和谐机车用自动化设备接口规范.doc

和谐型机车管理信息系统
自动化设备接口规范

1、引言
和谐型大功率交流传动机车是具有世界先进水平的货运机车，已经大批量在繁忙干线应用，为了提高和谐型机车使用、维护水平，提高利用率，必须通过信息化手段对和谐型机车加以管理，建立全路范围的部级、局级、检修基地、运用维修段和谐型机车四级一体的管理信息系统。
和谐型机车管理信息系统要遵循《铁路机务信息化规划》，在系统架构、基础编码、数据交换规范等方面要统一设计和规划，以实现最大范围的信息共享和全路机务信息化的可持续发展。
和谐型机车检修基地和运用维修段是和谐型机车检修作业和运用整备的重要场所，配备了大量对机车进行检测、测试、试验和维修作业的设备。为提高检测、测试、试验和维修数据准确性、及时性实现共享。为实现和谐型机车管理信息系统与检修基地、运用维修段自动化设备有效集成、信息共享，部运输局组织编制了《和谐型机车管理信息系统自动化设备接口规范》，以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，信息共享。
本规范明确了自动化设备的分类，制定了接口的软硬件要求，规定了接口开发涉及的相关编码，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 名词术语
1） 自动化设备：指在检修基地和运用维修段内，用于探伤、检测、实验及涉及安全的关键设备、用于检修的主要设备，以及其他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种检测、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） 接口计算机：具有以太网接口、直接接入信息系统，与信息系统进行数据交换的计算机。
4） 上传/下传：数据从设备传递至信息系统的数据传输为数据上传；数据从信息系统传递至设备的数据传输为下传。
5） Web Service：一种基于XML的数据传输方式，具有平台无关的特点。
6） XML：可扩展标记语言（eXtensible Markup Language）,是一种基于标注的、与平台无关的数据格式描述语言。
7） 接口方法：在信息系统应用服务器上以Web Service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。
8） “一卡通”权限认证：对于需要“一卡通”授权应用的设备，并具备“一卡通”识别功能，在用户刷卡操作时通过信息系统进行权限认证。
2、自动化设备的种类
和谐型机车检修基地和运用维修段的自动化设备根据功能和用途可以分为以下三类：
1）检测/测试/实验设备
在检修作业和运用整备的过程中，信息系统需要这类设备获取被测机车、配件或装置的检测/测试/实验数据，以用于机车、配件或装置的技术状态分析和故障诊断。检测/测试/实验设备产生的数据反映了机车或配件的性能和质量，它是和谐型机车检修基地和运用维修段最重要的自动化设备。
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。维修工装设备从信息系统服务器下载作业工单，了解作业任务和作业内容，通过关闭作业工单反映作业步骤和作业进度。
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。
设备工作状态自检功能是自动化设备必须具备的基本功能，信息系统通过分析设备上传的状态数据，可以确定检修基地或运用维修段可用的设备资源，从而制定或调整生产计划。
3、自动化设备接口的硬件要求
和谐型机车检修基地和运用维修段的自动化设备与信息系统互连，原则上要求采用RJ45接口或FC接口以及802.11g无线网卡。即具备以上接口并支持TCP/IP通信协议的自动化设备可直接接入信息系统，实现信息交互。对于不具备RJ45接口或FC接口以及802.11g无线网卡的自动化设备必须经过相关改造才能与信息系统互连。
3.1 采用LANWORK、CAN等现场总线的自动化设备或流水生产线
对于采用LANWORK、CAN等现场总线的自动化设备或流水生产线应增设系统上位管理机。上位管理机是PC架构的通用计算机，配置以太网卡和现场总线卡。上位管理机通过现场总线卡及相关通信协议与采用现场总线的自动化设备或流水生产线交换数据；通过以太网卡及TCP/IP通信协议与信息系统交换数据。上位管理机起到通信网关的作用，实现通信协议和数据格式的转换。拓扑结构如图3.1所示：

