CN108427320A - 一种高速动车组实时运行半实物仿真系统试验台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速动车组实时运行半实物仿真系统试验台，包括列车仿真单元、主操作台单元、列车操作单元和数据通信中心单元，所述数据通信中心单元分别与列车仿真单元、主操作台单元、列车操作单元通信连接，数据通信中心单元接收各单元发送的数据，对各数据进行数据交互解耦，并反馈给各单元。本发明利用多种软件平台及硬件设备构建了高速动车组总体半实物仿真，可靠性高、可扩展性好，系统维护和升级便利，无需大量的编程和调试。
Description
技术领域
本发明属于仿真技术领域，具体地说，涉及一种高速动车组实时运行半实物仿真系统试验台。
背景技术
现有技术中由于高速动车组是一个复杂的机械、电气、控制、流体、通讯一体化系统，要建立其有效的实时运行半实物仿真系统需要大量的软件模型、硬件设备及数据交互来实现，这就需要可靠性高、可扩展性好的软件架构来指导系统设计。
申请号为CN201210559546.1的中国专利公开了一种电力机车半实物仿真系统，包括：牵引控制单元、用于模拟电力机车传动系统主电路的半实物仿真器以及用于转换所述牵引控制单元和所述半实物仿真器之间传输信号的信号转换单元；所述牵引控制单元与所述信号转换单元连接，所述信号转换单元与所述半实物仿真器连接。该方案针对传动系统性能的实时测试，不能对高速动车组总体系统半实物实时仿真。
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种高速动车组实时运行半实物仿真系统试验台，本发明利用多种软件平台及硬件设备构建了高速动车组总体半实物仿真，可靠性高、可扩展性好，系统维护和升级便利，无需大量的编程和调试。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：一种高速动车组实时运行半实物仿真系统试验台，包括列车仿真单元、主操作台单元、列车操作单元和数据通信中心单元，所述数据通信中心单元分别与列车仿真单元、主操作台单元、列车操作单元通信连接，数据通信中心单元接收各单元发送的数据，对各数据进行数据交互解耦，并反馈给各单元。
进一步的，所述数据通信中心单元由通信服务器和通信配置软件组成，通信配置软件用于图形化的通信协议配置。
进一步的，所述数据通信中心单元分别通过以太网与列车仿真单元、主操作台单元、列车操作单元通信连接。
进一步的，所述主操作台单元包括自动化测试软件、故障管理软件、人员培训软件、实验总控软件；
优选的，所述实验总控软件为实验准备阶段试验台配置和资源调度管理的主操作界面实验总控软件。
进一步的，所述列车操作单元用于列车驾驶故障展示和故障排除人员的操作；
优选的，所述列车操作单元包括仿真司控台、配电柜、车内三维虚拟场景软件。
进一步的，还包括三维视景和摄像头，所述数据通信中心单元与三维视景和摄像头通信连接。
进一步的，所述列车仿真单元由列车子系统控制环境模型和列车电气控制逻辑模型组成。
进一步的，所述列车子系统控制环境模型由Simulink软件进行建模后生成代码下载到HiGale实时仿真机中运行。
进一步的，所述列车电气控制逻辑模型由ControlBuild软件进行建模。
进一步的，所述列车子系统控制环境模型包括车辆动力学模型、轮轨模型、弓网模型、牵引制动模型、辅助供电模型。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
1、高速动车组总成搭建的半实物实时仿真平台，利用多种软件平台及硬件设备构建了高速动车组总体半实物仿真。
2、可靠性高、可扩展性好，系统维护和升级便利，无需大量的编程和调试。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
图1是本发明高速动车组实时运行半实物仿真系统试验台软件系统架构示意图；
图2是本发明高速动车组实时运行半实物仿真系统试验台软件数据交互关系示意图。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图2所示，本发明提供的高速动车组实时运行半实物仿真系统试验台，包括列车仿真单元、主操作台单元、列车操作单元和数据通信中心单元，所述数据通信中心单元分别与列车仿真单元、主操作台单元、列车操作单元通信连接，数据通信中心单元接收各单元发送的数据，对各数据进行数据交互解耦，并反馈给各单元。
具体的，所述数据通信中心单元分别通过以太网与列车仿真单元、主操作台单元、列车操作单元通信连接。
主操作台单元包括自动化测试软件、故障管理软件、人员培训软件、实验总控软件。实验总控软件为实验准备阶段试验台配置和资源调度管理的主操作界面实验总控软件。主操作台单元是高速动车组实时运行半实物仿真系统的主要工作区，自动化测试软件、故障管理软件、人员培训软件、实验总控软件分别与培训库、故障库、配置库、资源库通过以太网连接。
实验准备阶段为实验总控软件与资源库交互模型资源，与配置库交互模型仿真任务，仿真结果配置信息。实验总控软件将仿真任务经过数据通信配置工具转化成IDT文件发送给数据通信中心单元。
