《電子技術(shù)應(yīng)用》
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CTCS-2級(jí)列控區(qū)間仿真子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2017年電子技術(shù)應(yīng)用第2期
熊 偉1,,何 濤2,,曠文珍2
1.蘭州交通大學(xué) 光電技術(shù)與智能控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅 蘭州730070,; 2.蘭州交通大學(xué) 自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院,,甘肅 蘭州730070
摘要: 中國列車運(yùn)行控制系統(tǒng)(Chinese Train Control System,CTCS)是以分級(jí)方式滿足不同線路運(yùn)輸需求,,保證列車安全運(yùn)行的控制系統(tǒng),,現(xiàn)場的列控系統(tǒng)處于全天候的工作狀態(tài),很難滿足新職人員對設(shè)備操作演示和實(shí)踐學(xué)習(xí)的功能需求,。針對此問題,,提出了一種通過軟硬件結(jié)合方式實(shí)現(xiàn)CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)仿真的方案,并選取CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)仿真方案中的區(qū)間仿真子系統(tǒng)為研究對象,,在對其進(jìn)行詳細(xì)系統(tǒng)功能分析的基礎(chǔ)上,,進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊劃分,提出了對區(qū)間仿真子系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方案,,并利用Microsoft Visual Studio 2005的MFC進(jìn)行軟件開發(fā)實(shí)現(xiàn),。
中圖分類號(hào): TN919.5
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.02.031
中文引用格式: 熊偉,何濤,,曠文珍. CTCS-2級(jí)列控區(qū)間仿真子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,,2017,43(2):128-131.
英文引用格式: Xiong Wei,,He Tao,,Kuang Wenzhen. Design and implementation on section simulation system of CTCS-2[J].Application of Electronic Technique,2017,,43(2):128-131.
Design and implementation on section simulation system of CTCS-2
Xiong Wei1,,He Tao2,Kuang Wenzhen2
1.Key Laboratory of Opto-electronic Technology and Intelligent Control of the Ministry of Education,, Lanzhou Jiaotong University,,Lanzhou 730070,,China; 2.School of Automatic & Electrical Engineering, Lanzhou Jiaotong University,,Lanzhou 730070,,China
Abstract: Chinese Train Control System(CTCS) is a hierarchical system which can meet the transport requirements of different lines and ensure the safe operation of the train. The control system in working condition cannot reach the demonstration and practice requirement of the new staffs. In order to solve this problem, in this thesis, a simulation program of CTCS-2 level train control system was proposed by the combination of software and hardware, and the section simulation system of CTCS-2 was selected as the analysis object. The software implementation schemes of subsystem functions were proposed in accordance with the requirements of the relevant norms and detailed functional analysis, and then the function modules in detail were given and MFC of Microsoft Visual Studio 2005 was used to realize the software.
Key words : CTCS-2;train control system,;functional analysis,;software implementation

0 引言

    CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)是基于軌道電路和點(diǎn)式應(yīng)答器傳輸列車運(yùn)行許可信息,并采用目標(biāo)—距離模式監(jiān)控列車安全運(yùn)行的列車運(yùn)行控制系統(tǒng),,主要面向提速干線和高速新線,,適用于各種限速區(qū)段,功能比較齊全,,適合我國鐵路運(yùn)輸發(fā)展需要[1-4],。目前,我國鐵路行業(yè)的列控設(shè)備處于全天候的持續(xù)工作狀態(tài),,對列控設(shè)備的各類操作關(guān)乎鐵路行車安全,,稍有不慎,可能引發(fā)鐵路行車事故,,給鐵路運(yùn)輸造成巨大損失,。除了在“垂直”天窗點(diǎn)內(nèi),其他時(shí)間禁止對列控設(shè)備進(jìn)行各類非指令性操作,,實(shí)際運(yùn)行中的列控系統(tǒng)設(shè)備給予人員操作演示和實(shí)踐學(xué)習(xí)的空間太小,。完整的列控系統(tǒng)由于設(shè)備規(guī)模大、成本高昂,,只能依托政府出資建設(shè),,因此,開發(fā)一套集成度高,、運(yùn)行條件簡單并且具有演示和實(shí)訓(xùn)功能的列控仿真系統(tǒng)具有重要意義,。

