-轨道交通综合监控仿真培训系统的设计与实现

轨道交通综合监控仿真培训系统的设计与实现朱祁，崔伟，刘涛（国电南瑞科技股份有限公司江苏南京，210061）摘要：本文设计并实现了一套轨道交通综合监控仿真培训系统（TMS），根据轨道交通车站级综合监控仿真培训系统的实际应用，介绍了系统的构成和功能。该系统不仅能够模拟仿真综合监控系统各专业的基本功能，包括各专业的状态监视和控制功能、顺控、模式及闭锁等功能，而且能够实现设备状态动态变化、控制干预和自定义场景等高级功能。关键词：轨道交通；综合监控系统；模拟仿真；培训DOI编码：10.14016/j.cnki.1001-9227.2014.09.140Abstract:Abstract:ThisthesishasdesignedandimplementedasimulationtrainingsystemforRailTransitIntegratedSupervisoryControlSystem.Accordingtothepracticalapplicationofsimulationtrainingsystemofstationmonitoring,thepaperintroducesthestructureandfunctionofthesystem.Thesystemcannotonlysimulatesbasicfunctionsofalltheprofessionoftheintegratedmonitoringsystem,in-cludingthestatemonitoringandcontrolfunctions,sequentialcontrol,modeandlockingfunctionetc,butalsorealizessomeadvancedfunctions:dynamicchangeofequipments,thecontrollingintervention,customscenesandsoon.KeywordsKeywords：：RailTransit;IntegratedSupervisoryControlSystem;Simulation;training中图分类号：TP277文献标识码：B文章编号：1001-9227（2014）09-0140-03收稿日期：2014-07-15作者简介：朱祁（1986-），男，工程师，从事轨道交通与工业控制、计算机应用的研究与开发工作。0引言轨道交通综合监控系统实现了多专业、多系统的数据采集、信息集成和资源共享，为城市轨道交通科学和高效的运营组织和管理提供先进的技术手段，极大地提高了工作效率。随着我国城市轨道交通的高速发展，对从业人员的需求量也越来越大。然而，由于综合监控系统的复杂性和系统设备价格昂贵，以及受到现场环境的应用和安全限制，严重影响培训的效果和进度。在传统培训的方式下，要想满足大量人员的培训，必须要大幅度增大对培训环境和设备的投入。采用数字化仿真培训系统，不仅能减少地铁运营公司的投入，还能方便地快速培训员工，增强社会效益。[1][2][3]而且，铁路职业院校也可以引入仿真培训系统，学生在校就可以接触到逼真的仿真工作环境，增强学生的实践能力，为轨道交通业提供更多的优秀人才。1系统建设结构1.1硬件架构设计轨道交通综合监控仿真培训系统(TMS)的硬件结构由培训服务器、学生机、仿真模拟服务器、教师工作站和前置通信终端等设备构成。[4]轨道交通仿真培训系统结构如图1所示，系统采用了车站级服务器做为培训服务器。仿真模拟服务器和教师工作站上分别部署了仿真模拟器程序和教师管理工具。学生机上采用了综合监控系统客户端界面，学员可以做出与真实环境相同的全部操作，便于学员熟悉工作环境和掌握操作技能。培训服务器和仿真模拟器服务器由前置通信FEP终端连接。