动车组管理信息系统自动化设备接口规范080403动车论坛.docx
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动车组管理信息系统自动化设备接口规范080403动车论坛
动车组管理信息系统自动化设备接口规范
1.引言
先进的信息化管理系统是动车组检修基地现代化标志之一。
为提升动车段、所信息化水平，实现动车组管理信息系统（以下简称信息系统）与动车段、所自动化设备有效集成，部组织编制了设备接口规范，确保设备接口与信息系统数据自动交换，实现关键设备与信息系统网络连通。
本规范明确了接口设计原则，对设备进行了分类，制定了接口数据内容、通信方式转换、安全隔离以及数据交换方式的一般要求，规定了接口开发涉及到的相关编码，用于指导各种自动化设备的信息化接口技术条件的制定。
1.1设计原则
自动化设备的接口设计应遵循以下原则：
（1）规范化：
基于统一制定的接口规范，确定各类自动化设备与信息系统的数据接口，降低系统集成的复杂度。
（2）状态可监测：
提供对自动化设备的状态监测功能。
（3）完整性：
采取可靠的数据交换方式，提供必要的数据校验功能。
（4）维护简便：
接口实现采用通用技术，接入设备一侧的接口软件安装部署和维护简便。
（5）可扩展性：
在接口软件设计中，充分考虑今后不断新增的设备种类，在接口相关命名规则、编码方案中预留足够的信息域。
1.2名词与术语
（1）自动化设备：
指在动车段和动车运用所内，用于探伤、检测、试验及涉及安全的关键设备、用于运用检修的主要设备，以及其它由设备使用单位特别提出的，必须接入信息系统的设备。
自动化设备必须具备数据自动采集接口条件、与信息系统实现网络连通，并通过接口与信息系统自动交换数据的各类检测、测试和维修作业的设备。
（2）上位管理机：
设备中配置的、对设备各组件进行控制或管理的计算机。
（3）IP接口：
设备具有RJ45或FC等接口，并支持TCP/IP通信协议。
（4）非IP接口：
设备具有非TCP/IP通信协议的接口，如RS232/RS485/RS422/USB等串行口，LANWORK、CAN等现场总线。
（5）接口计算机：
具有IP接口、直接接入信息系统，与信息系统进行数据交换的计算机。
如果接入设备的上位管理机具有IP接口，该计算机同时也可以作为接口计算机。
（6）上传/下传：
数据从设备传递至信息系统的数据传输为上传；数据从信息系统传递至设备的数据传输为下传。
（7）WebServices：
一种基于XML的数据传输方式，具有平台无关的特点。
（8）XML：
可扩展标记语言（eXtensibleMarkupLanguage），是一种基于标注的、与平台无关的数据格式描述语言。
（9）XSD：
即XML结构定义（XMLSchemasDefinition），描述了XML文档的结构，可以用一个指定的XMLSchema来验证某个XML文档，以检查该XML文档是否符合其格式定义要求。
（10）接口方法：
在信息系统应用服务器上以WebServices形式发布的数据接口中，暴露给自动化设备接口程序调用的、可完成接口数据交换的操作称为接口方法。
（11）分散授权：
对于动车段和运用所内需要使用智能卡进行身份认证和操作授权、并与信息系统实现“一卡通”应用的设备，如果该设备自身具备相对独立的授权信息存储和认证功能，在发生刷卡时使用自身存储的授权信息进行认证授权，这种授权方式为分散授权。
（12）集中授权：
对于动车段和运用所内需要使用智能卡进行身份认证和操作授权、并与信息系统实现“一卡通”应用的设备，如果该设备自身不具备授权信息存储、认证功能或者要求信息系统进行集中认证，在发生刷卡时要通过信息系统进行认证授权，这种授权方式为集中授权。
（13）数据下传消息监听程序：
为提高信息系统与设备信息传递的实时性，由设备供应商开发的后台驻留程序；该程序负责监听与信息系统约定的传输端口，接收消息通知，并根据消息内容触发相应操作。
2.设备分类
动车段和动车运用所内自动化设备种类较多，按照设备自身接口条件，可分为自动采集和人工采集两大类。
自动采集设备一般提供串行口、现场总线、以太网接口等外部通信接口，支持通用的传输协议，可以通过接口开发接入信息系统，实现与信息系统的数据交换。
