SAM系統(tǒng)電務(wù)維護(hù)功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉 雋 孫 洋 張 華

1 運(yùn)維融合

新一代編組站綜合自動(dòng)化系統(tǒng) (Synthetic Automation of Marshalling Yard,簡(jiǎn)稱 SAM)是建立在鐵路信號(hào)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、信息、自動(dòng)識(shí)別等技術(shù)基礎(chǔ)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(yùn)用,實(shí)現(xiàn)編組站高度自動(dòng)化的復(fù)雜系統(tǒng)。

SAM系統(tǒng)的目標(biāo)是以 “局站、管控、運(yùn)維”融合為設(shè)計(jì)原則,以信息整合、完善、流暢與共享為核心,實(shí)現(xiàn)編組站運(yùn)輸生產(chǎn)指揮智能化、信息化和自動(dòng)化。

運(yùn)行與維護(hù)融合,是指控制系統(tǒng)由電務(wù)部門負(fù)責(zé)日常管理和維護(hù),突出電務(wù)部門在控制方面管理的專業(yè)性,實(shí)行集中、分控管理的原則。在日常運(yùn)行和維護(hù)管理中,使用統(tǒng)一的安全監(jiān)控和管理平臺(tái),進(jìn)行機(jī)房、系統(tǒng)平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫和信息安全的實(shí)時(shí)監(jiān)控,最大限度地?fù)P專業(yè)之長,避非專業(yè)介入之短,確保系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

由此可見,電務(wù)維護(hù)手段的信息化和自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)運(yùn)維融合的基礎(chǔ),專用的電務(wù)維護(hù)子系統(tǒng)必不可少。

2 功能需求

經(jīng)過廣泛的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,電務(wù)維護(hù)子系統(tǒng)應(yīng)該為用戶提供以下主要功能。

1.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄。對(duì) SAM系統(tǒng)內(nèi)軟硬件設(shè)備狀態(tài)、運(yùn)行過程的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄。

2.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示。將 SAM系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備狀態(tài)與報(bào)警信息實(shí)時(shí)展示給用戶。

3.歷史記錄查詢服務(wù)。對(duì)外提供記錄數(shù)據(jù)的查詢服務(wù)。

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

5.對(duì)外數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。以高效、穩(wěn)定、安全的方式向微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)警信息。

3 分析與設(shè)計(jì)

通過對(duì)功能需求進(jìn)行分析可以看出,電務(wù)維護(hù)子系統(tǒng)既要長期存儲(chǔ)大量實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù),又要具備對(duì)各類數(shù)據(jù)的快速查詢功能;既要響應(yīng)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(duì)SAM系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,又要向外部系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)相關(guān)數(shù)據(jù);既涉及網(wǎng)絡(luò)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(hù)子系統(tǒng)應(yīng)該與核心部分保持松耦合的關(guān)系,確保子系統(tǒng)內(nèi)的故障不會(huì)傳播給 SAM系統(tǒng)其他部分。

SAM屬于鐵路實(shí)時(shí)調(diào)度指揮系統(tǒng),因此在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù) (碼位、計(jì)劃、報(bào)點(diǎn)、追蹤、業(yè)務(wù)操作、設(shè)備狀態(tài)、報(bào)警等等)每時(shí)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(wù)維護(hù)子系統(tǒng)能夠 7×24 h不間斷地實(shí)現(xiàn)對(duì)這些數(shù)據(jù)的接收、解析、分類、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā),并且要做到準(zhǔn)確無誤。而電務(wù)維護(hù)人員一般會(huì)在當(dāng)班的特定時(shí)段或者特定情況下,利用維護(hù)系統(tǒng)的人機(jī)界面,執(zhí)行對(duì)數(shù)據(jù)的查詢和展示操作,但通常不會(huì)進(jìn)行長時(shí)間連續(xù)不斷的操作。

依據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和人員操作的不同特點(diǎn),分別對(duì)2類情況進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)。

從上述分析中可以得出結(jié)論:電務(wù)維護(hù)子系統(tǒng)適宜采用三層軟件結(jié)構(gòu),即數(shù)據(jù)訪問層、服務(wù)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(luò)訪問、串口訪問等模塊。服務(wù)層包括了數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、查詢結(jié)果顯示等模塊。這三層結(jié)構(gòu)中的模塊與用戶對(duì)系統(tǒng)的功能需求就構(gòu)成了相互對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

在具體的軟件設(shè)計(jì)中,三層結(jié)構(gòu)是由客戶端-服務(wù)器架構(gòu) (Client/Server,簡(jiǎn)稱 C/S架構(gòu))來實(shí)現(xiàn)的。在服務(wù)器軟件中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問層、服務(wù)層;而在客戶端軟件中實(shí)現(xiàn)展示層,外加一部分?jǐn)?shù)據(jù)庫訪問接口。