培训服务器学生机1教师工作站FEPC306ETH1ETH3学生机n仿真模拟服务器图1轨道交通车站级仿真培训系统架构1.2软件模块及工作流程轨道交通综合监控仿真培训系统(TMS)的主要软件模块为模型配置工具（TMS_Configurator）、仿真模拟器(TMS_Silmula⁃tor)和教师管理工具(TMS_Manager)。系统的软件模块及工作流程如图2所示。cfg文件模型库共享内存1共享内存2TMS_SimulatorTMS_ManagerTMS_ConfiguratorSystematICS模拟仿真器教师管理工具模型配置工具综合监控系统FEP图2综合监控培训仿真系统工作流程（1）模型配置工具（TMS_Configurator）轨道交通综合监控仿真培训系统的设计与实现朱祁，等140《自动化与仪器仪表》2014年9期（总第179期）（下转第144页）负责TMS模型信息的可视化维护，实现了系统通用模型的数据维护、设备点的数据维护和闭锁、模式、联动等多点集合的维护等功能。并且针对SystematICS综合监控系统设计了一键导入功能，即直接将SystematICS数据库导出的cfg文件导入TMS模型库，仿真培训系统就可以直接使用。这减少了工程人员再次录点入库的环节，降低了工作量和工作难度，大大提高了工程人员的工作效率。（2）仿真模拟器(TMS_Simulator)仿真培训系统的核心模块，主要负责TMS应用系统对共享内存的读写操作，实现对各子专业设备运行工况的模拟、仿真，提供学员对各种控制操作的动作反馈，完成教师的干预操作及场景执行工作。（3）教师管理工具(TMS_Manager)部署在教师工作站，负责对仿真模拟器工作状态的配置控制，为教师提供系统内各设备的状态查看和设置、学员操作的干预、模拟仿真器的控制、培训场景的编辑与下发、培训课程的保存与初始化等功能。1.3数据存储数据存储是仿真培训系统的基础，分为模型库和共享内存两部分，位于仿真模拟服务器上，它串联起了仿真培训系统的各个模块。（1）仿真培训系统具有独立的模型库信息。模型库可以采用常用数据库，例如ORACLE和MYSQL，存储着TMS系统各类模型信息。（2）共享内存为硬盘上划分的一块物理区域。共享内存的管理由动态链接库实现，与真实设备存储一样，共享内存存储的基本单位为一个寄存器。共享内存在逻辑上分为共享内存1和共享内存2。共享内存1存储着设备的点值数据，根据点的属性—数字量和模拟量，按比特位或寄存器为单位存储信息。共享内存2则存储了所有点的相应干预信息，如干预类型、反馈延迟时间等。共享内存2则是占用了若干寄存器存储这些信息。2仿真模拟器关键处理流程仿真模拟器后台应用核心工作流程如图3所示：是否有变化判断点类型共享内存1遍历共享内存1数据共享内存2共享内存2中获取干预信息共享内存2中获取干预信息计算DI/AI值数据库中查找关联的DI/AI点信息计算DI/AI值是否DI/AI点DO/AO点读读写写图3仿真模拟器核心工作流程仿真模拟器后台应用程序，主要负责对“共享内存1”的维护。通过循环遍历“共享内存1”中各专业设备点信息，结合“共享内存2”的干预信息和数据库中控制点与反馈点的关联关系，计算相关DI/AI点数据，并写入“共享内存1”。以完成对学员操作进行响应的处理。在培训过程中，教师通过教师管理工具对设备的点值和干预信息进行查询和设置操作。学生在学生机的操作通过前置传送至仿真模拟服务器，并修改共享内存1的点值。仿真模拟器收到数据变化后，根据该点的控制反馈设置和干预设置，做出反馈计算，修改反馈点的值，最终传送回学生机。逼真的模拟了真实综合监控环境的控制反馈过程。3系统功能仿真培训系统通过模拟仿真综合监控各专业下设备的运行状态，包括PSCADA、BAS、FAS、ACS、PA、PIS、CCTV等全子专业，为学员提供逼真的培训环境。[5]它能够实现综合监控的基本功能，也根据培训要求实现了一些高级功能。3.1基本功能（1）状态监视利用教师管理工具设置设备的状态，例如打开/关闭、报警、故障等，还有模拟量数据，即可在综合界面监视到该设备的实时状态。