ArchestrA技術在鐵路牽引供電遠動監控系統中的應用

黃 華 ，龍萬葵 ，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.北京國際系統控制有限公司，北京 100083；3.北京六所和瑞科技發展有限公司，北京 100083）

結合當今最先進的計算機技術、網絡技術、數據庫技術，并綜合考慮當今鐵路牽引供電遠動系統的需求和未來的發展，利用ArchestrA技術自主研制開發一套高可靠、高性能的牽引供電遠動監控系統，可用于客運專線的供電系統監控。

1 ArchestrA技術介紹

ArchestrA是一個全面的自動化和信息軟件的架構，可以使用軟件對象迅速地搭建應用軟件，而無需編程。模板對象可以按照需要任意創建，然后重復使用或者稍加修改就可以用它們搭建新的應用程序，這樣節省了大量時間并且降低開發成本。

基于ArchestrA技術實現的監控系統由以下配置及部署組件構成：

（1）集中的對象庫 GR（Galaxy Repository）：Galaxy 數據庫包含整個生產環境和運行應用程序的所有計算機和組件。Galaxy是一個集平臺、引擎、模板、實例以及為特定應用程序定義的屬性為一體的集合[1]，如圖1所示。

（2）集成開發環境IDE（IntegratedDevelopmentEnvironment）：是用來配置ArchestrA對象并將其部署到目標計算機的集成設計和開發工具。利用IDE可以創建、配置和維護應用程序和支持應用程序的底層架構。

（3）對象部署服務程序（Bootstrap）：基本的 ArchestrA服務，所有需要運行基于ArchestrA技術程序的電腦均要安裝Bootstrap。Bootstrap提供了基本的軟件環境來激活平臺，并允許任何一臺計算機包含在Galaxy命名空間中。

本質上，構建于并集成ArchestrA技術的Wonderware生產和績效管理軟件解決方案能夠使設計、建立、部署和維護標準的、安全的解決方案成為可能，它可以在非常低的系統生命周期成本之下帶來足夠的投資回報。

圖1 Galaxy集合

2 ArchestrA技術在遠動系統中的應用

2.1 對象模板設計

ArchestrA技術核心的一個概念是應用對象（ApplicationObject），包括模板和實例兩種類型對象：模板是應用服務器中的元素，其包含了在應用中多次使用的對象實例的通用配置參數；實例是實際生產環境中的特定設備。實例從模板創建并根據現場需求定制具體的特殊實例。

創建模板和實例與面向對象編程非常相似。例如，模板和實例之間也存在著父、子間的繼承關系[2]。

鐵路牽引供電遠動監控系統在功能上主要包括三遙（遙信、遙測、遙控）和保護功能。其中每一項的基本功能均保持一致。這樣，利用ArchestrA技術的模板功能，實現各自的系統功能。各類模板被一次設計與創建之后可重復使用，大大降低了共同模型的復雜性，減少了工程人員的工作量。如圖2所示，父模板設置各功能共有的功能，例如設置I/O數據綁定功能等，子模板根據功能的不同設計不同的工作模式，例如三遙和保護功能等。

圖2 功能模板設計

2.2 報警系統設計

2.2.1 報警供應器

報警供應器跟蹤報警項（即可進入報警狀態的項目），并向分布式報警系統提供這些項目的列表，包括有關任何項目分組層次結構的信息。在報警項的狀態改變時，報警供應器通知分布式報警系統。狀態改變包括項目是進入還是脫離報警狀態，以及是否已確認最新的報警。

在基于ArchestrA技術的Wonderware平臺中，充當報警供應器的是WinPlatform對象，但需要對其做必要的配置。

在WinPlatform對象的配置頁中，如圖3所示，選擇“Enable InTouch alarm provider”復選框，將“Alarm areas”填上該WinPlatform下的所有Area的全名，這樣該平臺被注冊為報警供應器，其感知本平臺下的所有報警并向Wonderware分布式報警系統提供報警。

圖3 報警供應器配置

2.2.2 報警組

在ArchestrA報警系統中，報警以組為單位進行劃分，以便更輕松地進行跟蹤與管理。報警組可以是生產的不同區域、設備的各個部件、操作員的責任或生產過程的邏輯區分。

在 Wonderware平臺中，以區域（Area）對象為報警組的最小單位，其可以有嵌套。在鐵路牽引供電遠動監控系統中，按照鐵路線為單位劃分監控單元，劃分報警分組為3個層次，分別為調度中心、調度臺、特定線路。這樣劃分，為報警接收器的設計提供了方便。