对于需要人工采集数据的设备，可根据现场情况设置计算机工位终端，采取人工输入数据的方式。
根据不同的条件，可以将自动化设备分类如下。
⏹按联网接口条件分类
根据自动化设备联网接口条件，自动采集设备可分为两类：
（1）非IP接口设备
这类设备具有非TCP/IP通信协议的接口，如RS232/RS485/RS422/USB等串行口，LANWORK、CAN等现场总线。
（2）IP接口设备
这类设备具有RJ45或FC等接口，并支持TCP/IP通信协议。
⏹按功能和用途分类
根据功能和用途条件，自动采集设备可分为三类：
（1）检测/测试/试验设备
在安全生产作业的过程中，信息系统需要从这类设备获取受测动车组、配件或设备的检测/测试/试验数据，以用于动车组、配件或设备的技术状态分析和故障诊断。
（2）维修工装设备
用于各种部件专项维修的专修设备，以及用于整备作业的整备作业设备。
在作业的过程中，信息系统需要从这类设备获取维修/作业进度及任务量数据，以动态掌握维修/作业进度，进行维修/作业进度任务量统计。
（3）辅助设备
这类设备主要为安全生产作业相关的设备正常运转提供工作条件保障，在生产过程中，信息系统需要获取这类设备工作状态的自检数据，以监视其是否稳定运行。
⏹按联网接入时间特性分类
根据自动化设备联网接入时间特性，自动采集设备可分为两类：
（1）实时在线联网设备
该类设备通常一直或长时间保持于带电工作状态，能够随时通过网络与信息系统保持连通，进行实时地信息交换。
（2）即时在线联网设备
该类设备通常只在工作时处于带电工作状态，或因联网接入条件限制，不能随时保持与信息系统的网络连通。
3.接口交换数据
3.1接口交换数据的基本内容
按照数据传输方向，设备与信息系统的数据交换接口划分为上传接口和下传接口，相应的接口交换数据的基本内容见表3.1。
表3.1接口数据基本内容
传输方向
数据内容
数据交换时机
主要应用目的
上传
检测/测试/维修数据
对于实时在线联网设备，在作业结束后立即传；对于即时在线联网设备，在与信息系统网络联通时立即上传最近的检测结果。
实现检测、测试、维修、作业数据的采集。
设备状态监测数据
自设备启动时起定时上传，其周期根据设备要求具体确定；状态发生改变时立即上传；对于实时在线联网设备，正常状态信息的上传时机需根据设备的状态变化频度确定。
实现设备在线监测和运行状态管理，提供设备故障实时报警和设备性能动态管理。
作业记录
数据
在设备操作人员完成一项作业时。
记录作业量，掌握作业实绩。
“一卡通”授权信息
对于实现“一卡通”分散授权应用的设备，设备在完成本地智能卡授权后向信息系统同步更新智能卡授权信息。
实现动车段/运用所内各种设备或系统间智能卡使用的通用化。
下传
作业工单
设备开启时，设备接口程序向信息系统查询；设备运行期间，设备接口程序定时向信息系统查询。
自动接收作业安排，完善设备自身功能，如轮对踏面检测装置和洗车机需通过信息系统获得作业安排，以区分正常作业过车和非作业转线过车。
通知消息
一旦产生通知消息立即向设备发送。
在下传数据前向设备下发数据下传消息通知。
系统命令
一旦产生系统命令立即向设备发送。
向无人值守设备发送起、停、自检等设备运行系统命令。
“一卡通”权限认证
对于实现“一卡通”集中授权应用的设备，在用户刷卡操作时通过信息系统进行权限认证。
实现动车段/运用所内各种设备或系统间智能卡使用的通用化。
针对不同类型的设备，上述通过接口交换的数据内容的数据项有所不同，本规范中仅给出针对不同类型数据内容所应包含的数据的一般要求。
各类设备需要与信息系统交换的数据内容在具体设备接口技术条件中定义。
其它需要补充的数据项，由设备使用单位、设备供应商以及信息系统研发单位商议确定。
3.2检测/测试/试验数据接口内容的一般要求
检测/测试/试验数据一般包括：
（1）基本信息：
接口版本信息，设备编码，数据生成时间；
（2）人员信息：
作业人员姓名，作业人员工号；
（3）检测/测试/试验对象描述信息：
对象编码，对象名称，检测/测试/试验开始时间，检测/测试/试验结束时间；
（4）检测/测试/试验主要参数：