（2）控制反馈在综合监控界面，对各专业中设备进行控制操作，仿真器模拟可以感知控制命令，找到控制反馈点，并修改该反馈点的点值。即成功地实现了学员对设备的控制操作。（3）顺控主要是PSCADA专业下的多个断路器顺序控制合闸命令。（4）闭锁通过编辑脚本，实现了设备间的动作闭锁关系。例如PSCADA专业下35KV母联备自投操作。（5）模式根据综合监控的模式内容，利用模型配置工具编辑模式，存储到TMS模型库中。当综合监控系统界面或者教师管理工具下发该模式后，模拟仿真器在感知到模式命令，执行模式内容。（6）时间表读取综合监控系统下发的时间表内容，并可以在准确时刻触发相应的模式。（7）联动在某些条件下，根据某个点的状态变化，影响不同专业间设备点的联动情况。3.2高级功能TMS实现的高级功能包括设备状态动态变化、控制干预和自定义场景。（1）状态动态变化对设备的AI类型的点，可以设置模拟量正弦状态变化，设定模拟量的上、下限及周期时间，该点就会动态变化。从而，监控界面监视到该点的动态变化状态。141（上接第141页）（2）控制干预针对综合监控系统下各设备的控制点，预定了几种干预方式，如无干预、恒成功、恒失败、取反等（默认为无干预）。（3）自定义场景培训教师可以根据培训课程的要求，对于地铁环境下各种场景（火灾状况、淹水状况），在教师工作站上对模拟场景中设备运行状态的设置各点的值或状态，模拟真实场景下ISCS各子系统设备的运行情况。（4）培训课程的保存与初始化教师可以随时保存课程的进度，记录下系统各子专业设备的运行状态。教师在上课前也可以从课程进度文件中选择课程进行初始化操作，实现了课程的连续性。4结论轨道交通综合监控仿真培训系统在地铁学员的培训学习中，大大降低了场地和设备投入的经费，打破了现场安全性的制约，加上逼真的环境，大大提高了培训的效果和进度。另外，该系统在综合监控的初期测试中可以帮助建设人员提早发现系统配置的错误，减少了现场工作的时间。目前，该系统已经应用在国内部分地铁线路。参考文献[1]王颖,王英菲.浅谈城市轨道交通新员工入职培训的必要性[J].科学大众,2012(5):166.[2]马强.城市轨道交通控制综合培训与仿真支撑平台设计构想[J].石家庄铁路职业技术学院学报,2009,8(2):22-25.[3]张伟瑾.上海城市轨道交通运营人才的培养[J].城市轨道交通研究,2004,7(2):89-90.[4]刘涛,崔伟.一种城市轨道综合监控培训管理系统的设计及实现[C].第三届配电自动化新技术及应用高峰论坛论文集:262-265.[5]吴坚.城市轨道交通综合监控系统全线仿真测试平台的设计[J].城市建设,2010(4).[6]王开满,王军,张慎明.城市轨道交通自动化综合监控系统的集成模式[J].城市轨道交通研究,2007(10):3.摇晃或用力太大引起生产产品变形，同时保证车床后面套筒的长度刚好。（3）通过固定生产的产品，从而保证生产的产品和接受动力并将它传给其它机件的轴的中间点的定位点差异最小，防止生产的产品不平衡而中断整个过程或者用力不平衡使得用力的不同而出现规则颤动。（4）经常过一段时间检查各个部件的触碰时候的状况，注意斜坡间的距离，防止刀片架子工作期间发生滑动。还有用刮研连接产品，提高弯曲度等加强整个过程抵抗规则颤动。（5）切削过程中控制主要用力的角度，在断开产品和产品被方向工作中，通过主要用力的角度和产品弯曲角度一样来保证整个过程的巩固。3.4其他方法如果规则颤动较频繁，那么发出的声音就会比较尖利难听，在加工出来的产品上会有较明显且分布较集中的印迹，但是生产产品和制造机器的机器没有受影响，因为规则颤动的只有刀具。以上问题大体因为刀后面部分容易损耗，而刀具和生产产品之间有阻力，以下方法可以减少或避免该问题：（1）对于那些刀的后半部分容易损耗的工具，应该经常检查和调换；（2）缩短车刀突出刀架处的距离；（3）为了消除刀柄因为承受量不均匀而规则颤动，需要在确保刀柄位置和生产物的中间点成直角，固定时使它承受量均衡前提下安装工具；（4）提高