軌道交通綜合監控仿真培訓系統數據交互模塊的設計

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軌道交通綜合監控仿真培訓系統數據交互模塊的設計

0引言

近年來，隨著我國城市軌道交通行業的快速發展，對地鐵從業人員的需求也越來越大。由于該行業關系到人們的日常生活和安全，地鐵從業人員在上崗之前，必須要進行系統的培訓。軌道交通綜合監控系統集成了電力監控(PSCADA)、環境與機電設備監控系統(BAS)、火災報警系統(FAS)、屏蔽門(PSD)、廣播(PA)、乘客信息系統(PIS)、閉路電視系統(CCTV)等子系統[1]，具有設備先進、結構復雜的特點，在以往培訓過程中，往往受到場地、設備、經費和安全性等方面的制約，嚴重影響培訓的效果和進度[2-3]。利用計算機數字仿真技術，通過軟件模擬現場設備的功能、狀態和變化過程，構建軌道交通綜合監控仿真培訓系統，可以提供逼真的工作環境，使地鐵調度人員盡快熟悉工作環境和掌握操作技能[4]。

針對上述問題及要求，綜合監控仿真培訓系統不僅需要實現模擬仿真各個專業的設備運行狀態，還要能夠與各種軌道交通綜合監控系統進行有效連接，實現信息交互。數據交互模塊就是為解決此類問題而設計的。其主要功能是存儲各子專業設備仿真的數據，并完成軌道交通綜合監控系統與仿真模擬器的信息交互。

1結構設計

軌道交通綜合監控仿真培訓系統數據交互模塊的結構圖如圖1所示。

圖1　數據交互模塊結構圖

數據交互模塊具備便利的管理接口，多種數據存儲單元及配套的讀寫接口，并且具有一個通信協議池，支持多種通信協議接口與外系統進行數據交互。數據交互模塊的管理接口和讀寫接口直接與仿真模擬器連接，通過調用各種通信協議接口建立各子專業通道與軌道交通綜合監控系統的連接，很好地實現了兩者之間的數據交互功能。

1.1管理接口

數據交互模塊具有管理接口，由仿真模擬器連接控制，其主要功能是創建數據存儲區、分配存儲區域、配置專業通信通道和銷毀數據存儲區等。

1.2數據存儲區

軌道交通綜合監控仿真培訓系統數據交互模塊的數據存儲區，是在仿真培訓服務器上申請的若干大小的共享內存。根據應用功能，在邏輯上劃分為兩個存儲區域：屬性區和功能區。每個存儲區又根據軌道交通綜合監控系統的子專業，劃分為PSCADA數據區域、BAS數據區域、FAS數據區域、PA數據區域、PIS數據區域和CCTV數據區域等。

屬性區存放的是仿真設備可供采集的點數據，分為數字量點數據和模擬量點數據，可以在軌道交通綜合監控界面上同步顯示。

功能區存放的是干預類型、動作時間、模擬量上下限等功能數據，用于仿真模擬器的仿真和教師管理的控制。數字量點數據僅具有干預類型和動作時間，而模擬量點數據還有模擬上限、模擬下限等數據。

1.3讀寫接口

數據交互模塊具備配套齊全的讀寫接口，不僅提供了根據設備點的關鍵字和類型讀寫數據存儲單位的接口，還提供了按地址方式讀寫數據、整體讀寫數據等接口。在創建數據交互模塊后，仿真模擬器可以根據需求，使用相應的讀寫接口進行讀寫操作。

1.4通信協議池

數據交互模塊具有一個通信協議池，支持IEC104協議、Modbus協議、OPC協議和PELCO協議等多種通信協議，能夠與各廠家的軌道交通綜合監控系統進行外接[5]。當數據交互模塊與外部的軌道交通綜合監控系統進行數據交互時，其模擬各類通信從站設備，接收軌道交通綜合監控系統的命令包，并回送數據包。對于數據交互模塊中的共享內存區域，可以設置不同的通信協議，以便接入各子專業通道，提高內存使用率。