選擇 C/S架構(gòu),是因?yàn)檫@種架構(gòu)有以下特點(diǎn):C/S架構(gòu)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(yīng)速度較快;適合于在局域網(wǎng)中應(yīng)用;用戶群比較固定。這些都能夠很好地滿足用戶對(duì)系統(tǒng)的功能性和非功能性需求。

另外,為了在設(shè)計(jì)中體現(xiàn)松耦合的特點(diǎn),電務(wù)維護(hù)子系統(tǒng)使用獨(dú)立的關(guān)系型企業(yè)級(jí)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(hù)子系統(tǒng)。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與部署方面,服務(wù)器軟件需要部署在高性能的硬件服務(wù)器上,提供無用戶界面的后臺(tái)服務(wù)。配合數(shù)據(jù)庫軟件,就能夠長時(shí)間、不間斷、穩(wěn)定地執(zhí)行數(shù)據(jù)接收、解析、分類、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)。客戶端軟件應(yīng)該部署在工業(yè)級(jí) PC機(jī)上,提供電務(wù)維護(hù)界面與用戶進(jìn)行交互,以服務(wù)器為后方服務(wù)支撐平臺(tái),通過友好的圖形、表格等方式向維護(hù)人員集中展示 SAM系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)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(shè)備就是電務(wù)維護(hù)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(guān)系。在系統(tǒng)外,以串口通信這種安全接口方式與微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相連。在系統(tǒng)內(nèi),以 UDP方式實(shí)現(xiàn)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸;以 ODBC網(wǎng)絡(luò)連接方式執(zhí)行數(shù)據(jù)查詢操作。

圖 2 硬件部署連接關(guān)系圖

硬件服務(wù)器被命名為系統(tǒng)維護(hù)服務(wù)器,其中的服務(wù)器軟件實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)接收、分類、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)及查詢等功能;硬件客戶端被命名為電務(wù)維護(hù)終端,其中的客戶端軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(wù)維護(hù)子系統(tǒng)中采用 C/S架構(gòu),既保證了前臺(tái)客戶端與后臺(tái)服務(wù)器之間相對(duì)的獨(dú)立性,又通過網(wǎng)絡(luò)連接保證了其間的聯(lián)系。考慮到系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性,服務(wù)器與客戶端軟件分別運(yùn)行在不同的計(jì)算機(jī)上;對(duì)于客戶端,圖形實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)查詢也是由不同的程序來獨(dú)立實(shí)現(xiàn)的,這樣做是為了充分利用 Windows操作系統(tǒng)對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)程的保護(hù)機(jī)制,達(dá)到程序之間的運(yùn)行互不影響的目的。這些也是松耦合設(shè)計(jì)思路的體現(xiàn)。圖 4顯示了電務(wù)維護(hù)子系統(tǒng)在整個(gè) SAM系統(tǒng)中所處的位置。

圖 4 電務(wù)維護(hù)子系統(tǒng)在SAM系統(tǒng)中的位置

SAM系統(tǒng)的特點(diǎn)是高度自動(dòng)化,因此電務(wù)維護(hù)子系統(tǒng)也是以自動(dòng)化方式實(shí)現(xiàn)了大部分功能。其中,服務(wù)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、自動(dòng)分類、自動(dòng)存儲(chǔ),而全部數(shù)據(jù)經(jīng)過自動(dòng)篩選后,將電務(wù)維護(hù)相關(guān)的實(shí)時(shí)信息(站場(chǎng)表示信息和設(shè)備狀態(tài)信息)自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)給客戶端;客戶端則實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的自動(dòng)圖形化顯示、自動(dòng)判斷運(yùn)行狀態(tài)、自動(dòng)報(bào)警提示。

5 未來的改進(jìn)

軟件系統(tǒng)都是隨著用戶需求的變化而不斷地改進(jìn)、升級(jí),逐步達(dá)到完善狀態(tài)的。SAM電務(wù)維護(hù)子系統(tǒng)也不例外。通過收集現(xiàn)場(chǎng)電務(wù)維護(hù)人員的反饋意見,下一階段維護(hù)子系統(tǒng)的開發(fā)就是在服務(wù)器軟件中增加 “統(tǒng)計(jì)與分析”模塊,提高對(duì)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(hù)人員提供方便易用的遠(yuǎn)程維護(hù)工具,以便能夠降低維護(hù)工作強(qiáng)度,同時(shí)將以更豐富的形式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示,并增加語音提示報(bào)警功能,提高用戶界面的友好性。

6 結(jié)論

SAM電務(wù)維護(hù)子系統(tǒng)是依照規(guī)范的軟件工程方法,進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。三層結(jié)構(gòu)、C/S架構(gòu)、松耦合設(shè)計(jì)都是軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)實(shí)踐的重點(diǎn)。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用的檢驗(yàn),本設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方案證明是切實(shí)可行的,實(shí)現(xiàn)了運(yùn)維融合的系統(tǒng)目標(biāo)。這次探索與嘗試也將為今后的鐵路調(diào)度指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)提供有益的借鑒。

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(責(zé)任編輯:張 利)