CN108282375B - 基于plc混联技术的计算机联锁接口通用仿真系统及方法 - Google Patents

基于plc混联技术的计算机联锁接口通用仿真系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于PLC混联技术的计算机联锁接口通用仿真系统及方法，所述的系统包括仿真轨旁设备TS_Sim、FEP服务器、联锁接口CI_Adapter、PLC模组、真实轨旁设备和轨道交通仿真信号系统；所述的仿真轨旁设备TS_Sim通过FEP服务器连接联锁接口CI_Adapter，所述的联锁接口CI_Adapter通过以太网连接PLC模组，所述的PLC模组通过硬线连接真实轨旁设备，所述的轨道交通仿真信号系统通过联锁CI连接PLC模组。与现有技术相比，本发明具有准确性高、稳定性高和可维护性高等优点。

Description

基于PLC混联技术的计算机联锁接口通用仿真系统及方法
技术领域
本发明涉及轨道交通信号领域，尤其是涉及一种基于PLC混联技术的计算机联锁接口通用仿真系统及方法。
背景技术
在轨道交通信号行业中，计算机联锁(下述简称联锁)是信号系统的基础类型信号设备，不可或缺。在轨道交通运营的正线上，联锁系统直接或者通过继电器组合来控制真实轨旁设备，如信号机控制、道岔控制、轨道计轴检测等。而在联锁系统出厂前的测试和验证工作中，由于缺少正线现场的运行设备和运营场景，在室内测试过程中难以有一套行之有效的接口模拟仿真解决方案。目前的联锁接口仿真测试方法都是针对纯模拟或半实物联锁，虽然满足了联锁软件和数据的测试需求，以及信号维保类的仿真培训需求，但存在很多缺点与短板，具体表现为：
1、联动性：当前的联锁测试仿真系统无法接入真实轨旁设备，不具备仿真和实物的联动测试功能。
2、测试准确性：传统的室内被测联锁是纯虚拟或者半实物的，缺乏系统级的整体概念，与正线运行场景大不一样，用其搭建的仿真测试系统进行测试工作，测试准确性和可信度不高，存有一定的缺陷逃逸率。
3、灵活性：目前仿真测试系统的联锁接口方法无法同时兼容仿真联锁和真实联锁，不能根据具体情况灵活搭建仿真测试系统。
4、扩展性：当前的仿真测试系统一旦完成，就不能随意更改和增减联锁种类或者某些联锁条件，可扩展性差。
5、安全稳定性：传统的联锁接口仿真只能仿真纯虚拟或者半实物联锁接口，一般都是单系仿真，稳定性和可靠性不强，而且不具备回采检测功能，信号系统一旦出现故障就会崩溃从而导致仿真测试或培训中断，安全稳定性较差。
6、可维护性：纯虚拟或半实物联锁码位状态不直观，调试不便，可维护性差。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于PLC混联技术的计算机联锁接口通用仿真系统及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于PLC混联技术的计算机联锁接口通用仿真系统，所述的系统包括仿真轨旁设备TS_Sim、FEP服务器、联锁接口CI_Adapter、PLC模组、真实轨旁设备和轨道交通仿真信号系统；
所述的仿真轨旁设备TS_Sim通过FEP服务器连接联锁接口CI_Adapter，所述的联锁接口CI_Adapter通过以太网连接PLC模组，所述的PLC模组通过联锁CI连接轨道交通仿真信号系统，所述的PLC模组通过硬线连接真实轨旁设备。
优选地，所述的仿真轨旁设备TS_Sim包括第一以太网通信模块、第一逻辑处理模块、信息收发模块和第一配置文件处理模块，所述的第一逻辑处理模块分别与信息收发模块和第一配置文件读取模块连接，所述的信息收发模块通过第一以太网通信模块与FEP服务器连接；
所述的配置文件处理模块读取某一项目的配置文件进行初始化，所述的信息收发模块接收联锁接口CI_Adapter的码位状态，所述的逻辑处理模块根据联锁条件进行逻辑处理，最后信息收发模块通过以太网通信模块将逻辑处理好的码位状态返回，实现轨旁设备的仿真功能。
优选地，所述的FEP服务器包括第一ACE通信框架以及内嵌在第一ACE通信框架上的通信转发模块、存储模块和回放执行模块；