2.2.3 報警接收器

報警接收器向分布式報警系統提供一組查詢，確定它希望收到其通知的報警項。在報警接收器更改或刪除查詢之前，保持活動狀態，并指定報警供應器或報警組。只要報警供應器發出變化通知，分布式報警系統便檢查與注冊任何匹配的報警，然后將更新傳遞給相應的報警接收器。在收到更新時，報警接收器顯示或記錄同項目的狀態或其轉換有關的信息。確認報警后，報警接收器發送確認通知給分布式報警系統。

Alarm DB Logger是另一種形式上的報警接收器，按周期性的間隔將智能緩存中的內容作為報警與事件記錄寫入報警數據庫。其過程如圖4所示。

圖4 報警存庫過程

2.3 安全設計

鐵路牽引供電遠動監控系統的安全不僅關系到電氣化鐵路的安全運營，更關系到鐵路行業的整體形象。本系統的安全設計具體體現在用戶權限的分配。

2.3.1 ArchestrA安全模式

在ArchestrA環境中，安全性不僅控制用戶訪問的接口，而且控制訪問的對象屬性及它們所代表的數據。

在GR中，每個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安全模式：

（1）與特定角色相關聯的用戶；

（2）與特定的映射到安全組的系統管理、配置、運行時（操作）權限等相關聯的角色；

（3）與Galaxy中特定對象相關聯的安全組。

圖5 ArchestrA安全模式

默認的Galaxy安全模型包括：

（1）兩個用戶：默認用戶（DefaultUser）和管理員（Administrator），均具有全部操作權限；

（2）一個命名為 Default的安全組；

（3）兩個安全角色：默認（Default）和管理員（Administrator），均具有全部的權限。

安全模型定義了一種級聯模型，用戶與特定角色相關聯，角色與特定安全組相關聯，安全組與特定對象相關聯。運行中的對象之間、行為之間、進程之間的權限均可以不同。

2.3.2 安全認證模式

為了便于Galaxy的移植，本系統采用Galaxy安全認證模式：使用本地Galaxy配置進行身份驗證。指定有關Galaxy的安全性并包含在特定的Galaxy級別之上。當用戶登錄之后，檢查安全證書，在Galaxy級別上賦予訪問活動區域的權限。

2.3.3 安全組

Galaxy中的每一個對象唯一地屬于一個安全組。可以根據實際需求創建和管理安全組。每個安全組可以映射到一個或多個角色。安全組確定了該角色是否具有訪問該組對象的權限。

本系統中，保留系統默認的名為 “Default”的安全組，Galaxy中所有對象均默認被包含在這個安全組中。

2.3.4 角色

系統可以根據實際組織架構和工作需求來創建和管理用戶角色。系統創建時默認有兩個角色：默認（Default）和管理員（Administrator），均具有全部的權限。

本系統新增4種安全角色，分別為查看（Viewer）、操作（Operator）、管理（Manager）和開發（Developer），根據每個角色的職責確定其通用權限及操作權限。

2.3.5 用戶

在Galaxy認證模式下，通過增加用戶名來擴展用戶個數，并分別指定到各自的角色中。

默認用戶（DefaultUser）被設計為最低權限用戶。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進行不同權限的操作。

3 遠動系統特點

本系統采用ArchestrA技術搭建，具備以下特點：

（1）利用單一的模型建立直觀的設備模型，消除了不協調的操作實踐，支持簡化的一致性操作運行，實現了操作與界面風格的一致性；

（2）基于模板對象的開發和維護，模板被一次設計與創建之后，類似功能可重復使用，降低了共同模型的復雜性；

（3）集成和集中的安全策略，確保操作的安全；

（4）簡便靈活的報警系統，集報警生成、顯示、存儲、輸出為一體；

（5）靈活的數據連通性，包括歷史數據庫、關系型數據庫、維護系統等；

（6）靈活的部署和負載分配，能夠做到負載均衡；

（7）智能性和可靠性，利用強大的分布式體系架構，管理節點可通過其他計算機進行備份，兩個管理節點可互相備份；

（8）集中的開發、部署與維護，保持系統的一致性。

基于ArchestrA技術實現了牽引供電遠動監控系統，供電調度人員可以通過該系統對各被控站供電設備運行狀態進行實時監控，進行單獨遙控、程序遙控、復歸操作等控制操作。利用數據庫管理功能，能自動生成各類報表，可實現故障分類及查詢功能，調度員能及時掌握牽引供電設備的運行狀態。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工控軟件的應用及分析[J].中國設備工程，2005（3）：28-30.

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