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
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朱 祁 催 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
中圖分類號：TP277；TH86DOI:10. 16086/j．cnki．issnl000 - 0380. 201604012
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)，具有設(shè)備先進、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)的效果和進度。利用計算機數(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。
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。
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)進行外接。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，以便接人各子專業(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)目進行合理劃分。
(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展性，有效地實現(xiàn)了兩者之間的數(shù)據(jù)交互。