所述的FEP服务器根据接收到的消息中的目的地址，动态路由各种消息；并对所有网络上的数据包进行控制和访问。
优选地，所述的FEP服务器具备通信节点的动态扩展能力，只要是遵守iVP简单通信协议结构的消息节点，都可通过配置的方式动态加入到该仿真系统中。
优选地，所述的联锁接口CI_Adapter包括第二ACE通信框架以及分别内嵌在第二ACE通信框架上的第二以太网通信模块、第二逻辑处理模块、操作界面模块和第二配置文件处理模块，所述的第二逻辑处理模块分别与第二以太网通信模块、操作界面模块和第二配置文件处理模块连接；
所述的联锁接口CI_Adapter读取某一项目的配置文件进行初始化，处理和转发真实轨旁设备和P LC模组接收的联锁码位的状态信息。
优选地，所述的轨道交通仿真信号系统包括联锁CI、采集VIIB板卡、驱动VOOB板卡、通信和控制板卡、以及上位机系统ATS；
所述的采集VIIB板卡和驱动VOOB板卡显示各个码位状态，所述的通信和控制板卡对信息进行收发和处理，所述的上位机系统ATS是码位对应设备的界面显示，用于观察和操作。
优选地，所述的联锁接口CI_Adapter处理和转发联锁码位的状态信息分为两种：
其一是真实轨旁设备：所述的联锁接口CI_Adapter接收PLC模组送来的驱动VOOB板卡的信息，逻辑处理后将结果经PLC模组会转送给真实轨旁设备，使其进行相应的动作，动作完成后真实轨旁设备会将当前的状态信息按与原路径反向返回给采集VIIB板卡，使其执行相应的动作；
其二是仿真轨旁设备TS_Sim：所述的联锁接口CI_Adapter接收驱动VOOB板卡的信息，逻辑判断后通过FEP服务器转发给仿真轨旁设备TS_Sim，等待其逻辑处理的结果，并将结果按与原路径反向返回给采集VIIB板卡，使其执行相应的动作。
优选地，所述的PLC模组包括了CPU、第三以太网通信模块以及输入输出模块；所述的PLC模组输出模块QY发送信息给采集VIIB板卡，输入模块QX接受驱动VOOB板卡的驱动信息；
所述的PLC模组的输入输出模块能同时显示出联锁或者真实轨旁设备的状态，更加便于调试和维护。
优选地，所述的真实轨旁设备包括XY36端子、接口柜、组合柜和继电器，所述的XY36端子一端与PLC模组的输入输出模块相连，另一端与接口柜相连；
所述的PLC模组作为“中间者”接收联锁CI的驱动信息，并将该信息相继通过输出模块QY、XY36端子、接口柜、组合柜传到相应的继电器中，使继电器驱动真实的轨旁设备；所述的真实轨旁设备动作完后会将此时的状态信息相继经过继电器、组合柜、接口柜、XY36端子、输入模块QX返回给联锁CI。
一种采用所述的基于PLC混联技术的计算机联锁接口通用仿真系统的方法，包括以下步骤：
步骤1，确认各部件之间通信正常：包括PLC模组与联锁CI以及PLC模组与真实轨旁设备的接线正确完整，PLC模组与其接口软件CI_Adapter以及联锁CI与其上位机信号系统ATS网络通信正常；
步骤2，初始化各部件：PLC模组的网络配置初始化、联锁板卡初始化、以及CI_Adapter和ATS初始化，并配置好各个部件间的协议和映射关系；
步骤3，调试1：启动PLC模组、联锁接口CI_Adapter、联锁CI，调试并确认CI_Adapter和联锁CI之间信息通信正确完整；
步骤4，调试2：关闭联锁CI，启动真实轨旁设备，在联锁接口CI_Adapter上进行操作，调试并确认真实轨旁设备与期望状态一致；
步骤5，联动调试：关闭真实轨旁设备，启动联锁CI及其上位机系统ATS，同时启动联锁接口CI_Adapter、FEP服务器和仿真轨旁设备TS_Sim，在ATS上进行操作，调试并确认虚拟轨旁设备状态与期望值一致，信号系统正常工作，
步骤6，综合联动调试：启动真实轨旁设备，在ATS上进行操作，调试并确认虚拟和真实的轨旁设备状态与期望值一致，信号系统正常工作，到此系统完成了所期望达到的功能。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、联动混用性：PLC作为“中间者”混合串接于联锁和真实轨旁设备中，达到了模拟和实物轨旁设备混用的目的；联锁作为信号系统的基础部分，实现了与信号系统联动测试功能。作为高仿真度的培训系统平台，可以培养信号维保类人才并提高地铁运营方的运维能力。
