《城市轨道交通综合监控自动化系统平台设计技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《城市轨道交通综合监控自动化系统平台设计技术（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、城市轨道交通综合监控自动化系统平台设计技术摘要基于轨道交通各类自动化与信息化系统拓广性、集成性及开放性需求,提出了一种基于分组、分层、分块的平台体系及构件化构造的,用于轨道交通综合监控自动化等系统设计的平台建立技术,详细阐述了三个软件子平台的构造及功能,指出在构造轨道交通各应用系统及其互连集成中,此平台技术表达更大的开放度及持续可扩性。关键词综合监控自动化系统,开放平台,软件子平台,开放度,可扩性随着轨道交通自动化系统,如电力、环境、保安、辅助设施、列车监视等的应用范围不断拓广,自动化系统本身与应用多样化的适配性、系统向更大集成度开展所需的一体化互连性,以及互操作的低效与高本钱等的缺乏表达得日
2、趋明显。从自动化系统的开放系统环境(se)考虑,上述缺乏可定位于se的各项子集:应用的互操作性/互连性,应用的可移植性/可伸缩,以及应用的集成性/拓广性中。因此,必须将一个轨道交通综合监控自动化的全方位开放系统定位于建立目的,以更大开放度地支持系统的支撑与应用,以及轨道交通企业网的横向与纵向建立。此举将是今后轨道交通及其他自动化应用系统的根本途径所在,也是当今国内外同类轨道交通综合监控自动化系统所应完备的定位目的。1平台建立内涵传统基于功能应用设计的轨道交通自动化系统的有限的开放度,约束了系统的持续拓展。问题的本质是这类系统无表达开放性的平台建立,系统总体构造不明晰,导致了系统的不可扩性。这里
3、需要澄清的一个概念是,一个轨道交通综合监控自动化系统并不是基于了哪类世界级的计算机系统、网络设备、控制及执行设备就具备开放性。系统底层的开放性仅是其中一局部,更应注重中层及上层的开放性,特别强调以中层开放驱动上层应用级与用户级开放,从而以更大开放的综合自由度满足轨道交通综合监控自动化不断拓广的应用需求及企业网的建立。对于轨道交通综合监控自动化系统,真正的开放性表达在该系统的最上层,即应用层。通过应用层的可视化交互界面(gui)定义自己的各类应用,包括轨道交通综合监控自动化各系统的互连通信那么是最为理想的。然而,应用层开放并不是空中楼阁,它必需要有位于其下的建立支撑。之所以称为建立支撑,是要表达
4、建筑构造的层次化概念。这就是本文的平台建立内涵。2平台建立框架平台总体设计为分层支撑形式。为使平台持续可扩,以及具有明晰的可用性及可复用性,可将其分为三个包容关系:组层-子平台(subplatfr)、子层(layer)以及块层-组件/构件(pnent)。每层相对独立,无严格的依附关系,且均为积木模块化的组件/构件单元构成。上层任一单元均表达与相对下层1n的支撑关系。系统平台必须从过去的单一系统或单一网络的概念,提升到跨越网络透明访问异构设备的网络分布计算的高度,且此应作为轨道交通综合监控自动化系统平台建立的重点1,2。基于一个轨道交通综合监控自动化系统的分层定义,系统主要描绘在现场操作层、设备
5、/控制层及信息系统层中。现场操作层由各类位于现场的智能化仪表、传感器、执行机构及交互装置构成;在设备/控制层中,主要包括运程终端设备(rtu)系统、电气控制系统、环境/保安/辅助设施分散控制系统、可编程逻辑控制(pl)总线/网络分布系统等;信息系统层主要含有控制中心等监控与信息管理系统。整个系统按控制要求配置冗余交换以太网、冗余总线、环形网等网络构造。基于轨道交通自动化系统的应用与网络分划,建立一个统一的硬件及软件平台体系,以支持上述多类不同应用系统的技术支持。系统平台层次构造见图1。图1轨道交通综合监控自动化系统平台层次构造图1中最上层为面向轨道交通各类应用而生成的应用系统。中间为三个子平台