实验运行阶段为电气控制逻辑模型由CB软件进行建模后与数据通信中心单元进行交互电气控制逻辑数据。故障数据库与故障管理软件进行交互故障定义和故障调用，故障数据库发送故障调用给人员培训管理软件，人员培训数据库与人员培训管理软件进行交互考题定义和考题选取，数据通信中心单元与三维视景和摄像头通信连接，摄像头软件与人员培训管理软件进行交互摄像监控，学员可查看操作人员培训管理软件，教员编辑故障给人员培训管理软件，故障管理软件与数据通信中心单元进行交互故障注入和故障排除信息。教员可设置考题给人员培训管理软件，人员培训管理软件与数据通信中心单元进行交互培训考题下发。
列车操作单元用于列车驾驶故障展示和故障排除人员的操作，列车操作单元包括仿真司控台、配电柜、车内三维虚拟场景软件分别通过以太网与数据通信中心单元连接。仿真司控台包括ATP、MON和CIR分别通过以太网与数据通信中心单元连接，配电柜包括通过实时以太网连接的改造配电柜和配电柜采集软件。列车操作单元的司控台控制计算机与数据通信中心单元进行交互车速、车辆位置、MON显示信息和ATP制动指令，数据通信中心单元向列车操作单元的司控台控制计算机发送线路、天气、道岔、信号灯、停车站台等预设信息。
列车仿真单元由列车子系统控制环境模型和列车电气控制逻辑模型组成，列车子系统控制环境模型和列车电气控制逻辑模型分别与数据通信中心单元进行交互控制子系统数据和配电柜接口数据。列车子系统控制环境模型由车辆动力学模型、轮轨模型、弓网模型、牵引制动模型、辅助供电模型等组成，由Simulink软件进行建模后生成代码下载到HiGale实时仿真机中运行，列车电气控制逻辑模型由ControlBuild软件进行建模。
数据通信中心单元由通信服务器和通信配置软件组成，通信配置软件用于图形化的通信协议配置。数据通信中心单元实现了各个单元之间的数据通信，采用分布式网络通信协议，各个单元采用以太网交互数据，采用Zookeeper屏蔽通信细节，分系统基于ZNode数据节点进行交互。
本发明采用分布式的架构：整个系统由于功能比较复杂，需要将系统中的软件分解为模块进行开发，并分布到不同的节点上。这样可以根据不同的使用要求通过软件不同的组合来实现。另外，部署在不同节点上的软件也可以采用最适合的技术来实现。
本发明通过数据通信中心单元对各个系统之间的传输解耦：通过数据通信中心单元，所有的系统需要提供对数据通信中心单元的接口即可。而数据通信中心单元提供的消息路由的机制，对于后续系统维护和升级提供了最大的便利。
本发明采用平台化的建模仿真环境：平台化的建模，使得模型可以通过标准图形化的方式构建，而模型的解释和运行由模型仿真平台负责。通过这样的方式，可以根据需要通过图形化的建模环境对模型进行修改，而无需大量的编程和调试。这对于后续模型的不断修改完善是非常重要的。
上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。
Claims (10)
1.一种高速动车组实时运行半实物仿真系统试验台，包括列车仿真单元、主操作台单元、列车操作单元和数据通信中心单元，其特征在于：所述数据通信中心单元分别与列车仿真单元、主操作台单元、列车操作单元通信连接，数据通信中心单元接收各单元发送的数据，对各数据进行数据交互解耦，并反馈给各单元。
2.根据权利要求1所述的高速动车组实时运行半实物仿真系统试验台，其特征在于：所述数据通信中心单元由通信服务器和通信配置软件组成，通信配置软件用于图形化的通信协议配置。
3.根据权利要求1所述的高速动车组实时运行半实物仿真系统试验台，其特征在于：所述数据通信中心单元分别通过以太网与列车仿真单元、主操作台单元、列车操作单元通信连接。
4.根据权利要求1所述的高速动车组实时运行半实物仿真系统试验台，其特征在于：所述主操作台单元包括自动化测试软件、故障管理软件、人员培训软件、实验总控软件；
优选的，所述实验总控软件为实验准备阶段试验台配置和资源调度管理的主操作界面实验总控软件。
5.根据权利要求1所述的高速动车组实时运行半实物仿真系统试验台，其特征在于：所述列车操作单元用于列车驾驶故障展示和故障排除人员的操作；
优选的，所述列车操作单元包括仿真司控台、配电柜、车内三维虚拟场景软件。
6.根据权利要求1所述的高速动车组实时运行半实物仿真系统试验台，其特征在于：还包括三维视景和摄像头，所述数据通信中心单元与三维视景和摄像头通信连接。
7.根据权利要求1-6任一项所述的高速动车组实时运行半实物仿真系统试验台，其特征在于：所述列车仿真单元由列车子系统控制环境模型和列车电气控制逻辑模型组成。
8.根据权利要求7所述的高速动车组实时运行半实物仿真系统试验台，其特征在于：所述列车子系统控制环境模型由Simulink软件进行建模后生成代码下载到HiGale实时仿真机中运行。
9.根据权利要求7所述的高速动车组实时运行半实物仿真系统试验台，其特征在于：所述列车电气控制逻辑模型由ControlBuild软件进行建模。
10.根据权利要求7所述的高速动车组实时运行半实物仿真系统试验台，其特征在于：所述列车子系统控制环境模型包括车辆动力学模型、轮轨模型、弓网模型、牵引制动模型、辅助供电模型。
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