2、测试准确性提高：由于室内仿真测试系统也是采用与正线信号系统一样的联锁CI，各子系统也和正线差别不大，测试准确性也大大提高。
3、系统安全稳定性提高：正线使用新型的联锁CI是SIL4级安全认证产品，具备回采验证功能，将其接入仿真测试系统会增加系统的安全稳定性。
4、可维护性提高：新型的联锁CI的采驱板卡和PLC模组的输入输出模块都具备码位显示功能，便于调试和维护。
5、灵活性：仿真测试系统兼容各类联锁，而且对于接入的真实轨旁设备数量和种类没有限制，可以根据情况灵活搭建该系统。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明的系统模块连接示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一模块实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，一种基于PLC混联技术的计算机联锁接口通用仿真系统，所述的系统包括仿真轨旁设备TS_Sim、FEP服务器、联锁接口CI_Adapter、PLC模组、真实轨旁设备和轨道交通仿真信号系统。所述的仿真轨旁设备TS_Sim通过FEP服务器连接联锁接口CI_Adapter，所述的联锁接口CI_Adapter通过以太网连接PLC模组，所述的PLC模组通过硬线连接真实轨旁设备，所述的轨道交通仿真信号系统通过联锁CI连接PLC模组。
所述的仿真轨旁设备TS_Sim包括以太网通信模块、逻辑处理模块、信息收发模块和配置文件处理模块。所述的仿真轨旁设备TS_Sim的工作内容包括：首先需要读取某一项目的配置文件进行初始化，并接收联锁接口CI_Adapter的码位状态，并根据联锁条件进行逻辑处理，最后将处理好的码位状态返回，实现轨旁设备的仿真功能。
所述的FEP服务器包括ACE通信框架、通信转发模块、存储模块和回放执行模块。所述的FEP服务器根据接收到的消息中的目的地址，动态路由各种消息。所述的FEP服务器对所有网络上的数据包进行控制和访问。
所述的FEP服务器具备通信节点的动态扩展能力，只要是遵守iVP简单通信协议结构的消息节点，都可通过配置的方式动态加入到该仿真平台中。
所述的联锁接口CI_Adapter包括ACE通信框架、以太网通信模块、逻辑处理模块、操作界面模块和配置文件处理模块。所述的联锁接口CI_Adapter的工作内容包括：读取某一项目的配置文件进行初始化，处理和转发真实轨旁设备和PLC模组接收的联锁码位的状态信息。
所述的轨道交通仿真信号系统包括联锁CI采集VIIB板卡、驱动VOOB板卡、通信和控制板卡以及其上位机系统ATS。所述的采集VIIB板卡和驱动VOOB板卡显示各个码位状态，所述的通信和控制板卡主要对信息进行收发和处理，所述的上位机系统ATS是码位对应设备的界面显示，可以观察和操作。
所述的联锁接口CI_Adapter处理和转发联锁码位的状态信息分为两种：其一是真实轨旁设备：所述的联锁接口CI_Adapter接收PLC送来的联锁驱动板卡VOOB的信息，逻辑处理后将结果经PLC会转送给真实轨旁设备，使其进行相应的动作，动作完成后真实轨旁设备会将当前的状态信息按与原路径反向返回给联锁采集VIIB板卡，使其执行相应的动作。其二是仿真轨旁设备TS_Sim：所述的联锁接口CI_Adapter接收联锁驱动板卡VOOB的信息，逻辑判断后通过FEP服务器转发给仿真轨旁设备TS_Sim，等待其逻辑处理的结果，并将结果按与原路径反向返回给联锁采集VIIB板卡，使其执行相应的动作。
所述的PLC模组包括了CPU、以太网通信模块以及输入输出模块。所述的PLC模组输出模块QY发送信息给联锁CI采集VIIB板卡，输入模块QX接受联锁驱动板卡VOOB的驱动信息。
所述的PLC模组采用了源型采集、漏型采集正负电同采设计方法，增大了回路电流以满足联锁对回采电流的要求。
所述的PLC模组的输入输出模块QX/QY能同时显示出联锁或者真实轨旁设备的状态，更加便于调试和维护。