6、层,以及支持子平台建立的构件层。构件层亦可称为中间件层,它又由nn阶矩阵形式的各构件组成。构件层与子平台层之间可形成具有特定意义的构件库(图中未标出)。图中央处的双箭头即代表构件对子平台层的支持关系,又代表构件和子平台层对硬件平台的支持与映射关系。图右方处的双箭头即代表硬件平台、构件及子平台层对各应用系统的支持关系,又代表应用层对硬件平台的支持与映射关系。平台在不同层次上表达网络、图形、gui、dbs、s、应用系统构架技术等,与当今世界最新工业及国际标准相适应,并考虑扩大,从而为底层多平台及跨平台(如一个网段上不同操作系统、不同gui、异构数据库的各节点间)的平滑应用奠定基矗构件化是广义的概念
7、,它包括原始设备制造商(e)的核心应用构件及开发工具构件。基于这些符合国际及工业标准的开放核心构件来施行自己的平台构件/构件组件建立,是保证平台开放性、可持续拓展的关键。3软件子平台的建立通过对图1系统平台构造的共性分析,可以归纳出3个软件子平台:数据管理子平台,可视化交互子平台和网络通信子平台,以下详细阐述3个子平台的建立。需要说明的是,对于轨道交通综合监控自动化系统而言,硬件平台具有与软件平台同等重要的意义。况且嵌入式软件必需要有硬件平台的良好支撑。现场操作层及设备/控制层中,存在多种类型i/卡件、i/智能设备、数据采集与处理装置、保护装置、电气与光纤网络集连/交换装置、可编程控制器、智能
8、通信控制装置等。这些低端智能装置的根本属性是板卡件逻辑电路、网络/总线通信接口、电源模块、嵌入式软件、全球定位系统(gps)、箱体构造件组成。将它们按独立分类的硬件子平台分划,并在每个子平台中构造基于组装形式的硬件构件,含与之相关连的嵌入式软件类及版本。在当今工业以太网向传统工业控制领域推进应用趋势下,基于工业以太网及常规an、prfibus等现场总线的互连硬件平台的建立非常必要。但硬件平台及其构件不作为本文讨论重点。3.1数据管理子平台建立数据管理子平台设计应以支持轨道交通综合监控自动化系统的高可靠性、高集成性和高性能运行为准那么。高可靠性是根本要素;高集成性表达轨道交通综合监控自动化不同分
9、布系统异构数据库(实时与历史库)的互连共享;高性能那么要表达数据访问、存储、动态触发的高效率。为此,该平台及其构件的生成工具必须具备开放性、成熟性,平台基于构件的层次尽可能少。数据管理子平台不仅由数据管理自身构件支持,且还由构件层与子平台层之间可形成具有特定意义的构件库支持(如数据访问网络通信构件库),从而构成分布数据管理子平台。数据管理构件应是基于核心层数据库,如商用数据库sybase、db2等的标准内涵和外包(shell),采用如多线索构造、内部并行机制和有效的查询优化技术等,并充分利用sql、java等开放的开发环境来构造。轨道交通综合监控自动化系统的实时库分布接口构件亦可按此形式建立,
10、从而为不同系统实时数据的访问与维护创造一致的支撑环境。建立或利用java或其它虚拟机,可在数据库中编写、存储与执行java代码。可利用java类,它们可在不对java或数据库做任何修改下运行。基于此强大的标准编程语言来定义过程逻辑构件,如存储过程或触发器等,亦可包括自定义函数构件。此类构件在sql表的列中以java类的实例形式存储,并支持实例的方法调用。基于数据库中支持的扩展标记语言(xl),可制作xl文档管理形式下的各类构件,如数据库的备份与恢复、永久存储与复制等。这样在eb开发下使用xl,那么无须进展数据库编程,即可访问数据。数据库中的xl和 支持构件将大大简化数据访问与交换。从而为轨道交
11、通综合监控自动化系统间,以及轨道交通综合监控自动化系统与其它信息系统间的eb交互提供支持。建立分布式分区视图构件,将数据按应用分布到多个效劳器上,并协调查询过程,从而实现数据库扩展的分布应用,这对轨道交通自动控制的多样性应用的集中数据源的一致性与分布应用数据的管理很有必要。3.2可视化交互子平台建立平台建立建立在两个层面上:一是基于任务的流程管理,二是基于对象的单元管理;两者更高层次的组合形成可视化交互子平台。此举表达了面向对象的逻辑与过程一体化软件工程,即过程的实现是对轨道交通自动化控制的可视化方式的详细映射。广义组态是为合适于更广的轨道交通综合监控自动化应用对象面定义的。控制语言是广义组态