主要参数列表，包括参数名、量纲、数值、与标准值的差值或对比结果；
（5）检测/测试/试验结论：
设备对检测/测试/试验对象的技术状态判断值（具体数据内容与设备相关）。
3.3设备状态监测数据接口内容的一般要求
设备状态监测数据一般包括：
（1）基本信息：
接口版本信息，设备编码，数据生成时间；
（2）设备状态自检信息：
设备状态编码1、量纲1、量值1；……；设备状态编码n、量纲n、量值n。
3.4作业工单数据接口内容的一般要求
作业工单数据内容一般包括：
（1）基本信息：
接口版本信息，作业工单号，作业单下达时间；
（2）人员信息：
作业人员姓名，工号，工单下达人员姓名，工号；
（3）作业对象信息：
动车组编号，车辆编号，作业方向，重联动车组编号，作业对象编码，作业对象名称；
（4）作业计划信息：
作业场所，作业开始时间，作业结束时间，作业条件、信息项（具体数据内容与设备相关）；
（5）其它信息：
备注，注意事项等。
3.5作业记录数据接口内容的一般要求
作业记录数据内容一般包括：
（1）基本信息：
接口版本信息，作业记录单号，作业记录填报时间；
（2）人员信息：
作业人员姓名，作业人员工号，填报人员姓名，填报人员工号，其它作业相关人员姓名，工号；
（3）作业对象信息：
动车组编号，车辆编号，作业方向，重联动车组编号，作业对象编码，作业对象名称；
（4）作业实绩信息：
作业场所，作业开始时间，作业结束时间，作业完成情况描述，作业条件、信息项（具体数据内容与设备相关）；
（5）其它信息：
说明，备注等。
3.6“一卡通”操作权限数据接口内容的一般要求
3.6.1分散授权
采取分散授权时数据内容一般包括：
（1）刷卡信息：
卡号，刷卡时间，刷卡对应设备编码，授权操作；
（2）同步授权信息：
卡号，卡类型，卡号对应人员姓名，工号，角色，班组，单位，卡状态。
3.6.2集中授权
采取集中授权时数据内容一般包括：
（1）刷卡信息：
卡号，刷卡时间，刷卡对应设备编码；
（2）刷卡验证信息：
刷卡人员姓名、工号、角色、班组、操作允许/禁止。
4.接口通信方式转换及安全隔离要求
为实现信息自动交换，规定所有设备必须通过IP接口接入信息系统，采用TCP/IP通信协议与信息系统进行数据交换。
对于非IP接口的设备，要求设备供应商设置联网接入的接口计算机，内部实现非IP接口到IP接口的转换，如图4所示。
接口计算机同时必须具备接入动车段/运用所无线局域网的条件。
图4接口通信方式转换方案示意
对于由多个相对独立的子系统构成的设备，设备供应商应在实现设备内部各子系统有效集成的基础上，通过同一台接口计算机接入动车段/运用所局域网，实现与信息系统的数据交换。
对于具有IP接口的设备，如果需要高等级的信息安全防护，设备供应商应另外专门设置接口计算机以实现安全隔离。
5.数据交换方式
考虑到接口的安全性、可靠性、实时性和维护便利性，设备与信息系统间采取WebServices和消息两种数据交换方式。
设备接口程序应具备访问信息系统在应用服务器上发布的数据交换接口服务的功能，与信息系统进行数据交换。
同时，为减少设备接口程序主动查询下传数据接口服务的网络流量，提高下传数据的实时性，在信息系统与设备接口程序间建立消息通知机制。
设备接口程序应具备监听约定的通信端口的功能，一旦接收到消息，立即进行相应的处理。
5.1数据交换服务接口方法定义
5.1.1上传数据服务接口方法定义
上传数据服务接口方法定义为：
stringReportData（stringDeviceType,stringDataType,stringData）
其中：
DeviceType为设备英文简称，用于标识同一类设备；
DataType为上传数据内容标识，标识含义如表5.1.1-1所示：
表5.1.1-1DataType参数含义
数据内容标识
含义
JOBREPORT
作业记录数据
DEVICEDATA
检测/测试/维修数据
DEVICESTATE
设备状态数据
ACCESS
“一卡通”系统授权信息
Data为具有XML格式的字符串，该字符串中包含所有需上传的数据信息项。
该接口方法返回字符串（string），说明接口方法调用状态，如表5.1.1-2所示：