图3.1 现场总线自动化设备或流水生产线接入方案

3.2 采用串行接口的自动化设备
和谐型机车检修基地和运用维修段存在大量的便携式测量设备，他们通常采用RS232、RS485、RS422、USB等串行接口与其他设备交换数据。由于这类设备不具备RJ45接口或FC接口以及802.11g无线网卡，不能遵循TCP/IP协议与信息系统直接交换数据，因此应增设接口计算机。接口计算机是PC架构的通用计算机，配置以太网卡和相关串行接口卡。采用串行接口的自动化设备将采集的数据传送到接口计算机，然后由接口计算机负责数据格式的转换，并通过以太网卡及TCP/IP通信协议与信息系统交换数据。拓扑结构如图3.2所示：

图3.2 串行接口设备接入方案

4、自动化设备接口的软件要求
和谐型机车管理信息系统是部级、局级、检修基地、运用维修段四级一体的信息系统。为了实现和谐型机车质量数据全路范围的共享，机车制造商、自动化设备生产商必须遵循相同的对象编码规则、对象性能参数字典和对象故障字典。对象编码规则由铁道部运输局制定，对象的性能参数字典和故障字典由铁道部运输局编制、发布和维护。机车制造商在交付和谐型机车时，机车技术履历中的配件编号必须符合颁布的对象编码规则。和谐型机车检修基地和运用维修段新购配件入库时，必须按照颁布的对象编码规则对配件进行编号。自动化设备生产商必须依据对象编码规则、对象性能参数字典和对象故障字典开发自动化设备接口软件，以便信息系统对上传的被测机车、配件或装置的质量状况数据和设备状态监测数据进行自动识别和处理。
自动化设备为分析被测机车、配件或装置的质量状况而采集的过程数据，可以按自动化设备生产商的数据格式打包发送给信息系统，由信息系统存放到数据服务器中，以便实现数据的备份。
5、接口交换数据
5.1 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5.1。

表5.1 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/
试验数据
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、试验、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。
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。
系统命令
设备启动时，设备接口程序向信息系统查询当前系统命令。
设备接口程序向信息系统查询起、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”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。
实现检修基地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，本规范中给出了针对不同类型数据内容所应包含的数据的基本内容和格式。其他需要补充的数据项，由各设备使用单位、设备供应商以及信息系统研发单位商议确定。
5.2 上传数据接口内容及格式
n 检测/测试/试验接口内容
1）基本信息：接口版本信息，自动化设备编码，数据生成时间。
2）人员信息：作业人员工号。
3）检测/测试/试验对象描述信息：对象编码，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：参数编码、参数值、与标准值的差值或对比结果。
5）检测/测试/试验结论：参数编码、参数值。
格式：

< Data Type >01
< Edition >1.00
< Materiel Code >10000000000001
< Detector Code >00011000000001 ode >
< Worker Code >00022000000001
< Detector Date >YYYY/MM/DD HH:MM
< Begin Date > YYYY/MM/DD HH:MM
< End Date > YYYY/MM/DD HH:MM
< Result >10000001
< Parameters>
< Parameter Code=’ 100000001’ Difference=1 >20< /Parameter>

< Parameter Code=’ 100000002’ Difference=1 >40< /Parameter>
< Parameter Code=’ 100000003’ Difference=20 >500< /Parameter>
< Parameter Code=……>……< /Parameter>
< /Parameters>

n 设备状态监测数据接口内容
1）基本信息：接口版本信息，自动化设备编码，监测时间。
2）设备状态自检信息：设备状态编码
格式：

< Data Type >02
< Edition >1.00
< Detector Code >00011000000001 ector Code >
< Detector Date > 2010/1/19 10:10
< Parameters>
< Parameter Code=’100000001’ >< /Parameter>
< Parameter Code=’ 100000002’ >< /Parameter>
< Parameter Code=’ 100000003’ >< /Parameter>
< Parameter Code=……>……< /Parameter>
< /Parameters>