12、工具。控制语言是一种类java等的开放语言,它可表达与过去常规组态工具的不同点,即异种机或异构网的互操作性。为适应系统应用更大程度上的系统开放,除设计通常的计算语言系统外,还应具备面向上层应用的计算与控制表达定义以及解释的多样化应用的组态环境。如提供下述语言元语:计算、逻辑、控制、过程,可生成上层的计算库(lib)、逻辑lib、过程控制lib,以及知识lib。这些lib即为构件库。例如通过逻辑定义语言,可自定义智能化过程;通过控制定义语言,可自定义控制序列过程,并将其包装在数据库外层,用于轨道交通系统各类操作命令序列控制、智能操作票的生成、培训仿真等应用。3.3网络通信子平台建立网络通信子平台
13、建立之目的在于形成网络级中性效劳平台,或称之为抽象效劳映射平台,效劳于主动发出及客户恳求的中性数据,而无须考虑数据的应用,使应用者可自行灵敏定义拓广的应用,并自动接入各系统及实现系统间通信。需要指出的是,网络通信平台的概念反映了以往轨道交通自动化控制装置与如今乃至今后轨道交通综合监控自动化系统的关键不同点。将过去的通信架构直接应用于如今的多应用、多控制、多互连的集成系统,将导致潜在的系统运行与拓展问题,因为本质上它是一个面向详细单项应用的非面向对象机制的集中式系统。中间件技术是网络环境下的通用规那么、转换及效劳的“软集合体。中间件技术提供了非直接(大于两层)的分布式计算环境下的客户/效劳器跨平
14、台及跨网络的透明通信框架,为系统的可扩性、平安性、透明性、灵敏性、标准性奠定基矗其构架应为分层的构件化平台,平台的层次化由系统支撑平台、系统应用平台及网络逻辑平台三大组类构成。前一组应采用不同类别的商用/标准中间件:数据库访问中间件(db、sql)、群件中间件与面向对象中间件(rba、java)、网络协议中间件等,以构成对不同硬件、操作系统、数据库和网络之间差异的屏蔽;后两组那么为应用于不同的任务需求所定义的客户端访问数据源的中间件。该层中间件提供了两个根本接口:客户应用程序接口,定义应用程序与中间件的交互,包括编程语言、系统环境等;对数据源接口,定义数据格式、存取机制和异构数据源透明访问。采
15、用分布对象通信机制是一种好的途径。它是建立在分层构件概念之上。构件对象是一个封装的代码和数据的集合体。不同的应用可构造不同的对象,对象的操作能对各自的数据进展响应的操作。这种构件分层对象技术可令用户构建自己的应用:网络通信接口,实现无缝连接的目的。从而进步系统互连的透明性、交互友好性及可靠性,实现真正意义上的分布分散式轨道交通综合监控自动化与信息化应用系统。对于轨道交通综合监控自动化系统而言,网络通信子平台建立的好坏将直接影响系统总体规划与运行。网络通信子平台应支持的系统纵向上尽可能扁平化,横向尽可能分段化。通俗讲,这是网络通信(内部网及外部网)的软总线(sftbus)形式。网络通信子平台构件
16、可建立多样化形式,如商用数据库固有网络客户/效劳口(lient/serv2er)通信形式、实时库sql访问形式以及无数据构造的外层应用形式。即按应用分布,建立分布及可互操作的对象机制。分布于网上的全部资源是可共享的对象集合,网上客户可通过系统所定义接口构件或自定义接口构件访问系统分布对象。为此要建立系统分布对象模型、对象恳求代理的分层中间件及应用层交互对象模型。网络通信的gui形象化交互可以透明地表达一对多的开放关系。一个网络子平台的应用例如是轨道交通电力监控自动化系统实时数据的传输。同一系统中的不同节点,以及不同网段异构系统,都会要求不同节拍的数据断面。常规简易的做法是,实时数据采集通信效劳节点按采集节拍向全网乃至通过网关向其它网段发送播送数据。此举不仅增大网络负担,且随节
