浅谈南京地铁ATS系统SINAUT Spectrum平台

引言 南京地铁1号线信号系统采用Simens公司的ATC(Automatic Train Control，列车自动控制)系统，其中的ATS(Automatic Train Supervision，列车自动监控)子系统的软件构架如图1所示。 目前国内同行关注比较多的是Spectrum的操作系统环境：Solaris操作系统以及在Spectrum基础上的VICOS控制平台。本文根据南京地铁1号线ATS系统，叙述了对Spectrum这个中间平台的认识。着重描述SINAUT Spectrum的运用、系统构架、系统组成以及各个组件的功能。详细描述BSS(基本系统服务)、SDM(源数据处理)、UI(用户界面)、TCI(遥控接口)、SCADA(监控及数据获取)，简单介绍HIS(历史信息系统)、CA(通信应用)、MS(控制中心多址操作)、PA(电力应用)、SA(规划应用)、NA(网络应用)、TS(培训仿真)、DMA(分布式管理应用)、DSM(需求方管理)和DWH(数据仓库扩展组件)。 1 SINAUT Spectrum的运用 Spectrum平台本是为了设计和完善能源控制系统而产生的，它的应用主要有：SCADA系统、EMS(能量管理系统)、DMS(分布式管理系统)、SDEM(Systemsfor the deregulated energy market)系统、遥控系统、远程控制系统和通信系统等。 2 SINAUT Spectrum的系统构架 2.1 SINAUT Spectrum拥有开放的系统构架 Spectrum系统主要通过以下工业标准组成：IEEEPOSIX：操作系统界面；TCP／IP：通信协议；SQL(结构查询语言)用于数据库数据交换；X-Windows和OSF／Motif作为用户界面；IEC 870-5：用于与RTU之间的通信；IEC 870-6 TASE 2：用于与其他控制中心的通信。 这种开放的系统构架使得Spectrum可以轻易集成到目前应用的IT环境，并且获得环境内核的最大支持。同时，Spectrum支持多种编程接口，例如C，Pascal以及FORTRAN，这种开放的编程接口给Spectrum的工程适应性和可扩展性能带来了很大的空间。 2.2 SINAUT Spectrum拥有分布式的系统构架 在高性能需求的系统中，Spectrum子系统都是分布于平行的UNIX系统中。这样，系统的整体性能会通过各个分布元素的性能提高而得到很大的提高，并且这种方式从工程角度来说比较廉价。原因很简单，像网络应用程序和备份程序这样的对CPU运算周期需求比较多的程序被分布在各个独立的计算机上执行。这种分布式系统构架确保了短响应时间，即使系统此时的负载很重。 同时，Spectrum的数据库也采用分布式结构。将分布式数据库用在独立的平台上，这样在实现快速独立的数据库访问的同时只给子系统很低的负载。 3 SINAUT Spectrum的系统组成 3.1 Spectrum的系统组成 Spectrum的系统组成如图2所示。 3.2 组件的功能 3.2.1 基本组件 a) BSS：确保基本功能的实现，例如操作系统环境、数据交换、计算机之间的协调。在南京地铁1号线工程中，BSS以Solaris8系统为系统环境，结合一个实时数据库及相关数据库(Oracle)实现数据管理以及安装在分布式计算机上的模块之间的数据交换。BSS有几个子区：软件平台(UNIX)、分布式多计算机系统、软总线(模块间数据交换和通信)、数据库系统、编程接口(个体编程)。 b) SDM：实现数据录入及数据修改，例如设备数据、网络数据的输出输入。SDM基于Oracle将信号系统的数据集成到控制系统中。当有数据输入或者网络设备数据发生改变时，图形编辑器会建立和改变现有的图形显示。 c) UI：是操作员和系统之间的完全图形化人机界面。Spectrum的U1支持界面之间的快速切换、操作员对网络及设备的控制、管理员对数据库的维护和系统参数的设置。 d) TCI：是面向RTU(远程终端单元)数据处理的接口。通过TCI，数据获取系统可直接对连接的RTU进行数据访问，处理从各个车站传输到OCC的显示数据以及模拟量。同时，控制系统向车站发送各种命令。 e) SCADA：执行信号、测量、控制、监视系统的操作。SCADA的主要功能是：数据的获取、处理、分配并将其存储到操作数据库；对联锁的控制、执行和监视开关操作；在不改变源数据的前提下临时对网络进行修改(插入跳线、地线、短路线)；等等。 3.2.2 扩展组件 a) HIS：进程数据存储、备份和后续数据恢复。 b) CA：通过多种接口，组织与其他系统之间的数据交换，该数据交换主要遵循IEC 870-6 TASE2和EL-COM 90标准。 c) MS：实现多址系统中的柔性动态系统管理，可将网络管理部分或者全部从一个控制终端转移到另外一个控制终端。 d) PA：对网络上的设备进行最优控制。 e) SA：预测系统负载以实现对操作的最优控制。 f) NA：实现对网络的加速、综合分析和优化。 g) TS：通过设定情节对网络特性进行模拟。 h) DMA：实现对分布式网络的高效控制。 i) DSM：实现系统修正确保系统符合客户需求。 j) DWH：收集操作数据，用于数据合成及用户疑问解答。 在确保操作可行的前提下，可以根据对系统占用空间、执行任务和系统结构的需求增加及减少子系统。由于系统的模块化结构，系统的扩展非常简便快速，只要删除多余的模块或者增加新的模块就可以实现。同时，系统标准开放编程接口允许个例编程及针对新的或已经存在的组件的后续扩展。