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軌道交通綜合監(jiān)控仿真培訓(xùn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互模塊的設(shè)計

0引言

近年來，隨著我國城市軌道交通行業(yè)的快速發(fā)展，對地鐵從業(yè)人員的需求也越來越大。由于該行業(yè)關(guān)系到人們的日常生活和安全，地鐵從業(yè)人員在上崗之前，必須要進(jìn)行系統(tǒng)的培訓(xùn)。軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成了電力監(jiān)控(PSCADA)、環(huán)境與機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(BAS)、火災(zāi)報警系統(tǒng)(FAS)、屏蔽門(PSD)、廣播(PA)、乘客信息系統(tǒng)(PIS)、閉路電視系統(tǒng)(CCTV)等子系統(tǒng)[1]，具有設(shè)備先進(jìn)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點，在以往培訓(xùn)過程中，往往受到場地、設(shè)備、經(jīng)費和安全性等方面的制約，嚴(yán)重影響培訓(xùn)的效果和進(jìn)度[2-3]。利用計算機(jī)數(shù)字仿真技術(shù)，通過軟件模擬現(xiàn)場設(shè)備的功能、狀態(tài)和變化過程，構(gòu)建軌道交通綜合監(jiān)控仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，可以提供逼真的工作環(huán)境，使地鐵調(diào)度人員盡快熟悉工作環(huán)境和掌握操作技能[4]。

針對上述問題及要求，綜合監(jiān)控仿真培訓(xùn)系統(tǒng)不僅需要實現(xiàn)模擬仿真各個專業(yè)的設(shè)備運行狀態(tài)，還要能夠與各種軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行有效連接，實現(xiàn)信息交互。數(shù)據(jù)交互模塊就是為解決此類問題而設(shè)計的。其主要功能是存儲各子專業(yè)設(shè)備仿真的數(shù)據(jù)，并完成軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)與仿真模擬器的信息交互。

1結(jié)構(gòu)設(shè)計

軌道交通綜合監(jiān)控仿真培訓(xùn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互模塊的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1　數(shù)據(jù)交互模塊結(jié)構(gòu)圖

數(shù)據(jù)交互模塊具備便利的管理接口，多種數(shù)據(jù)存儲單元及配套的讀寫接口，并且具有一個通信協(xié)議池，支持多種通信協(xié)議接口與外系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。數(shù)據(jù)交互模塊的管理接口和讀寫接口直接與仿真模擬器連接，通過調(diào)用各種通信協(xié)議接口建立各子專業(yè)通道與軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的連接，很好地實現(xiàn)了兩者之間的數(shù)據(jù)交互功能。

1.1管理接口

數(shù)據(jù)交互模塊具有管理接口，由仿真模擬器連接控制，其主要功能是創(chuàng)建數(shù)據(jù)存儲區(qū)、分配存儲區(qū)域、配置專業(yè)通信通道和銷毀數(shù)據(jù)存儲區(qū)等。

1.2數(shù)據(jù)存儲區(qū)

軌道交通綜合監(jiān)控仿真培訓(xùn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互模塊的數(shù)據(jù)存儲區(qū)，是在仿真培訓(xùn)服務(wù)器上申請的若干大小的共享內(nèi)存。根據(jù)應(yīng)用功能，在邏輯上劃分為兩個存儲區(qū)域：屬性區(qū)和功能區(qū)。每個存儲區(qū)又根據(jù)軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的子專業(yè)，劃分為PSCADA數(shù)據(jù)區(qū)域、BAS數(shù)據(jù)區(qū)域、FAS數(shù)據(jù)區(qū)域、PA數(shù)據(jù)區(qū)域、PIS數(shù)據(jù)區(qū)域和CCTV數(shù)據(jù)區(qū)域等。

屬性區(qū)存放的是仿真設(shè)備可供采集的點數(shù)據(jù)，分為數(shù)字量點數(shù)據(jù)和模擬量點數(shù)據(jù)，可以在軌道交通綜合監(jiān)控界面上同步顯示。