表5.1.1-2上传数据接口方法返回值及含义
返回字符串值
含义
S_ACCEPTED
接口方法调用成功，数据或操作被接受
S_REFUSED
接口方法调用成功，数据或操作不被接受
S_INVALIDDEVICE
接口方法调用失败，无效或未知的设备
S_INVALIDTYPE
接口方法调用失败，无效或未知的数据类型
S_INVALIDDATA
接口方法调用失败，无效的接口数据（校验失败）
S_UNKNOWNERROR
接口方法调用失败，未知错误
5.1.2下传数据服务接口方法定义
下传数据服务接口方法定义为：
stringGetData（stringDeviceType,stringDataType）
其中：
DeviceType为设备英文简称，用于标识同一类设备；
DataType为下传数据的数据内容标识，标识含义如下：
JOBBILL：
作业工单数据；
ACCESS：
“一卡通”系统授权信息。
该接口方法以字符串（返回值为string类型）形式返回下传数据。
该字符串具有XML格式，其中包含所有需下传的数据信息项。
5.1.3数据交换服务接口方法定义参数说明
数据交换接口中，所有信息项组织成具有XML格式的字符串进行传递，数据接收方应对该XML格式字符串进行校验。
使用对应的XSD格式校验文档完成校验，该XSD校验文档内容由设备供应商与信息系统研发单位根据需传递的具体数据内容商议确定。
XSD格式校验文档的命名规则约定为
%DeviceType%-%DataType%-Verify.xsd；
其中
DeviceType为设备英文简称，用于标识同一类设备；
DataType为接口数据内容标识，标识含义如表5.1.3所示：
表5.1.3校验文档命名DataType内容标识及含义
接口数据内容标识
含义
JobReport
该文档用于上传的作业记录数据的校验
JobBill
该校验文档用于下传作业工单的校验
DeviceData
该校验文档用于上传检测/测试/维修数据的校验
DeviceState
该校验文档用于上传设备状态数据的校验
Access
该校验文档用于“一卡通”系统操作授权数据的校验
5.1.4下传系统命令的定义
为实现对部分无人值守设备的管理，信息系统需对该设备发送系统命令。
信息系统与设备建立系统命令下传通信机制。
设备供应商开发下传系统命令监听功能，用于监听并接收下传系统命令。
系统命令监听基于TCP协议，默认端口号为6060。
下传系统命令的格式规定如下：
SC-GETDATA-DEVICE-CMDCODE
其中：
SC-GETDATA表示该信息为设备系统命令（SystemCommand）；
DEVICE为对应的具体设备编码，代表某一具体设备；
CMDCODE为具体的系统命令编码，具体编码由设备供应商与信息系统研发单位商议确定。
该系统命令由信息系统下达，设备供应商开发的系统命令监听功能接收到系统命令后决定是否执行相应动作。
5.1.5下传消息通知的定义
信息系统在生成下传数据时，主动通过约定的通信端口向设备接口程序发送数据下传通知消息；设备接口程序监听约定的通信端口，一旦接收到数据下传消息，立即访问应用服务器获取下传数据。
设备供应商应按照消息通知机制的要求，开发数据下传消息监听程序，部署在其设备接口计算机上。
消息监听程序基于TCP协议，默认端口号为6060。
数据下传消息的格式规定如下：
MN-GETDATA-DEVICE-DATATYPE-DATAPROPERTY
其中：
MN-GETDATA表示该信息为数据下传消息通知（MessageNotification）；
DEVICE为对应的具体设备编码，代表某一具体设备；
DATATYPE为下传的数据内容标识，标识含义如下：
GETBILL：
工单数据，
ACCESS：
“一卡通”系统权限验证数据。
DATAPROPERTY为下传数据的性质，分别为：
CREATED：
表示为新产生数据，
MODIFIED：
表示为修改数据。
5.2数据交换服务接口发布
WebServices数据交换服务接口通过信息系统的应用服务器发布，发布的地址如下：
http:
//%AppServer%/DeviceIntf/Service.asmx?
