編組站綜合自動化(SAM)系統(tǒng)安全性分析

殷勤策

殷勤策:西安鐵路局電務處 高級工程師 710054 西安

編組站綜合自動化系統(tǒng) (簡稱SAM系統(tǒng))，是中國鐵道科學研究院通信信號研究所和鐵道部信息中心聯(lián)合研制的，集編組站信息管理、決策管理、車輛管理、駝峰進路自動控制、駝峰溜放速度自動控制、聯(lián)鎖進路自動排列、調車機車安全監(jiān)控等為一體的綜合信息管理與控制平臺。具有計劃自動編制與調整、計劃自動執(zhí)行與集中控制、作業(yè)過程自動控制等功能，實現(xiàn)了局站調度一體化、信息管理和生產(chǎn)過程自動化、運輸管理與決策支持智能化。

新豐鎮(zhèn)編組站綜合自動化系統(tǒng)于2008年1月8日開始試運行，于2010年8月28日正式通過西安鐵路局驗收。對于鐵路局電務部門來說SAM系統(tǒng)是一種全新的技術裝備，系統(tǒng)的使用和維護均與傳統(tǒng)電務設備有較大差異。7.23事故后，全路對設備安全性有了更加深刻的認識，也對作為設備維護者的電務部門提出了更高的要求。本文是在近年來SAM系統(tǒng)使用、管理以及維護過程中經(jīng)驗總結的基礎上，結合系統(tǒng)的結構和功能，對SAM系統(tǒng)的安全性進行的分析，為后續(xù)其他編組站的推廣應用提供借鑒。

SAM系統(tǒng)分為3層，自上而下分別是車站信息管理系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)。其中過程控制系統(tǒng)又包含了計算機聯(lián)鎖子系統(tǒng)、駝峰自動控制子系統(tǒng)、調車機車安全監(jiān)控子系統(tǒng)、停車器自動控制子系統(tǒng)，均為通過鐵道部有關機構安全性認可的有多年成功運用經(jīng)驗的成熟設備。因此本文重點分析車站信息管理系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)的硬件、軟件及其接口的安全性。

1 系統(tǒng)架構的安全性

SAM系統(tǒng)采用管理、控制、過程三層分離的架構，如圖1所示，對于新豐鎮(zhèn)這樣的大型路網(wǎng)編組站來說，這種結構科學巧妙地解決了效率和安全這一對復雜的問題。

圖1 SAM系統(tǒng)三層架構

作為管理層的信息系統(tǒng)將計劃集中編制調整，分階段傳輸給控制系統(tǒng);控制系統(tǒng)實時分析來自過程系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，通過一系列自動控制算法，運算出當前最合適的命令，及時下達給對應的過程系統(tǒng);各過程系統(tǒng)接收到控制系統(tǒng)的命令后，根據(jù)各過程子系統(tǒng)的邏輯分別執(zhí)行控制。當執(zhí)行過程出現(xiàn)異常時，在控制層面即可調整控制方案，立即排除異常;當執(zhí)行過程結束后，及時將執(zhí)行結果反饋給上層信息系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)計劃執(zhí)行靈活高效，以及現(xiàn)車信息的及時準確。

車站信息管理系統(tǒng)與集中控制系統(tǒng)各自獨立建設網(wǎng)絡，中間通過防火墻隔離，在自由共享計劃與執(zhí)行信息的同時保證信息系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的安全。

SAM系統(tǒng)采用的分布、獨立聯(lián)鎖設置，可以將故障影響范圍縮小到最小，有利于局部設備故障隔離，也有利于以后站場局部改造的施工安排。

2 硬件設計的安全性

系統(tǒng)所用的計算機終端全部采用具有高穩(wěn)定性的工控機，并采用雙機熱備方式設置;后臺服務器均采用雙套高性能服務器的冗余設置;作為系統(tǒng)核心的數(shù)據(jù)庫采用雙套小型機配合磁盤陣列的冗余存儲結構，以確保SAM系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全可靠;網(wǎng)絡交換機選用工業(yè)級交換機，具有自動冗余功能，在監(jiān)測到網(wǎng)絡出現(xiàn)故障時，可以自動進行迂回，保證網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的暢通。

由于采用集中分布式的硬件布置方式，SAM系統(tǒng)具有極高的安全性和冗余性，極大程度上保證了行車系統(tǒng)在各類極端情況下的安全。如通信網(wǎng)絡全部失效、站調樓供電失效時，各場聯(lián)鎖現(xiàn)地設備仍具有獨立操作和維持行車作業(yè)的能力。

3 網(wǎng)絡的安全性

信息系統(tǒng)網(wǎng)絡采用星形雙網(wǎng)絡，便于擴展辦公崗位終端;控制系統(tǒng)采用冗余的雙環(huán)工業(yè)網(wǎng)絡，具有網(wǎng)絡冗余功能，為系統(tǒng)提供高速、可靠的通信信道。信息系統(tǒng)與控制系統(tǒng)分離設計，通過防火墻連接，兼顧了信息系統(tǒng)功能的擴展和控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

調車機車安全監(jiān)控系統(tǒng)通過網(wǎng)卡接入控制網(wǎng)，與機車之間采用數(shù)傳電臺進行通信。該方式傳輸速率和每包數(shù)據(jù)大小均有限制，基于該技術的開發(fā)也相對復雜，但該種通信方式的可靠性很高，不會發(fā)生如802.11b無線網(wǎng)絡經(jīng)常出現(xiàn)的因干擾產(chǎn)生的通信速率下降甚至連接不穩(wěn)定現(xiàn)象。

