轨道交通综合监控仿真培训系统数据交互模块的设计



轨道交通综合监控仿真培训系统数据交互模块的设计

0引言

近年来，随着我国城市轨道交通行业的快速发展，对地铁从业人员的需求也越来越大。由于该行业关系到人们的日常生活和安全，地铁从业人员在上岗之前，必须要进行系统的培训。轨道交通综合监控系统集成了电力监控(PSCADA)、环境与机电设备监控系统(BAS)、火灾报警系统(FAS)、屏蔽门(PSD)、广播(PA)、乘客信息系统(PIS)、闭路电视系统(CCTV)等子系统[1]，具有设备先进、结构复杂的特点，在以往培训过程中，往往受到场地、设备、经费和安全性等方面的制约，严重影响培训的效果和进度[2-3]。利用计算机数字仿真技术，通过软件模拟现场设备的功能、状态和变化过程，构建轨道交通综合监控仿真培训系统，可以提供逼真的工作环境，使地铁调度人员尽快熟悉工作环境和掌握操作技能[4]。

针对上述问题及要求，综合监控仿真培训系统不仅需要实现模拟仿真各个专业的设备运行状态，还要能够与各种轨道交通综合监控系统进行有效连接，实现信息交互。数据交互模块就是为解决此类问题而设计的。其主要功能是存储各子专业设备仿真的数据，并完成轨道交通综合监控系统与仿真模拟器的信息交互。

1结构设计

轨道交通综合监控仿真培训系统数据交互模块的结构图如图1所示。

图1　数据交互模块结构图

数据交互模块具备便利的管理接口，多种数据存储单元及配套的读写接口，并且具有一个通信协议池，支持多种通信协议接口与外系统进行数据交互。数据交互模块的管理接口和读写接口直接与仿真模拟器连接，通过调用各种通信协议接口建立各子专业通道与轨道交通综合监控系统的连接，很好地实现了两者之间的数据交互功能。

1.1管理接口

数据交互模块具有管理接口，由仿真模拟器连接控制，其主要功能是创建数据存储区、分配存储区域、配置专业通信通道和销毁数据存储区等。

1.2数据存储区

轨道交通综合监控仿真培训系统数据交互模块的数据存储区，是在仿真培训服务器上申请的若干大小的共享内存。根据应用功能，在逻辑上划分为两个存储区域：属性区和功能区。每个存储区又根据轨道交通综合监控系统的子专业，划分为PSCADA数据区域、BAS数据区域、FAS数据区域、PA数据区域、PIS数据区域和CCTV数据区域等。

属性区存放的是仿真设备可供采集的点数据，分为数字量点数据和模拟量点数据，可以在轨道交通综合监控界面上同步显示。

功能区存放的是干预类型、动作时间、模拟量上下限等功能数据，用于仿真模拟器的仿真和教师管理的控制。数字量点数据仅具有干预类型和动作时间，而模拟量点数据还有模拟上限、模拟下限等数据。

1.3读写接口

数据交互模块具备配套齐全的读写接口，不仅提供了根据设备点的关键字和类型读写数据存储单位的接口，还提供了按地址方式读写数据、整体读写数据等接口。在创建数据交互模块后，仿真模拟器可以根据需求，使用相应的读写接口进行读写操作。

1.4通信协议池

数据交互模块具有一个通信协议池，支持IEC104协议、Modbus协议、OPC协议和PELCO协议等多种通信协议，能够与各厂家的轨道交通综合监控系统进行外接[5]。当数据交互模块与外部的轨道交通综合监控系统进行数据交互时，其模拟各类通信从站设备，接收轨道交通综合监控系统的命令包，并回送数据包。对于数据交互模块中的共享内存区域，可以设置不同的通信协议，以便接入各子专业通道，提高内存使用率。