2工作流程

軌道交通綜合監控仿真培訓系統數據交互模塊的基本工作流程如圖2所示。根據現場軌道交通綜合監控仿真培訓系統的實際應用，數據交互模塊的構建與使用步驟如下。

(1)創建數據存儲區。

在仿真模擬服務器上，開啟數據交互模塊的程序，判斷服務器是否有充足的閑置共享內存。如果沒有，則清理服務器上內存使用量；當服務器上有充足的閑置共享內存后，申請若干大小的共享內存作為數據交互模塊的數據存儲區。

(2)分配數據存儲區。

將數據交互模塊的數據存儲區在邏輯上劃分為屬性區和功能區這兩個數據片區，并在每個數據片區按照綜合監控系統子專業劃分區域，如PSCADA區域、BAS區域、FAS區域和CCTV等區域，每個專業區域可以根據設備數目進行合理劃分。

圖2　數據交互模塊工作流程圖

(3)配置專業通道。

在仿真培訓時，軌道交通綜合監控系統會采集分配數據存儲區中屬性區的數據。因此，為該區每個子專業存儲區域配置與軌道交通綜合監控系統交互的通信協議，構成專業通道。例如，PSCADA專業配置IEC104協議傳遞數據，BAS專業配置Modbus協議，CCTV專業配置PELCO協議。當通信協議池中沒有綜合監控系統子專業的一些特殊通信協議時，可以將特殊通信協議方便地擴展到通信協議池中，再配置該子專業通道。

(4)數據交互。

在完成上面步驟的基本配置后，在仿真模擬服務器上，開啟數據交互模塊的讀寫程序，獲取數據交互模塊信息。

仿真模擬器程序在進行讀寫操作時，使用相應的數據交互模塊的讀寫接口，讀寫存儲區域的數據。讀寫接口不僅提供了根據設備點的關鍵字和類型讀寫數據存儲單位的接口，還提供了按地址方式讀寫數據、整體讀寫數據等接口。

數據交互模塊在與外部的軌道交通綜合監控系統進行數據交互時，模擬各類通信從站設備，接收軌道交通綜合監控系統的命令包后，回送數據包，完成讀寫操作。

這樣，兩者通過對數據交互模塊中數據存儲區數據的讀寫，有效地實現了數據交互。

(5)退出程序。

在培訓結束之后，軌道綜合監控系統和仿真模擬器要釋放數據交互模塊資源，并銷毀申請的共享內存。當判定共享內存完全銷毀時，就可以執行退出程序，完成此次的培訓任務。

3結束語

隨著軌道交通的快速發展及專業人才的大量需求，開發仿真培訓系統成為迅速培養人才的一條有效途徑。目前，市場上軌道交通綜合監控系統種類較多，解決其與仿真培訓系統間交互接口的問題非常重要。本文設計的數據交換模塊具有很好的實用性和擴展性，有效地實現了兩者之間的數據交互。

參考文獻

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

[2] 張偉瑾.上海城市軌道交通運營人才的培養[J].城市軌道交通研究,2004,7(2):89-90.

[3] 馬強.城市軌道交通控制綜合培訓與仿真支撐平臺設計構想[J].石家莊鐵路職業技術學院學報,2009,8(2):22-25.

[4] 劉濤,崔偉.一種城市軌道綜合監控培訓管理系統的設計及實現[C]//第三屆配電自動化新技術及應用高峰論壇論文集，2012:262-265.

[5] 朱祁,崔偉,劉濤.軌道交通綜合監控培訓系統的設計與應用[J].新西部,2013(1):102,104.

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：為了實現軌道交通綜合監控仿真培訓系統與各種綜合監控系統的有效連接和信息交互，設計了一種數據交互模塊。該模塊具備便利的管理接口、多種數據存儲單元及配套的讀寫接口，并且具有一個通信協議池，支持多種通信協議接口與綜合監控系統進行數據交互。該模塊成功地連接了軌道交通綜合監控系統與仿真模擬器，具有很好的實用性和擴展性。

關鍵詞：軌道交通監控系統模擬仿真器數據交互通信協議系統集成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

文獻標志碼：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年畢業于國網電力科學研究院電力系統及其自動化專業，獲碩士學位，工程師；主要從事軌道交通與工業控制、計算機應用方向的研究。