功能區(qū)存放的是干預(yù)類型、動作時間、模擬量上下限等功能數(shù)據(jù)，用于仿真模擬器的仿真和教師管理的控制。數(shù)字量點數(shù)據(jù)僅具有干預(yù)類型和動作時間，而模擬量點數(shù)據(jù)還有模擬上限、模擬下限等數(shù)據(jù)。

1.3讀寫接口

數(shù)據(jù)交互模塊具備配套齊全的讀寫接口，不僅提供了根據(jù)設(shè)備點的關(guān)鍵字和類型讀寫數(shù)據(jù)存儲單位的接口，還提供了按地址方式讀寫數(shù)據(jù)、整體讀寫數(shù)據(jù)等接口。在創(chuàng)建數(shù)據(jù)交互模塊后，仿真模擬器可以根據(jù)需求，使用相應(yīng)的讀寫接口進(jìn)行讀寫操作。

1.4通信協(xié)議池

數(shù)據(jù)交互模塊具有一個通信協(xié)議池，支持IEC104協(xié)議、Modbus協(xié)議、OPC協(xié)議和PELCO協(xié)議等多種通信協(xié)議，能夠與各廠家的軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行外接[5]。當(dāng)數(shù)據(jù)交互模塊與外部的軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時，其模擬各類通信從站設(shè)備，接收軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的命令包，并回送數(shù)據(jù)包。對于數(shù)據(jù)交互模塊中的共享內(nèi)存區(qū)域，可以設(shè)置不同的通信協(xié)議，以便接入各子專業(yè)通道，提高內(nèi)存使用率。

2工作流程

軌道交通綜合監(jiān)控仿真培訓(xùn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互模塊的基本工作流程如圖2所示。根據(jù)現(xiàn)場軌道交通綜合監(jiān)控仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的實際應(yīng)用，數(shù)據(jù)交互模塊的構(gòu)建與使用步驟如下。

(1)創(chuàng)建數(shù)據(jù)存儲區(qū)。

在仿真模擬服務(wù)器上，開啟數(shù)據(jù)交互模塊的程序，判斷服務(wù)器是否有充足的閑置共享內(nèi)存。如果沒有，則清理服務(wù)器上內(nèi)存使用量；當(dāng)服務(wù)器上有充足的閑置共享內(nèi)存后，申請若干大小的共享內(nèi)存作為數(shù)據(jù)交互模塊的數(shù)據(jù)存儲區(qū)。

(2)分配數(shù)據(jù)存儲區(qū)。

將數(shù)據(jù)交互模塊的數(shù)據(jù)存儲區(qū)在邏輯上劃分為屬性區(qū)和功能區(qū)這兩個數(shù)據(jù)片區(qū)，并在每個數(shù)據(jù)片區(qū)按照綜合監(jiān)控系統(tǒng)子專業(yè)劃分區(qū)域，如PSCADA區(qū)域、BAS區(qū)域、FAS區(qū)域和CCTV等區(qū)域，每個專業(yè)區(qū)域可以根據(jù)設(shè)備數(shù)目進(jìn)行合理劃分。

圖2　數(shù)據(jù)交互模塊工作流程圖

(3)配置專業(yè)通道。

在仿真培訓(xùn)時，軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)會采集分配數(shù)據(jù)存儲區(qū)中屬性區(qū)的數(shù)據(jù)。因此，為該區(qū)每個子專業(yè)存儲區(qū)域配置與軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)交互的通信協(xié)議，構(gòu)成專業(yè)通道。例如，PSCADA專業(yè)配置IEC104協(xié)議傳遞數(shù)據(jù)，BAS專業(yè)配置Modbus協(xié)議，CCTV專業(yè)配置PELCO協(xié)議。當(dāng)通信協(xié)議池中沒有綜合監(jiān)控系統(tǒng)子專業(yè)的一些特殊通信協(xié)議時，可以將特殊通信協(xié)議方便地擴(kuò)展到通信協(xié)議池中，再配置該子專業(yè)通道。