WSDL
其中：
%AppServer%为动车段/运用所信息系统应用服务器IP地址；
设备供应商通过以上地址获得服务接口方法的描述信息，调用服务接口方法实现数据交换。
5.3接口数据交换可靠性要求
当设备接口程序无法访问信息系统应用服务器时，应在本地记录日志，并自动检测与信息系统应用服务器的网络连接。
如果网络连接中断，设备接口程序应将上传的重要数据保存在本地，等待一定时间后再尝试重新上传数据，或从信息系统获取接口数据。
6相关编码
动车组管理信息系统自动化设备接口使用的相关编码包括：
（1）设备供应商编码；
（2）设备分类代码；
（3）设备编码；
（4）设备状态编码。
6.1设备供应商编码
设备供应商编码是设备供应商在动车组管理信息系统中的唯一标识。
在设备上传的数据中需填写相应的供应商编码。
设备供应商编码为3位的数字顺序码。
6.2设备分类代码
设备分类代码用于标识同一类设备，其编码规则参照《铁道部机械动力设备分类代码》中前五位数字码。
6.3设备编码
考虑到对结构复杂的大型设备状态信息进行精细管理的要求，可将关键设备在构造上分为三级进行设备管理，即系统级、子系统级、部件级，以实现设备状态的精细管理。
设备编码由设备类型编码和设备序号组合构成。
系统级用于表示生备供应商所提供的设备的整体，可用于对设备本身的管理；系统级、子系统级、部件级编码对应于整体设备的层次划分，可用于对设备故障、状态等信息进行描述。
设备编码共分为3部分：
（1）系统级编码
系统级编码的编码结构为：
X8X7...X0Z2Z1Z0
其中：
X8X7…X0为该设备的9位设备标识编码，Z2Z1Z0为3位设备供应商编码，其中，设备标识编码参照《铁道部机械动力设备分类代码》。
设备的系统级编码可以作为设备的唯一标识。
（2）子系统级编码
子系统级编码的编码结构为：
A0B1B0
其中：
A0为子系统级标识编码，用于表示设备整体中的子系统级构造；
B1B0为该子系统级构造在设备整体中的序号。
（3）部件级编码
部件级编码的编码结构为：
C0D1D0
其中：
C0为部件标识编码，用于表示子系统级构造中的部件；
D1D0为该部件在所属子系统级构造中的序号。
编码方案示例如图6.3所示。
图6.3设备编码方案示例
如图6.3示例所示，广州动车段内有多套列车外皮清洗机，由北京新联铁公司生产的列车外皮清洗机设备编码定义为“943500001002”。
其中，“943500001”是列车外皮清洗机设备唯一标识码，“94350”为列车外皮清洗机设备类型编码，“0001”为该设备顺序码。
“002”为北京新联铁公司设备供应商编码。
在子系统级构造层次中，列车外皮清洗机的水循环子系统的设备类型编码定义为“1”，则其中的第一套水循环子系统的设备编码定义为“943500001002-101”。
在部件级构造层次中，该水循环子系统中的机械过滤器属于部件级设备，其部件级设备类型编码定义为“2”，则水循环子系统中第02号机械过滤器的设备编码定义为“943500001002-101-202”。
6.4设备状态编码
设备状态编码用于标识自动化设备的运行状态。
如图6.4所示，设备状态编码由设备编码、连接符（！
）及状态编码三部分组成。
设备编码按6.3小节中规定的编码方案进行编码；设备状态标识规定为3位字符，表示设备的具体状态。
图6.4设备状态编码示例
例如，列车外皮清洗机水循环子系统中的机械过滤器的部件编码为“943500001002-101-202”；状态编码“011”表示“开启”，则该部件启动后马上会产生编码为“943500001002-101-202！
011”的设备状态数据。
鉴于自动化设备种类较多，本规范中不对各种设备的所有状态进行明确定义，仅对设备通用状态进行统一编码。
对于未在下表中列出的设备状态，可由设备供应商与信息系统研发单位按照设备状态编码方案共同商定。
表6.4统一定义的设备通用状态编码
状态类型
状态标识码
状态
主要针对设备
基本状态
001
正常
即时在线、实时在线
002
非正常
即时在线、实时在线
003
未知
即时在线、实时在线
状态转换
011
启动
即时在线
012
运行
即时在线、实时在线
013
暂停
即时在线、实时在线
014
关闭
即时在线
设备动作
021
待动作
即时在线、实时在线
022
动作中
即时在线、实时在线
023
到位
即时在线、实时在线
024
未达限度
即时在线、实时在线
025
超出限度
即时在线、实时在线
说明：
上表中定义了部分通用的设备通用状态编码，若设备无对应的动作或状态，可忽略不定义。
为了保证通用状态编码的可扩展性，避免冲突，编码000~100被信息系统保留，设备供应商扩展时可从101开始使用，并辅以相应说明文档。
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