5.3 下传数据接口内容及格式
n 作业工单数据接口数据
如需下传作业工单的设备，通过向信息系统发送请求获得作业工单数据，返回XML格式的工单数据。
1）请求：接口版本信息，自动化设备编码
2）返回：返回工单的XML格式的工单数据
格式：
u 请求

< Data Type >01
< Edition >1.00>
< Detector Code >00011000000001

u 返回

< Data Type >01
< Edition >1.00
< Materiel Code >100000000001
< Detector Code >000110000001
< Begin Date >
< End Date >
< Parameters>
< Parameter Code=’ 100000001’ >< /Parameter>
< Parameter Code=’ 100000002’ >< /Parameter>
< Parameter Code=’ 100000003’ >< /Parameter>
< Parameter Code=……>……< /Parameter>
< /Parameters>

n 系统命令数据接口内容
1）请求：接口版本信息，自动化设备编码
2）返回：设备的起、停、自检命令
格式：
u 请求
< Request Data>
< Data Type >01
< Edition >1.00
< Detector Code >00011000000001

u 返回
< Response Data>
< Data Type >02
< Edition >1.00
< Detector Code >00011000000001 </ Detector Code >
< System Cmd >0

n “一卡通”操作权限数据接口内容
1）请求：接口版本信息，“一卡通”编码
2）返回：操作/允许/禁止
格式：
u 请求
< Request Data>
< Data Type >02
< Edition >1.00
< Materiel Code >00011000000001

u 返回
< Response Data>
< Data Type >03
< Edition >1.00
< Materiel Code >00011000000001
< State >01

6、 接口数据交换方式
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Web Service (HTTP)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。
6.1 数据交换服务接口方法定义
1）数据交换服务接口方法定义参数说明
数据交换接口中，所有信息项需组织成具有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。
2）上传数据服务接口方法定义
接口方法名称定义为SendData。
Byte SendData(string XMLData)
SendData：表示Web Services的方法名称
XMLData：表示具有XML格式的字符串
Byte：表示数据接口方法的返回值。
3）上传数据接口方法返回值及含义
返回代码
含义
0
接口方法调用成功，数据操作接受
1
接口方法调用成功，数据操作失败
2
接口方法调用成功，无效或未知的设备
3
接口方法调用成功，无效的XML数据类型
9
接口方法调用失败，未知错误
4）下传数据服务接口方法定义
下传数据包括工单数据，“一卡通”权限认证以及系统命令，根据不同的内容返回XML格式的结果字符串。
接口方法名称定义为GetData。
String GetData(string XMLData)
GetData：表示Web Service的方法名称
XMLData：表示具有XML格式的字符串
String：表示返回的XML格式的字符串（内容格式参照第四部分第三节内容）
5）信息系统数据上传下传定义的XML基本属性
序号
属性名称
类型
长度
XML属性描述
1
Detect Data
-
-
检测/测试/试验/设备状态XML数据
2
Request Data
-
-
下传请求XML数据
3
Response Data
-
-
下传返回XML数据
4
Data Type
字符
2
XML数据类型
上传： 01表示检测/测试/试验
02表示设备状态
下传请求：01表示系统命令
02表示“一卡通”数据
下传返回：01表示工单请求
02表示系统命令
03表示“一卡通”数据
5
Edition
字符
4
接口版本信息
5
Begin Date
字符
16
测试开始时间
6
End Date
字符
16
测试结束时间
7
Result
字符
2
返回结论，参考参数字典
8
State
字符
2
返回状态，参考参数字典
9
Materiel Code
字符
24
检测/测试/试验对象编号
10
Parameter Code
字符
8
参数代码，参考参数字典
11
Detector Code
字符
24
自动化设备编码
12
Worker Code
字符
24
作业人员工号
13
Detect Date
字符
16
数据生成时间
其他需要补充的非性能参数的数据项，由各设备使用单位、设备供应商以及信息系统研发单位商议确定。
6.2 数据交换服务接口发布
设备供应商通过以下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。信息系统Web Service 数据交换接口方法的发布地址为：
http://%Ip Address %/%ServiceName%/%MethodName%/
% Ip Address % 为检修基地系统应用服务器IP地址。
/%ServiceName% 为服务名。
%MethodName% 为方法名。
7、 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。
8、 对象编码规则、参数字典及故障字典
为保证检修基地和运用维修段自动化设备数据采集的规范性，实现机车质量数据的全路共享，由部运输局组织设备使用单位、设备供应商以及信息系统研发单位统一对象编码，形成性能参数字典和故障字典，编码规范另行公布。
附件：
和谐型机车管理信息系统编码规范

