1、2010年4月13日星期二,地铁车站综合模拟系统技术的研究,上海电气自动化设计研究所有限公司,2010年4月13日星期二,一、趋势判断、需求分析和立项意义,1、国内外现状、水平和发展趋势,地铁营运质量的好坏，直接影响社会安定，经济发展，世界各国都相当重视这方面的研究。国外就有好多不同种类、不同层次的各种车站综合模拟系统。在国内，也已经开始了这方面的研究。 广州地铁信号故障模拟演练系统研究与开发中运用的案例推理和工作流的关键技术，并将两种技术结合，提出了基于 CBR与工作流引擎的地铁应急演练系统的架构，它通过CBR生成预案，并为新的事件发生提供智能决策。同时又结合了工作流技术对于突发事件进行演练
2、，实现了预案在多个角色之间的流转，提高了地铁对突发事件的应急处理的效率和准确性。 自动化所的电气控制技术实训设备项目是新兴的产品盈利点，通过前几年的应用实践，取得了良好的经济效益和技术成果以及经验积累，应该在此基础上借助新技术寻找新的市场突破点和技术制高点。,2、知识产权状况和技术标准状况,世界各公司申请公开的与地铁车站相关的专利如下表所示，这其中有关地铁车站综合模拟系统技术的专利只有下表的第10项，由于地铁车站系统不尽相同，暂时没有统一的综合模拟技术标准。,3、经济建设和社会发展需求,随着地铁市场的发展，新线的不断建成并投入使用，对运营管理水平的要求也不断提高。随之而来的人员技能培训需求和安
3、全运营保障，都需要一套能够仿真地铁信号系统实际功能和地铁突发事故及事件应急处理指挥的模拟演练系统，为地铁的正常运营提供重要安全保障手段，以进一步提高地铁突发事故应急处理效率、提高信号维修人员的故障处理能力、提高调度人员的调度水平。,4、科学技术价值、特色和创新点,地铁车站综合模拟系统技术能通过软硬件的技术手段，实现以下作用：模拟所有设备运行时的相互关联的工作状态及时发现并预警可能存在的缺陷能模拟还原故障形成的过程能比较各种处理方案的优劣提高了地铁对突发事件的应急处理的效率和准确性项目的特色和创新点在于：采用实时多任务嵌入式系统，技术起点高。软件架构新颖合理，处理速度快。,二、研究内容和技术关键
4、,1、项目总目标定位 项目研究的总体目标是研制一套适合工程应用的地铁车站综合模拟系。起到如下效果：模拟所有设备运行时的相互关联的工作状态及时发现并预警可能存在的缺陷能模拟还原故障形成的过程能比较各种处理方案的优劣,2、项目关键技术 （1）、采用实时多任务系统和嵌入式软件仿真地铁车站综 合系统的流程，可预警、模拟、还原分析故障。 对于整个系统需求，分为信号采样，模拟实施，事件分析和报警处理4个部分。如下图所示流程所示。,任务流程图,（2）、同时并行处理4个均小于10ms周期的实时任务，分别模拟地铁车站设备同一时刻的各种输入、输出状态。 对于整个系统而言，同时并行处理4个均小于10ms 周期的实时
5、任务，每个给定任务必须在规定的时间内完成。其中Ton和Toff相同为10ms，相位差为1ms。如下时序图所示:,任务时序图,（3）、软硬件结合的独特矩阵算法和高速缓冲队列优先级排序方式，处理多任务的同时请求。 对于整个系统而言，形成一个4维的高速缓冲对列矩阵。如下结构图所示。任务等级最高的排列最前面，优先处理，先入先出。同一等级按照时间等级优先处理，先入先出。,队列结构图,（4）、采用OP35X系列硬件仿真地铁车站综合系统的设备的接口特性以及工作性能曲线，可直观，真实反应设备运行状况。 对于整个系统而言，很多执行设备和传感器的特性以及工作性能曲线需要有软硬件来描述实现。类似如下波形图所示的工作
6、特性。,特性波形图,（5）、项目技术路线,A、技术路线为以现有成熟技术为基础，结合产学研的成果，进行工程应用。 B、实时多任务系统和嵌入式软件仿真地铁车站综合系统的流程，可预警、模拟、还原分析故障。以成熟的实训台项目和2MW风力发电机组控制系统研究及开发为基础开发。 C、同时并行处理4个均小于10mS周期的实时任务，分别模拟地铁车站设备同一时刻的各种输入、输出状态。以2MW风力发电机组控制系统研究及开发为蓝本，结合产学研，企业给出框图基要求，学校完成仿真和软件编制。 D、软硬件结合的独特矩阵算法和高速缓冲队列优先级排序方式，处理多任务的同时请求。以2MW风力发电机组控制系统研究及开发为蓝本，结
7、合产学研，企业给出框图基要求，学校完成仿真和软件编制。 E、仿真地铁车站综合系统的设备的接口特性以及工作性能曲线，可直观，真实反应设备运行状况。以成熟的实训台项目为基础，综合企业提供的大量工程应用，结合产学研，由学校来实施试验和建模。,（6）、项目创新点,A、地铁车站综合模拟系统中采用实时多任务系统和嵌入式软件仿真系统流程，可预警、模拟、还原分析故障。 B、地铁车站综合模拟系统中同时并行处理4个均小于10mS周期的实时任务，分别模拟地铁车站设备同一时刻的各种输入、输出状态。 C、地铁车站综合模拟系统中采用软硬件结合的独特矩阵算法和高速缓冲队列优先级排序方式，处理多任务的同时请求。确保始终优先处
8、理危险级别高的任务请求。 D、地铁车站综合模拟系统中采用OP35X系列硬件仿真设备的接口特性以及工作性能曲线，可直观，真实反应设备运行状况。,（7）、项目主要技术内容,A、调研、整理地铁车站设备的工作特性、分析故障流程。 地铁车站设备信号种类较多，由模拟接口接入或数字接口接入。接口形式也是多种多样。需要一定的时间和工作量进行调研、整理和总结。在系统构成后，必须进行一定时期的工程实际的应用。 B、应用TwinCAD实时多任务系统和嵌入式软件仿真系统流程。 对于整个系统需求，分为信号采样，模拟实施，事件分析和报警处理4个部分。采用TWINCAD和内嵌ADS的CE平台来实现。 C、设计制作采用OP3
9、5X系列硬件模拟不同设备的硬件接口电路。 如下图所示是控制器用于数据采集和输出的多CPU结构，由三部分CPU组成：前端CPLD，2片DSP2812和后端FPGA。CPLD用于信号输入和输出的前端处理，DSP一片用于模拟输入通道、数字脉冲输入通道，一片用于模拟输出和数字输出，FPGA用于参数的存储与读写。通过FPGA将参数数据传输给嵌入式系统计算机。,D、设计仿真软硬件结合的矩阵算法和高速缓冲队列优先级排序方法 对于整个系统而言，同时并行处理4个均小于10ms周期的实时任务， 每个给定任务必须在规定的时间内完成。其中Ton和Toff相同为10ms，相位差为1ms。采用FPGA内的双口RAM和队列硬件来快速实施。 F、设计地铁车站综合模拟系统。 涉及完整的综合模拟系统，并且进行工程应用。并且获得运行测试数据。,三、计划进度及节点目标,完成进度,成果形式：1套样机设备、1个工程应用。性能指标：处理任务数量：并行处理4个任务处理实时能力：每个任务10mS 其中Ton和Toff相同为10mS，相位差为1ms形成2个发明专利 一种矩阵算法和高速缓冲队列优先级排序方法一种地铁车站综合模拟接口方法,谢谢！,