所述的真实轨旁设备包括XY36端子、接口柜、组合柜、继电器以及真实轨旁设备。所述的XY36端子一端与PLC的输入输出模块QX/QY相连，另一端与接口柜相连。
所述的真实轨旁设备的工作内容包括：所述的PLC模组作为“中间者”接收联锁CI的驱动信息，并将该信息相继通过输出模块QY、XY36端子、接口柜、组合柜传到相应的继电器中，使继电器驱动真实的轨旁设备；所述的真实轨旁设备动作完后会将此时的状态信息相继经过继电器、组合柜、接口柜、XY36端子、输入模块QX返回给联锁CI。
一种采用基于PLC混联技术的计算机联锁接口通用仿真系统的方法，包括以下步骤：
步骤1，确认各子系统之间通信正常：主要包括PLC模组与联锁以及PLC模组与真实轨旁设备的接线正确完整，PLC与其接口软件CI_Adapter以及联锁与其上位机信号系统软件ATS的网络通信正常；
步骤2，初始化各子系统：PLC模组的网络配置初始化、联锁板卡初始化、以及CI_Adapter和ATS的初始化，并配置好各个子系统间的协议和映射关系；
步骤3，调试1：启动PLC模组、其上位机接口软件CI_Adapter、计算机联锁CI(Computer Based Interlocking，下述简称为CI)，调试并确认CI_Adapter和联锁之间信息通信正确完整；
步骤4，调试2：关闭联锁CI，启动真实轨旁设备及其相关设备，在CI_Adapter软件上进行操作，调试并确认真实轨旁设备与期望状态一致；
步骤5，联动调试：关闭真实轨旁设备及其相关设备，启动联锁CI及其上位机列车自动监控系统ATS(Automatic Train Supervision，下述简称ATS)，同时启动CI_Adapter、通信软件FEP服务器和逻辑处理软件仿真轨旁设备TS_Sim，在ATS上进行操作，调试并确认虚拟轨旁设备状态与期望值一致，信号系统正常工作。
步骤6，综合联动调试：启动真实轨旁设备及其相关设备，在ATS上进行操作，调试并确认虚拟和真实的轨旁设备状态与期望值一致，信号系统正常工作，到此系统完成了所期望达到的功能。
该系统成功应用于厦门地铁1号线、南宁2号线、昆明6号线以及成都地铁7号线等地铁实际线路的厂内验证测试和地铁公司从业人员的培训，保证了上述地铁线路信号系统的发布质量和地铁运营方的运维能力，并有效降低了建设和维护成本，为未来轨道交通综合仿真系统的发展方向提供了新的思路。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于PLC混联技术的计算机联锁接口通用仿真系统，其特征在于，所述的系统包括仿真轨旁设备TS_Sim、FEP服务器、联锁接口CI_Adapter、PLC模组、真实轨旁设备和轨道交通仿真信号系统；
所述的仿真轨旁设备TS_Sim通过FEP服务器连接联锁接口CI_Adapter，所述的联锁接口CI_Adapter通过以太网连接PLC模组，所述的PLC模组通过硬线连接真实轨旁设备，所述的轨道交通仿真信号系统通过计算机联锁CI连接PLC模组；
所述的PLC模组包括了CPU、第三以太网通信模块以及输入输出模块；所述的PLC模组输出模块QY发送信息给采集VIIB板卡，输入模块QX接受驱动VOOB板卡的驱动信息；
所述的PLC模组的输入输出模块能同时显示出联锁或者真实轨旁设备的状态，更加便于调试和维护；
所述的真实轨旁设备包括XY36端子、接口柜、组合柜和继电器，所述的XY36端子一端与PLC模组的输入输出模块相连，另一端与接口柜相连；
所述的PLC模组作为“中间者”接收联锁CI的驱动信息，并将该信息相继通过输出模块QY、XY36端子、接口柜、组合柜传到相应的继电器中，使继电器驱动真实的轨旁设备；所述的真实轨旁设备动作完后会将此时的状态信息相继经过继电器、组合柜、接口柜、XY36端子、输入模块QX返回给联锁CI。
2.根据权利要求1所述的一种基于PLC混联技术的计算机联锁接口通用仿真系统，其特征在于，所述的仿真轨旁设备TS_Sim包括第一以太网通信模块、第一逻辑处理模块以及第一配置文件处理模块，所述的逻辑处理模块分别与信息收发模块和配置文件处理模块连接，所述的信息收发模块通过第一以太网通信模块与FEP服务器连接；
