磁懸浮列車(chē)運行控制系統仿真

磁懸浮列車(chē)運行控制系統（OCS）是一個(gè)安全性要求很高的系統，其安全可靠性直接關(guān)系到磁浮列車(chē)的安全穩定運行。為了使磁懸浮列車(chē)運行控制系統達到相關(guān)的安全性標準，對其進(jìn)行安全性測試是十分必要的。要進(jìn)行安全性測試，就必須要有一個(gè)仿真環(huán)境對運行控制系統的實(shí)際運行條件進(jìn)行模擬。仿真環(huán)境要求盡可能地反映真實(shí)情況，按照真實(shí)環(huán)境可能出現的各種故障進(jìn)行模擬。

　　1 OCS外部環(huán)境分析

　　1.1 OCS外部環(huán)境功能描述

　　OCS由中央控制子系統、分區控制子系統和車(chē)載控制子系統三層結構組成。運行控制系統的外部環(huán)境包括道岔測控系統、分區牽引控制系統、分區牽引供電系統和列車(chē)懸浮導向及定位系統。OCS及外部環(huán)境結構如圖1所示。

　　道岔測控系統主要用于控制道岔的位置，通過(guò)接收分區控制子系統的控制命令來(lái)移動(dòng)并鎖閉道岔，并把采集到的道岔位置信息傳送給分區控制子系統；牽引控制系統按照分區控制子系統發(fā)出的控制命令和設定值完全自動(dòng)運行，主要用于列車(chē)牽引的開(kāi)、閉環(huán)控制和狀態(tài)的監控；牽引供電系統為磁懸浮列車(chē)的運行提供動(dòng)力，它通過(guò)大功率變流系統對輸出的電壓和電流進(jìn)行調節，從而實(shí)現對磁懸浮列車(chē)牽引力的有效控制；列車(chē)懸浮導向及定位系統主要實(shí)現列車(chē)的懸浮、定位以及車(chē)輛橫向穩定控制并跟蹤導軌。

　　1.2 OCS外部接口分析

　　由圖1可以看出，運行控制系統與道岔測控系統、牽引控制系統、牽引供電系統、列車(chē)懸浮導向及定位系統都有接口上的連接。

　　OCS與道岔測控系統的接口（如圖1中①所示）包括串行接口和數字接口。在上海磁浮示范線(xiàn)中，串行接口用于傳送道岔控制命令及位置信息；數字接口用于啟動(dòng)、關(guān)閉道岔測控系統的供電。

　　OCS與牽引控制系統的接口（如圖1中②所示）為以太網(wǎng)接口。在上海磁浮示范線(xiàn)中，通過(guò)此接口向牽引供電控制系統傳送列車(chē)運行的速度曲線(xiàn)數據和參數，從而實(shí)現對列車(chē)運行的控制。

　　OCS與牽引供電系統的接口（如圖1中③所示）為數字接口。在上海磁浮示范線(xiàn)中，此數字接口用于對牽引供電系統的切斷和切斷命令執行后電流的回讀。

　　OCS與列車(chē)懸浮導向及定位系統的接口（如圖1中④所示）包括串行接口和數字接口。在上海磁浮示范線(xiàn)中，通過(guò)此串行接口傳送列車(chē)定位信息及運行顯示信息；數字接口用于對列車(chē)的浮起/放下、開(kāi)啟渦流制動(dòng)、開(kāi)關(guān)車(chē)門(mén)等。