SAM系統(tǒng)每臺計算機設備均有網(wǎng)絡殺毒軟件監(jiān)控。系統(tǒng)設有網(wǎng)絡安全服務器，用于實時監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡狀態(tài)，從而保證系統(tǒng)網(wǎng)絡的安全。

4 接口設計的安全性

集中控制系統(tǒng)與各過程控制系統(tǒng)采用冗余的安全接口，分別設置通信接口機。借鑒CTC的成功經(jīng)驗，在不改變原有過程控制系統(tǒng)技術條件的情況下，集中控制系統(tǒng)通過命令方式下達控制指令，并接收執(zhí)行反饋。過程控制系統(tǒng)保持原有的獨立性和安全性，并作為最后一關的安全保障。

SAM系統(tǒng)與TDCS系統(tǒng)以及路局TDMS系統(tǒng)兩端均設置專用接口機，兩個系統(tǒng)接口機通過防火墻進行網(wǎng)絡隔離，保證SAM系統(tǒng)與外圍系統(tǒng)之間的獨立性和安全性。

5 功能安全

在軟件功能設計方面，突出了系統(tǒng)安全性設計。集中控制系統(tǒng)與過程控制系統(tǒng)間的通信均采用定時心跳機制，一旦集中控制系統(tǒng)與過程子系統(tǒng)間通信出現(xiàn)問題，能夠立即停止該部分功能，并發(fā)出報警，避免出現(xiàn)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)不同步等未知故障。

自動降級功能能保證SAM系統(tǒng)在自動執(zhí)行過程中，當出現(xiàn)接口數(shù)據(jù)異?；蛘呷魏卧O備狀態(tài)異常時，自動轉為人工控制模式，避免計算機產(chǎn)生錯誤命令。

SAM系統(tǒng)在作業(yè)的各個環(huán)節(jié)均設計有相應的自動安全卡控功能。如計劃編制中違編作業(yè)的卡控、整體作業(yè)過程中的人機聯(lián)控、調機安全的自動監(jiān)控、自動控制過程中的自動沖突避讓與各種進路條件卡控，保證了行車作業(yè)的安全，避免了人為過失引發(fā)的事故。

6 系統(tǒng)維護

SAM系統(tǒng)具有完備的系統(tǒng)維護功能，系統(tǒng)維修機可以實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的記錄回放、系統(tǒng)設備狀態(tài)端口的監(jiān)測和記錄、系統(tǒng)異常預警和故障報警，以及遠程輔助維護等。

SAM系統(tǒng)所有設備均采用雙機熱備，冗余網(wǎng)絡;支持在不停機狀態(tài)下，以單機作業(yè)方式維持系統(tǒng)正常功能使用，以便對系統(tǒng)所有備用設備進行更換維修;使維護人員可以隨時切換設備主、備用狀態(tài)，維護工作安全靈活。

由于SAM系統(tǒng)的信息系統(tǒng)和控制系統(tǒng)分離設置，在維護策略的組織上也具有了更好的靈活性和可操作性。其信息系統(tǒng)由車站電算室負責日常維護工作，基于車站電算室多年對于信息系統(tǒng)和辦公網(wǎng)的維護經(jīng)驗，在簡單培訓后即可承擔維護工作。其控制系統(tǒng)由電務部門負責日常維護，由于SAM系統(tǒng)的控制系統(tǒng)維護與CTC系統(tǒng)維護方法近似，現(xiàn)有電務系統(tǒng)可以很快接手維護工作，因此集中控制系統(tǒng)、聯(lián)鎖、駝峰和調車機車系統(tǒng)的維護工作則由電務室內車間承擔。

憑借完備的維護功能以及科學的系統(tǒng)結構，使維護單位可以方便地進行設備維護，從而把安全隱患消滅在萌芽時期。這也是SAM系統(tǒng)整體安全性設計的體現(xiàn)。

7 使用效果

通過近五年的現(xiàn)場運用，新豐鎮(zhèn)SAM系統(tǒng)在日常作業(yè)中充分體現(xiàn)出其提高作業(yè)效率，保證作業(yè)安全的作用。截至2011年下半年，新豐鎮(zhèn)日作業(yè)量已達到28171輛的成績。至今為止新豐鎮(zhèn)未發(fā)生因SAM系統(tǒng)引發(fā)的安全事故。在學習維護SAM系統(tǒng)的過程中，電務部門也培養(yǎng)出一批具有較高水平的專業(yè)維護人員。他們精通計算機網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)庫技術，并且為此類新型計算機設備的維護總結了許多寶貴經(jīng)驗，從而提高了電務部門的整體業(yè)務水平。

［1］ 劉雋．SAM系統(tǒng)電務維護功能的設計與實現(xiàn)［J］ ．鐵道通信信號，2010(12).

［2］ 魏汝寶．關于新豐鎮(zhèn)SAM系統(tǒng)雙光纖環(huán)形網(wǎng)絡的分析［J］ ．西鐵科技，2007(S2).

［3］ 王振宏．編組站作業(yè)計劃自動執(zhí)行與階段計劃自動調整探討［J］ ．鐵道通信信號，2010，46(增刊):27－28．