(4)數(shù)據(jù)交互。

在完成上面步驟的基本配置后，在仿真模擬服務(wù)器上，開啟數(shù)據(jù)交互模塊的讀寫程序，獲取數(shù)據(jù)交互模塊信息。

仿真模擬器程序在進(jìn)行讀寫操作時，使用相應(yīng)的數(shù)據(jù)交互模塊的讀寫接口，讀寫存儲區(qū)域的數(shù)據(jù)。讀寫接口不僅提供了根據(jù)設(shè)備點的關(guān)鍵字和類型讀寫數(shù)據(jù)存儲單位的接口，還提供了按地址方式讀寫數(shù)據(jù)、整體讀寫數(shù)據(jù)等接口。

數(shù)據(jù)交互模塊在與外部的軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時，模擬各類通信從站設(shè)備，接收軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的命令包后，回送數(shù)據(jù)包，完成讀寫操作。

這樣，兩者通過對數(shù)據(jù)交互模塊中數(shù)據(jù)存儲區(qū)數(shù)據(jù)的讀寫，有效地實現(xiàn)了數(shù)據(jù)交互。

(5)退出程序。

在培訓(xùn)結(jié)束之后，軌道綜合監(jiān)控系統(tǒng)和仿真模擬器要釋放數(shù)據(jù)交互模塊資源，并銷毀申請的共享內(nèi)存。當(dāng)判定共享內(nèi)存完全銷毀時，就可以執(zhí)行退出程序，完成此次的培訓(xùn)任務(wù)。

3結(jié)束語

隨著軌道交通的快速發(fā)展及專業(yè)人才的大量需求，開發(fā)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)成為迅速培養(yǎng)人才的一條有效途徑。目前，市場上軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)種類較多，解決其與仿真培訓(xùn)系統(tǒng)間交互接口的問題非常重要。本文設(shè)計的數(shù)據(jù)交換模塊具有很好的實用性和擴(kuò)展性，有效地實現(xiàn)了兩者之間的數(shù)據(jù)交互。

參考文獻(xiàn)

[1] 錢存元,王露秋,忻鳴祥,等.城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成測試平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[J].城市軌道交通研究,2015,18(4):34-37.

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[3] 馬強(qiáng).城市軌道交通控制綜合培訓(xùn)與仿真支撐平臺設(shè)計構(gòu)想[J].石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2009,8(2):22-25.

[4] 劉濤,崔偉.一種城市軌道綜合監(jiān)控培訓(xùn)管理系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)[C]//第三屆配電自動化新技術(shù)及應(yīng)用高峰論壇論文集，2012:262-265.

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Design of the Data Interaction Module for Rail Transit Integrated Supervisory Simulation Training System

朱祁崔偉謝向陽

(國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京210061)

摘要：為了實現(xiàn)軌道交通綜合監(jiān)控仿真培訓(xùn)系統(tǒng)與各種綜合監(jiān)控系統(tǒng)的有效連接和信息交互，設(shè)計了一種數(shù)據(jù)交互模塊。該模塊具備便利的管理接口、多種數(shù)據(jù)存儲單元及配套的讀寫接口，并且具有一個通信協(xié)議池，支持多種通信協(xié)議接口與綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。該模塊成功地連接了軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)與仿真模擬器，具有很好的實用性和擴(kuò)展性。

關(guān)鍵詞：軌道交通監(jiān)控系統(tǒng)模擬仿真器數(shù)據(jù)交互通信協(xié)議系統(tǒng)集成Modbus

Abstract：In order to realize the effective links and information interaction between rail transit integrated supervisory system and various kinds of integrated monitoring systems,a data interaction module is design.The module is equipped with convenient management interface,a variety of data storage units,as well as the matched interface for read and write.In addition,communication protocols pool is possessed to support multiple communication protocol interfaces for data interacting with integrated monitoring systems.The module connects the integrated supervisory system of rail transit and the simulator successfully,and has very good practicability and extensibility.

Keywords:Rail transitMonitoring systemAnalog simulatorData interactionCommunication protocolsSystem integration Modbus

中圖分類號：TP277;TH86

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201604012

南京市科技計劃基金資助項目(編號:201006011)。

修改稿收到日期：2015-09-01。

第一作者朱祁(1986-)，男，2012年畢業(yè)于國網(wǎng)電力科學(xué)研究院電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，獲碩士學(xué)位，工程師；主要從事軌道交通與工業(yè)控制、計算機(jī)應(yīng)用方向的研究。