为了实现和谐型机车部级、局级、检修基地、运用维修段四级管理信息系统的信息共享和全路机务信息化的可持续发展，实现自动化设备与各类信息系统的数据自动交换，减少人工输入环节，提高数据的准确性和真实性，必须统一相关基础编码。只有信息系统开发商、自动化设备制造商在软件设计和开发中都遵循相同的资源编码、性能参数编码和故障编码，才能保证在各系统之间的信息交换中对数据解释的唯一性。
1、 资源编码规则
将全路机车、配件、设备、人员等生产要素同称为资源，按统一的格式对他们进行编码，实现一物一码，杜绝一码多物，即形成全路机务资源字典。
资源编码码长为30位，结构如下图所示：
XX XX XX XX XXXX XXXXXX XXXX XXXXXXXX
H:出厂编号或参数值
G: 制造商代码
F：行政区划编码
E: 资源名称
D：资源组别
C：资源小类别
B：资源中类别
A：资源大类别

1）A (XX)为资源大类别，用2位数字表示，可区分一百种资源大类。例如用00表示机务系统人员类、用10表示机车类、用11表示机车重要配件类、用12表示机车一般配件类、用20表示设备类、用21表示设备重要配件类、用22表示设备一般配件类、用30表示厂房…… ；
2）B (XX)为资源中类别，用2位数字表示，可区分每个资源大类下的100个细分类别。例如用0002表示“人员的所属路局为沈阳铁路局”，参见机务公用基础编码规范的部局编码；
例如用1002表示“机车的动力类型为电力机车”，参见机务机车公用编码规范的机车动力类型编码；
例如用2003表示“设备的大类为电气设备”，参见铁道部机械动力设备分类目录，但将设备大类由1位编码扩展为2位编码，以适应铁道部机械动力设备分类目录将来的修订；
……
3）C (XX)为资源小类别，用2位数字表示，可区分每个资源中类下的100个细分类别。例如用000205表示“人员的所属机务段为沈阳铁路局苏家屯机务段”，参见机务公用基础编码规范的机务段编码；
例如用100201表示“机车为交-直流电传动电力机车”，参见机务机车公用编码规范的机车传动方式编码；
例如用200306表示“设备的类型为焊接机”，参见铁道部机械动力设备分类目录，但将设备类由1位编码扩展为2位编码，以适应铁道部机械动力设备分类目录将来的修订；
……
4）D (XX)为资源组别，用2位数字表示，可区分每个资源小类下的100个细分组别。例如用00020517表示“人员的职务为沈阳铁路局苏家屯机务段检修工人”，参见机务公用基础编码规范的职务编码；
例如用10020105表示“机车为韶山1型交-直流电传动电力机车”，参见机务机车公用编码规范的机车车型编码；
例如用20030602表示“设备的组别为电阻焊接机”，参见铁道部机械动力设备分类目录，但将设备组别由1位编码扩展为2位编码，以适应铁道部机械动力设备分类目录将来的修订；
……
5）E(XXXX) 为资源名称，用4位数字表示，可区分每个资源组别下的10000个成员。例如用000205170020表示“该人员为沈阳铁路局苏家屯机务段第0020号检修工人某某某”；
例如用100201050208表示“机车为0208号韶山1型交-直流电传动电力机车车”；
例如用2003060203XX表示“设备为电阻点焊机”，参见铁道部机械动力设备分类目录，设备名称由2位编码表示，剩余2位编码备用；
