地铁研制报告.doc

地铁车站综合模拟系统技术的研究研制报告项目组 2012年2月13日一、 概述：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，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、任务来源：2010年的5月，上海电气自动化设计研究所有限公司在上海市科委组织和领导下，对于车站综合模拟系统整体进行了需求分析和目标整合。经过专家论证和多次修改，制定了严格的科研计划。在这样的技术背景下，2010年的7月，上海电气自动化设计研究所有限公司（以下简称自动化所）提交地铁车站综合模拟系统技术的研究的科技研究项目（以下简称项目）的可行性方案。并且由上海市科委正式立项。3、知识产权状况和技术标准状况在没有研制项目之前，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。序号专利号专利名称1200410067950.2 地铁区间隧道内动画演映装置与方法 2200510079745.2 城市地下工程模拟试验系统 3200610150502.8 地铁灾害事故模拟实验平台 4200810062519.7 地铁通风系统模拟测试装置 5200710075850.8 用于地铁安全门系统的远程监视终端的调试仿真系统及方法 6200910085092.7 模拟铁路及地铁运行环境的继电器综合测试台 7200620033298.7 站台视景模拟装置 8200820088839.5 地铁通风系统模拟测试装置 9200820141312.4 一种模拟城市地铁盾构隧道施工的室内模型盾构装置 10200820204839.7 地铁信号故障模拟演练仿真系统 通过项目的研制，自动化所所新申请了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4、经济效益和社会效益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。5、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、 工作组成单位： 项目承担单位：上海电气自动化设计研究所有限公司三、 工作进度安排： 2010年5月 科技项目提出； 2010年7月 批准项目立项； 2010年7月 至9月 完成仿真建模工作。 2010年10月至12月 制作样机设备 2011年1月 至3月 制作样机设备 2011年4月 至6月 制作样机设备 2011年7月 至9月 研究相关技术及调试性能指标 2011年10月至12月 开始工程应用 2012年1月 至3月 制作在线采集设备终端样机2012年4月 至6月 工程验证和运行考核四、 研究项目与样机试制过程解决的技术关键：（1）解决的关键技术：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。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。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。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。（2）重点技术问题的研究：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特性。特性波形图（3）主要研究内容：1、 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。2、 设计制作采用OP35X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。3、 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。4、 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。并且获得运行测试五、 研究样机的性能技术指标： 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六、 项目（产品样机）技术特色：1、 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。2、 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