2工作流程

轨道交通综合监控仿真培训系统数据交互模块的基本工作流程如图2所示。根据现场轨道交通综合监控仿真培训系统的实际应用，数据交互模块的构建与使用步骤如下。

(1)创建数据存储区。

在仿真模拟服务器上，开启数据交互模块的程序，判断服务器是否有充足的闲置共享内存。如果没有，则清理服务器上内存使用量；当服务器上有充足的闲置共享内存后，申请若干大小的共享内存作为数据交互模块的数据存储区。

(2)分配数据存储区。

将数据交互模块的数据存储区在逻辑上划分为属性区和功能区这两个数据片区，并在每个数据片区按照综合监控系统子专业划分区域，如PSCADA区域、BAS区域、FAS区域和CCTV等区域，每个专业区域可以根据设备数目进行合理划分。

图2　数据交互模块工作流程图

(3)配置专业通道。

在仿真培训时，轨道交通综合监控系统会采集分配数据存储区中属性区的数据。因此，为该区每个子专业存储区域配置与轨道交通综合监控系统交互的通信协议，构成专业通道。例如，PSCADA专业配置IEC104协议传递数据，BAS专业配置Modbus协议，CCTV专业配置PELCO协议。当通信协议池中没有综合监控系统子专业的一些特殊通信协议时，可以将特殊通信协议方便地扩展到通信协议池中，再配置该子专业通道。

(4)数据交互。

在完成上面步骤的基本配置后，在仿真模拟服务器上，开启数据交互模块的读写程序，获取数据交互模块信息。

仿真模拟器程序在进行读写操作时，使用相应的数据交互模块的读写接口，读写存储区域的数据。读写接口不仅提供了根据设备点的关键字和类型读写数据存储单位的接口，还提供了按地址方式读写数据、整体读写数据等接口。

数据交互模块在与外部的轨道交通综合监控系统进行数据交互时，模拟各类通信从站设备，接收轨道交通综合监控系统的命令包后，回送数据包，完成读写操作。

这样，两者通过对数据交互模块中数据存储区数据的读写，有效地实现了数据交互。

(5)退出程序。

在培训结束之后，轨道综合监控系统和仿真模拟器要释放数据交互模块资源，并销毁申请的共享内存。当判定共享内存完全销毁时，就可以执行退出程序，完成此次的培训任务。

3结束语

随着轨道交通的快速发展及专业人才的大量需求，开发仿真培训系统成为迅速培养人才的一条有效途径。目前，市场上轨道交通综合监控系统种类较多，解决其与仿真培训系统间交互接口的问题非常重要。本文设计的数据交换模块具有很好的实用性和扩展性，有效地实现了两者之间的数据交互。

参考文献

[1] 钱存元,王露秋,忻鸣祥,等.城市轨道交通综合监控系统集成测试平台的设计与实现[J].城市轨道交通研究,2015,18(4):34-37.

[2] 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.

[3] 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.

[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，2012:262-265.

[5] 朱祁,崔伟,刘涛.轨道交通综合监控培训系统的设计与应用[J].新西部,2013(1):102,104.

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

朱祁崔伟谢向阳

(国电南瑞科技股份有限公司，江苏 南京210061)

摘要：为了实现轨道交通综合监控仿真培训系统与各种综合监控系统的有效连接和信息交互，设计了一种数据交互模块。该模块具备便利的管理接口、多种数据存储单元及配套的读写接口，并且具有一个通信协议池，支持多种通信协议接口与综合监控系统进行数据交互。该模块成功地连接了轨道交通综合监控系统与仿真模拟器，具有很好的实用性和扩展性。

关键词：轨道交通监控系统模拟仿真器数据交互通信协议系统集成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

中图分类号：TP277;TH86

文献标志码：A

DOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201604012

南京市科技计划基金资助项目(编号:201006011)。

修改稿收到日期：2015-09-01。

第一作者朱祁(1986-)，男，2012年毕业于国网电力科学研究院电力系统及其自动化专业，获硕士学位，工程师；主要从事轨道交通与工业控制、计算机应用方向的研究。