……
6）F (XXXXXX)为资源出产国别及地区，用6位数字表示。
用于表示“人员身份证的地区编码”、 即身份证的前六位；
用于表示“机车产地的地区编码”，参见机务公用基础编码规范的行政区划编码；
用于表示“设备产地的地区编码”，参见机务公用基础编码规范的行政区划编码；
……
7）G(XXXX)为某一地区的厂家代码，用4位数字表示。
用于表示“人员的出生年份”、 身份证的第7—10位；
用于表示“机车的制造商代码”，参见机务公用基础编码规范的工厂编码；
用于表示“设备的制造商代码”，参见机务公用基础编码规范的工厂编码；
……
8）H(XXXXXXXX)为资源的出厂编号，用8位数字表示。
用于表示“人员的出生时间和序号”、 身份证的第11—18位；
用于表示“机车的出厂序号”，机车的出厂编号一般为4位，同种车型都是全路统一编号，不会重复，机车出厂编号不足8位，可通过在编号前面加0补足8位；
用于表示“设备的出厂序号”，设备厂商众多，出厂序号编制方法各异，为保证一码对应一物，当出厂序号中不含年份信息时，应在8位出厂序号编码中考虑加入年号，防止重码；
……
配件、厂房等资源可参照以上方法制定编码规则，可成立相关小组逐步完善。在人员编码中加入身份证信息，保证了全路人员编码不会重码；在设备和配件编码中加入制造商信息、出厂年份和出厂序号，保证了全路设备和配件也不会重码。
2、 性能参数和故障字典编码规则
以前性能参数往往与资源名称结合在一起，如电机电流、主发电流、可控硅电流等，导致参数编码异常繁杂。当我们有了资源编码后，可对资源参数进行解耦，性能参数字典中的参数不与具体资源名称捆绑。即在建立参数字典时，只需将常用的电类、压力类、机械类等各类参数汇总即可，实现比较容易。资源编码和参数编码组合使用，可以描述所有资源的性能指标。
同理将故障名与资源名称解耦，即故障字典中的故障名不与具体资源名称捆绑，可方便地形成故障字典。在建立故障字典时，只需将常用的运输设备类、电气设备类、仪器仪表类等各类故障名称汇总即可。
为了便于设备通信协议的设计，建议用8位码长对性能参数与故障名称进行统一编码，结构如下图所示：
X XXX XXXX
C: 参数编码
B: 参数类别编码
A：字典类别编码

1）A(X)为字典类别，用1位数字表示，可区分10中字典。例如用0表示性能参数字典、用1表示故障字典…… ；
2）B(XXX)为参数类别，用3位数字表示，可区分000—999一千类的参数。例如对于性能参数字典可用000表示电类、用010表示机械类、用020表示压力类、用030表示温度类…… ；
3）C(XXXX)为参数编码，用4位数字表示，可区分每类中的一万种参数。
3、 字典库格式
性能参数字典库格式:
参数代码
参数名称
参数类型
备注

故障名称字典库格式:
故障代码
故障名称
故障类型
备注

4、 数据交换最基本的格式
参数序号
参数名称
参数类型
长度
备注
1
被测对象名称
字符
30
采用资源编码
2
被测对象参数名称
字符
8
采用字典编码
3
参数值
字符
64
可为数值或文字描述
4
测试设备名称
字符
30
采用资源编码
5
操作者名称
字符
30
采用资源编码
6
测试时间
字符
12
数据生成时间

19