所述的配置文件处理模块读取某一项目的配置文件进行初始化，所述的信息收发模块经FEP服务器接收CI_Adapter传来的联锁码位信息，所述的逻辑处理模块根据联锁条件进行逻辑处理，最后信息收发模块通过以太网通信模块将逻辑处理好的联锁码位信息返回，实现轨旁设备的仿真功能。
3.根据权利要求1所述的一种基于PLC混联技术的计算机联锁接口通用仿真系统，其特征在于，所述的FEP服务器包括第一ACE通信框架以及内嵌在第一ACE通信框架上的通信转发模块、存储模块和回放执行模块；
所述的FEP服务器根据接收到的消息中的目的地址，动态路由各种消息；并对所有网络上的数据包进行控制和访问。
4.根据权利要求3所述的一种基于PLC混联技术的计算机联锁接口通用仿真系统，其特征在于，所述的FEP服务器具备通信节点的动态扩展能力，只要是遵守iVP简单通信协议结构的消息节点，都可通过配置的方式动态加入到该仿真系统中。
5.根据权利要求1所述的一种基于PLC混联技术的计算机联锁接口通用仿真系统，其特征在于，所述的联锁接口CI_Adapter包括第二ACE通信框架以及分别内嵌在第二ACE通信框架上的第二以太网通信模块、第二逻辑处理模块、操作界面模块和第二配置文件处理模块，所述的第二逻辑处理模块分别与第二以太网通信模块、操作界面模块和第二配置文件处理模块连接；
所述的联锁接口CI_Adapter读取某一项目的配置文件进行初始化，并处理和转发P LC模组接收的联锁码位和真实轨旁设备的状态信息。
6.根据权利要求5所述的一种基于PLC混联技术的计算机联锁接口通用仿真系统，其特征在于，所述的轨道交通仿真信号系统包括联锁CI、采集VIIB板卡、驱动VOOB板卡、通信和控制板卡、以及上位机系统ATS；
所述的采集VIIB板卡和驱动VOOB板卡显示各个码位状态，所述的通信和控制板卡对信息进行收发和处理，所述的上位机系统ATS是码位对应设备的界面显示，用于观察和操作。
7.根据权利要求6所述的一种基于PLC混联技术的计算机联锁接口通用仿真系统，其特征在于，所述的联锁接口CI_Adapter处理和转发联锁码位的状态信息分为两种：
其一是真实轨旁设备：所述的联锁接口CI_Adapter接收PLC模组送来的驱动VOOB板卡的信息，逻辑处理后将结果经PLC模组会转送给真实轨旁设备，使其进行相应的动作，动作完成后真实轨旁设备会将当前的状态信息按与原路径反向返回给采集VIIB板卡，使其执行相应的动作；
其二是仿真轨旁设备TS_Sim：所述的联锁接口CI_Adapter接收驱动VOOB板卡的信息，逻辑判断后通过FEP服务器转发给仿真轨旁设备TS_Sim，等待其逻辑处理的结果，并将结果按与原路径反向返回给采集VIIB板卡，使其执行相应的动作。
8.一种采用权利要求1所述的基于PLC混联技术的计算机联锁接口通用仿真系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，确认各部件之间通信正常：包括PLC模组与联锁CI以及PLC模组与真实轨旁设备的接线正确完整，PLC模组与其接口软件CI_Adapter以及联锁CI与其上位机信号系统软ATS的网络通信正常；
步骤2，初始化各部件：PLC模组的网络配置初始化、联锁板卡初始化、以及CI_Adapter和ATS初始化，并配置好各个部件间的协议和映射关系；
步骤3，调试1：启动PLC模组、联锁接口CI_Adapter、联锁CI，调试并确认CI_Adapter和联锁CI之间信息通信正确完整；
步骤4，调试2：关闭联锁CI，启动真实轨旁设备，在联锁接口CI_Adapter上进行操作，调试并确认真实轨旁设备与期望状态一致；
步骤5，联动调试：关闭真实轨旁设备，启动联锁CI及其上位机系统ATS，同时启动联锁接口CI_Adapter、FEP服务器和仿真轨旁设备TS_Sim，在ATS上进行操作，调试并确认虚拟轨旁设备状态与期望值一致，信号系统正常工作；
步骤6，综合联动调试：启动真实轨旁设备，在ATS上进行操作，调试并确认虚拟和真实的轨旁设备状态与期望值一致，信号系统正常工作，到此系统完成了所期望达到的功能。
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