.3 報(bào)警接收器

報(bào)警接收器向分布式報(bào)警系統(tǒng)提供一組查詢，確定它希望收到其通知的報(bào)警項(xiàng)。在報(bào)警接收器更改或刪除查詢之前，保持活動(dòng)狀態(tài)，并指定報(bào)警供應(yīng)器或報(bào)警組。只要報(bào)警供應(yīng)器發(fā)出變化通知，分布式報(bào)警系統(tǒng)便檢查與注冊(cè)任何匹配的報(bào)警，然后將更新傳遞給相應(yīng)的報(bào)警接收器。在收到更新時(shí)，報(bào)警接收器顯示或記錄同項(xiàng)目的狀態(tài)或其轉(zhuǎn)換有關(guān)的信息。確認(rèn)報(bào)警后，報(bào)警接收器發(fā)送確認(rèn)通知給分布式報(bào)警系統(tǒng)。

Alarm DB Logger是另一種形式上的報(bào)警接收器，按周期性的間隔將智能緩存中的內(nèi)容作為報(bào)警與事件記錄寫入報(bào)警數(shù)據(jù)庫(kù)。其過(guò)程如圖4所示。

圖4 報(bào)警存庫(kù)過(guò)程

2.3 安全設(shè)計(jì)

鐵路牽引供電遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的安全不僅關(guān)系到電氣化鐵路的安全運(yùn)營(yíng)，更關(guān)系到鐵路行業(yè)的整體形象。本系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)具體體現(xiàn)在用戶權(quán)限的分配。

2.3.1 ArchestrA安全模式

在ArchestrA環(huán)境中，安全性不僅控制用戶訪問(wèn)的接口，而且控制訪問(wèn)的對(duì)象屬性及它們所代表的數(shù)據(jù)。

在GR中，每個(gè)Galaxy管理自己的安全模式，如圖5所示。Galaxy具有以下所示的三級(jí)安全模式：

（1）與特定角色相關(guān)聯(lián)的用戶；

（2）與特定的映射到安全組的系統(tǒng)管理、配置、運(yùn)行時(shí)（操作）權(quán)限等相關(guān)聯(lián)的角色；

（3）與Galaxy中特定對(duì)象相關(guān)聯(lián)的安全組。

圖5 ArchestrA安全模式

默認(rèn)的Galaxy安全模型包括：

（1）兩個(gè)用戶：默認(rèn)用戶（DefaultUser）和管理員（Administrator），均具有全部操作權(quán)限；

（2）一個(gè)命名為 Default的安全組；

（3）兩個(gè)安全角色：默認(rèn)（Default）和管理員（Administrator），均具有全部的權(quán)限。

安全模型定義了一種級(jí)聯(lián)模型，用戶與特定角色相關(guān)聯(lián)，角色與特定安全組相關(guān)聯(lián)，安全組與特定對(duì)象相關(guān)聯(lián)。運(yùn)行中的對(duì)象之間、行為之間、進(jìn)程之間的權(quán)限均可以不同。

2.3.2 安全認(rèn)證模式

為了便于Galaxy的移植，本系統(tǒng)采用Galaxy安全認(rèn)證模式：使用本地Galaxy配置進(jìn)行身份驗(yàn)證。指定有關(guān)Galaxy的安全性并包含在特定的Galaxy級(jí)別之上。當(dāng)用戶登錄之后，檢查安全證書，在Galaxy級(jí)別上賦予訪問(wèn)活動(dòng)區(qū)域的權(quán)限。

2.3.3 安全組

Galaxy中的每一個(gè)對(duì)象唯一地屬于一個(gè)安全組。可以根據(jù)實(shí)際需求創(chuàng)建和管理安全組。每個(gè)安全組可以映射到一個(gè)或多個(gè)角色。安全組確定了該角色是否具有訪問(wèn)該組對(duì)象的權(quán)限。

本系統(tǒng)中，保留系統(tǒng)默認(rèn)的名為 “Default”的安全組，Galaxy中所有對(duì)象均默認(rèn)被包含在這個(gè)安全組中。

2.3.4 角色

系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際組織架構(gòu)和工作需求來(lái)創(chuàng)建和管理用戶角色。系統(tǒng)創(chuàng)建時(shí)默認(rèn)有兩個(gè)角色：默認(rèn)（Default）和管理員（Administrator），均具有全部的權(quán)限。

本系統(tǒng)新增4種安全角色，分別為查看（Viewer）、操作（Operator）、管理（Manager）和開發(fā)（Developer），根據(jù)每個(gè)角色的職責(zé)確定其通用權(quán)限及操作權(quán)限。

2.3.5 用戶

在Galaxy認(rèn)證模式下，通過(guò)增加用戶名來(lái)擴(kuò)展用戶個(gè)數(shù)，并分別指定到各自的角色中。

默認(rèn)用戶（DefaultUser）被設(shè)計(jì)為最低權(quán)限用戶。按需求為每種角色增加不同的用戶，以方便不同角色的操作員登錄系統(tǒng)進(jìn)行不同權(quán)限的操作。

3 遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)

本系統(tǒng)采用ArchestrA技術(shù)搭建，具備以下特點(diǎn)：

（1）利用單一的模型建立直觀的設(shè)備模型，消除了不協(xié)調(diào)的操作實(shí)踐，支持簡(jiǎn)化的一致性操作運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了操作與界面風(fēng)格的一致性；

（2）基于模板對(duì)象的開發(fā)和維護(hù)，模板被一次設(shè)計(jì)與創(chuàng)建之后，類似功能可重復(fù)使用，降低了共同模型的復(fù)雜性；

（3）集成和集中的安全策略，確保操作的安全；

（4）簡(jiǎn)便靈活的報(bào)警系統(tǒng)，集報(bào)警生成、顯示、存儲(chǔ)、輸出為一體；

（5）靈活的數(shù)據(jù)連通性，包括歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)、維護(hù)系統(tǒng)等；

（6）靈活的部署和負(fù)載分配，能夠做到負(fù)載均衡；

（7）智能性和可靠性，利用強(qiáng)大的分布式體系架構(gòu)，管理節(jié)點(diǎn)可通過(guò)其他計(jì)算機(jī)進(jìn)行備份，兩個(gè)管理節(jié)點(diǎn)可互相備份；

（8）集中的開發(fā)、部署與維護(hù)，保持系統(tǒng)的一致性。

基于ArchestrA技術(shù)實(shí)現(xiàn)了牽引供電遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，供電調(diào)度人員可以通過(guò)該系統(tǒng)對(duì)各被控站供電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，進(jìn)行單獨(dú)遙控、程序遙控、復(fù)歸操作等控制操作。利用數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，能自動(dòng)生成各類報(bào)表，可實(shí)現(xiàn)故障分類及查詢功能，調(diào)度員能及時(shí)掌握牽引供電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。從而大大提高了工作效率和操作安全性，提升了管理能力。

[1]秦承剛，程林峰.Wonderware工控軟件的應(yīng)用及分析[J].中國(guó)設(shè)備工程，2005（3）：28-30.

[2]楊艷.基于Wonderware的鋼廠能源信息管理系統(tǒng)的研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2008.