    目前,列控仿真系統(tǒng)大多采用軟硬件結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn),。CTCS-2級(jí)列控仿真系統(tǒng)硬件方面包括高鐵車站列控中心,、高鐵車站聯(lián)鎖系統(tǒng)、軌旁電子單元,、應(yīng)答器,、車載BTM模塊等;軟件仿真方面主要包括車站仿真子系統(tǒng),、調(diào)度集中(Centralized Traffic Control System,,CTC)仿真子系統(tǒng)、中繼站列控中心仿真子系統(tǒng),、區(qū)間仿真子系統(tǒng),、車載仿真子系統(tǒng),、臨時(shí)限速仿真子系統(tǒng)等,其具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1,。

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    CTCS-2級(jí)列控區(qū)間仿真子系統(tǒng)作為CTCS-2級(jí)列控仿真系統(tǒng)的重要組成部分,,其主要功能包括區(qū)間界面顯示、列車區(qū)間運(yùn)行仿真,、應(yīng)答器報(bào)文接收與發(fā)送,、信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈與軌道電路發(fā)碼、故障設(shè)置,、應(yīng)答器報(bào)文編制等,。作為列控仿真系統(tǒng)的主界面之一,CTCS-2級(jí)列控區(qū)間仿真子系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)顯示整個(gè)CTCS-2區(qū)間的狀態(tài),,對區(qū)間列車占用出清,、應(yīng)答器報(bào)文接收與發(fā)送,、信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈與區(qū)段發(fā)碼,、各類故障設(shè)置及報(bào)警等功能給出直觀實(shí)時(shí)的顯示,給教學(xué)演示和培訓(xùn)實(shí)踐提供良好的平臺(tái),。此外,,為方便教學(xué)培訓(xùn),CTCS-2級(jí)列控區(qū)間仿真子系統(tǒng)增加應(yīng)答器報(bào)文編制界面,,使用戶能夠直觀地認(rèn)識(shí)應(yīng)答器報(bào)文各信息包內(nèi)容及報(bào)文編制方法,,給予使用者更好的用戶體驗(yàn),提高培訓(xùn)效果,。

1 CTCS-2級(jí)列控區(qū)間仿真子系統(tǒng)功能分析

    為方便進(jìn)行功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),,將區(qū)間仿真子系統(tǒng)的功能分為區(qū)間仿真控制、故障設(shè)置,、應(yīng)答器報(bào)文編制三部分,,具體功能劃分如下。

1.1 區(qū)間仿真控制

    區(qū)間仿真控制主要包括整個(gè)區(qū)間界面的顯示,、區(qū)間模擬行車,、應(yīng)答器報(bào)文接收與發(fā)送、信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈與軌道電路發(fā)碼,。區(qū)間模擬行車主要指站內(nèi)選排進(jìn)路后,,列車出站進(jìn)入?yún)^(qū)間的自動(dòng)模擬行車。自動(dòng)模擬行車包括單一列車的運(yùn)行模擬和多輛列車追蹤運(yùn)行模擬[5],。

    當(dāng)列車出站進(jìn)入?yún)^(qū)間,,車載仿真子系統(tǒng)通過通信通道將列車位置信息傳輸給區(qū)間仿真子系統(tǒng),后者根據(jù)該位置信息,,給出相應(yīng)的區(qū)間軌道電路占用顯示,;同時(shí),,區(qū)間仿真子系統(tǒng)通過通信通道將列車占用信息傳輸給列控中心(Train Control Center,TCC),,經(jīng)過相應(yīng)的邏輯處理后,,TCC將對應(yīng)的區(qū)間信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈和軌道電路發(fā)碼控制信息以及有源應(yīng)答器報(bào)文信息傳輸給區(qū)間仿真子系統(tǒng);區(qū)間仿真子系統(tǒng)根據(jù)該控制信息進(jìn)行整個(gè)區(qū)間的信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈和軌道電路發(fā)碼,,并將該點(diǎn)燈發(fā)碼信息和應(yīng)答器報(bào)文信息發(fā)送給車載仿真子系統(tǒng),,以供車載仿真子系統(tǒng)進(jìn)行車載信號(hào)顯示。

