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1、ATS仿真培训系统的设计与实现摘 要 利用仿真技术对员工进行职业培训已越来越广泛地得到认可。从上海市地铁1号线ATS系统实际出发,综合现代仿真理论、D和ActiveX等技术,设计一种基于分布式三层结构的城轨ATS仿真培训系统解决方案。重点介绍系统的体系结构,以及该仿真培训系统的各功能模块。关键词 列车自动监控,仿真培训系统,分布式结构,数据缓冲 城轨交通列车自动控制(ATC)系统中的列车自动监控(ATS)子系统位于管理级,列车进入正线运行要接受该系统的指令信号。它主要完成列车的调度和跟踪,运行时刻表的调整控制和监督,列车进路的控制
2、和表示,系统状况、报警信息的显示和记录,统计汇编、系统诊断等功能,对提高行车效率起着重要作用。本文利用现代仿真理论,并结合ActiveX组件等新技术开发的ATS仿真培训系统,是实际工作环境下培训行车调度员的一种高技术工具,为提高操作人员和技术人员的素质提供了良好的培训手段。1 系统体系结构ATS子系统由控制中心的ATS设备(通称CATS),车站ATS设备和车载ATS设备组成。CATS由A、B两套冗余系统组成,每套又分别包括控制处理机和通信处理机。两套计算机系统通过转换模块与外设相连,通过调制解调器与轨旁ATS设备相连,通过以太网与4
3、个工作站相连。下面结合ATS仿真系统的特点,介绍培训系统的网络拓扑和三层分布式结构。1.1 网络拓扑结构考虑到仿真与培训两方面的需要,培训中心内部局域网采用了星形结构,通信介质为双绞线。以应用服务器为中心,以数据库服务器为基础,通过教师机、学员机终端为用户提供服务。其拓扑结构如图1。图1 网络拓扑结构图1.2 三层分布式结构三层客户/服务器体系结构是在两层客户/服务器体系结构的基础上发展和成熟起来的,它建立在分布式技术的基础上,将业务处理从客户程序中分离出来,形成独立的应用程序服务器,从而将应用系统分为界面、业务和数据访问等3个功能
4、层次。系统具有以下优点:①系统的界面层与业务层相互分离,无论是界面层的改变还是业务层的改变,都可以做到互不影响,因而有利于系统的维护和功能的扩充,增强了系统的灵活性。②业务逻辑在应用服务器上实现,而不是在每一台客户机上实现。同时,对数据的访问也可以做到只通过应用服务器进行,从而增强了系统的安全性,并实现了“瘦客户端”。③学生机、教师机终端需要的数据可以在应用服务器中进行预处理或全部处理,然后再将处理结果传给它们,从而降低了网络通信量。2 系统功能模块把系统按功能分解成不同模块,各模块间相互独立。这种分布的体系结构及模块间的独立性,保
5、证了系统具有良好的可扩展性。当地铁线路增加时,可方便地扩展ATS基本操作、故障设置等功能。对调度中心实际运行的ATS系统进行深入了解后,根据用户的需求,将系统分解成7个模块,如图2所示。图2 系统功能模块图2.1 终端显示模块终端显示模块提供人机交互的界面,使得整个仿真培训系统能够灵活地适应不同的需要。ActiveX控件是一种可重用组件,它支持广泛的ActiveX功能,并且可以根据特定的需要定制一些特殊功能,允许公开一些属性和方法,供其它应用程序调用。仿真培训系统有股道、道岔、信号机、站台及车次窗等几种ActiveX控件,通过它们可
6、以方便地生成各集中站站场界面。2.2 模拟列车运行模块这一过程包含两个线程:主线程除了按照模拟驾驶员的命令实时改变列车行驶速度外,每隔一个微小时间段就按照在股道上从前到后的顺序模拟每个列车对象的行驶过程。辅助线程则负责两个进程间的消息传递,即发送和接收数据。由于前方列车所处的位置会影响确定后方列车目标点的过程,所以进程按照在股道上从前到后的顺序来处理每个列车对象。2.3 ATP模块为保证列车运行安全,系统设置列车自动防护(ATP)逻辑,防止列车冒进或者列车追尾事故。在ATP逻辑中,控制列车速度主要有两个因素:一是与先行列车的间隔距离
7、;二是列车运行进路情况,包括前方进路是否存在弯道及道岔状态等。图3是一条ATP速度命令控制线。当先行列车在0T区段,1T必须空闲,后续列车若在2T,它收到的限速命令应为0,即后续列车在闭塞分区2T的出口端必须停车,并有1T闭塞分区作为保护距离;若1T、2T空闲,后续列车在3T,那么后续列车接收到的是20km/h的速度命令;同理,当1T、2T、3T、4T、5T、6T、7T都空闲,运行于8T的后续列车收到的速度命令为80km/h。可见要使列车运行于最高速度80km/h,其前方必须空闲7个闭塞分区。图3 ATP速度命令控制线 当然,根据
8、线路情况、车辆性能、轨道电路特性等,应进行闭塞设计,划分合理的闭塞分区,从而产生ATP速度命令控制线,作为ATP速度命令选择的逻辑依据。2.4 ATS操作模块主要完成六大类功能的控制:信号控制命令、列车描述功能命令、列车调整命令、计划