　　2 OCS仿真環(huán)境的設計與實(shí)現

　　2.1 OCS仿真環(huán)境的建立

　　通過(guò)對OCS外部環(huán)境及外部接口的分析可知，環(huán)境仿真機可以分別實(shí)現對牽引供電系統、道岔系統、列車(chē)控制系統的模擬，外部接口也不外乎以太網(wǎng)、串行口和數字接口三種情況。另外，從磁浮列車(chē)運行的安全性方面考慮，以太網(wǎng)和串行通路采用雙路冗余方式，數字信號采用動(dòng)態(tài)輸入輸出方式。由此，可以建立如圖2所示的OCS的仿真環(huán)境，分區控制計算機（DCC）與牽引供電系統環(huán)境仿真機之間有二條冗余以太網(wǎng)通路，分區牽引切斷（DPS）與牽引供電系統環(huán)境仿真機之間有數字信號輸入輸出通路；分區道岔模塊（DSM）與道岔系統環(huán)境仿真機之間有兩條冗余RS232串行通路和數字信號輸入輸出通路；車(chē)載安全計算機（VSC）與列車(chē)控制系統環(huán)境仿真機之間有二條冗余RS232串行通路和數字信號輸入輸出通路。

　　OCS與牽引供電系統環(huán)境仿真機之間的以太網(wǎng)通路用于DCC與牽引供電系統環(huán)境仿真機之間交換相關(guān)的牽引數據，包括運行數據和狀態(tài)數據；數字信號通路是DPS發(fā)送一個(gè)電子切斷信號給牽引供電系統環(huán)境仿真機，或讀取牽引供電系統環(huán)境仿真機執行切斷命令后的狀態(tài)信息。

　　OCS與道岔系統環(huán)境仿真機之間的RS232通路用于DSM向道岔系統環(huán)境仿真機發(fā)送道岔動(dòng)作控制命令；數字信號通路用于道岔系統環(huán)境仿真機向DSM發(fā)送道岔的位置及狀態(tài)信息。

　　OCS與列車(chē)控制系統環(huán)境仿真機之間的RS232通路用于VSC向駕駛員控制臺提供其所需的運行顯示信息，并且駕駛員控制臺可以將駕駛員在控制臺上發(fā)出的操作命令傳送回去。列車(chē)定位系統通過(guò)RS232通路傳遞定位數據給VSC;數字信號通路用于VSC給列車(chē)控制設備發(fā)送控制命令，包括列車(chē)的浮起/放下、開(kāi)啟渦流制動(dòng)、開(kāi)關(guān)車(chē)門(mén)等，這些動(dòng)作的結果又通過(guò)數字信號通路發(fā)回給VSC.

　　2.2 OCS仿真環(huán)境的實(shí)現

　　2.2.1 OCS仿真環(huán)境的硬件實(shí)現

　　OCS環(huán)境仿真的硬件結構包括牽引供電系統環(huán)境仿真機、道岔系統環(huán)境仿真機和列車(chē)控制系統環(huán)境仿真機。這些環(huán)境仿真機可采用普通的PC機來(lái)實(shí)現。一般的PC機都有二個(gè)RS232串口，滿(mǎn)足二條冗余RS232串行通信的需要，不必另外擴展串口。雙路冗余的以太網(wǎng)可以通過(guò)增加以太網(wǎng)卡的方式實(shí)現。數字信號的輸入輸出可以通過(guò)DB25的并行口進(jìn)行通信，位數完全滿(mǎn)足數字信號量通信的需要。

　　2.2.2 OCS仿真環(huán)境的軟件實(shí)現

　　OCS環(huán)境仿真中的軟件主要包括牽引供電系統環(huán)境仿真機中的軟件、道岔系統環(huán)境仿真機中的軟件和列車(chē)控制系統環(huán)境仿真機中的軟件。

　?。?）牽引供電系統環(huán)境仿真機中的軟件結構

　　根據故障-安全的原則，當車(chē)地之間的通信中斷，列車(chē)的速度超過(guò)最大允許速度或低于最小允許速度時(shí)，必須對牽引供電系統進(jìn)行安全牽引切斷。分區牽引切斷的動(dòng)作通過(guò)電子切斷和電氣切斷來(lái)實(shí)現。DPS向牽引供電系統環(huán)境仿真機發(fā)送一個(gè)電子切斷信號，環(huán)境仿真機執行切斷命令并回讀電流值給DPS.如果回讀的電流值超過(guò)了限定值，則引發(fā)電氣切斷。安全牽引切斷事件的軟件結構流程如圖3所示。