1.2 故障設(shè)置

    CTCS-2級(jí)列控區(qū)間仿真子系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對整個(gè)區(qū)間的信號(hào)機(jī),、軌道電路,、應(yīng)答器進(jìn)行對應(yīng)的故障設(shè)置。根據(jù)“故障-安全”原則,,故障設(shè)置成功后的信號(hào)設(shè)備狀態(tài)不再響應(yīng)區(qū)間仿真子系統(tǒng)常規(guī)的指令,,故障狀態(tài)始終呈現(xiàn)或在一定的條件下選擇性呈現(xiàn),幫助用戶認(rèn)識(shí)各種故障的判定條件,,還可以實(shí)訓(xùn)在故障的條件下的用戶應(yīng)急處理能力,。

    故障設(shè)置主要分為三類,即軌道電路紅光帶非常規(guī)占用故障,、信號(hào)機(jī)燈絲斷絲和應(yīng)答器鏈接故障,。由于區(qū)間無真實(shí)設(shè)備,故障設(shè)置均采用人工設(shè)置,,故障發(fā)生后,,在區(qū)間界面上給出故障顯示與故障報(bào)警,并將故障信息反饋給列控中心,。

1.3 應(yīng)答器報(bào)文編制

    應(yīng)答器是一種基于電磁耦合原理而構(gòu)成的高速點(diǎn)式數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備,,分為無源應(yīng)答器和有源應(yīng)答器,用于在特定地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)車-地間的數(shù)據(jù)交換[6-9]?,F(xiàn)場的應(yīng)答器報(bào)文為應(yīng)答器出廠時(shí)燒入或列控中心黑箱操作編制而成,,給教學(xué)培訓(xùn)演示帶來極大不便,因此CTCS-2級(jí)列控區(qū)間仿真子系統(tǒng)特增加應(yīng)答器報(bào)文編制界面,。應(yīng)答器報(bào)文編制界面采用逐步式編輯界面,,將所有信息包按順序逐一進(jìn)行編制。報(bào)文存儲(chǔ)為EXCEL文本格式,,逐條存儲(chǔ),,可以通過編制界面對已有報(bào)文進(jìn)行添加、修改和刪除等[10],。

2 CTCS-2級(jí)列控區(qū)間仿真子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊劃分

    在CTCS-2級(jí)列控區(qū)間仿真子系統(tǒng)的開發(fā)過程中,,采用面向?qū)ο蠓治龇椒ê湍K化程序設(shè)計(jì)相結(jié)合的方式,根據(jù)系統(tǒng)功能需求,,對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模塊劃分,,提高了系統(tǒng)的獨(dú)立性和安全性[11],。通過對CTCS-2級(jí)列控區(qū)間仿真子系統(tǒng)功能的分析,將系統(tǒng)分為仿真控制模塊,、區(qū)間模擬模塊和通信模塊三部分,,其中區(qū)間模擬模塊又分為區(qū)間設(shè)備模擬模塊、模擬行車模塊和故障設(shè)置模塊三部分,;仿真控制模塊又由人機(jī)交互模塊和報(bào)文編制模塊兩部分組成,,系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖2。

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2.2 MFC應(yīng)用程序主框架設(shè)計(jì)

    基于微軟基礎(chǔ)類庫(Microsoft Foundation Class,,MFC)的仿真應(yīng)用程序開發(fā),,實(shí)質(zhì)上就是繼承MFC的類,CTCS-2級(jí)列控區(qū)間仿真子系統(tǒng)主界面定義了一個(gè)繼承MFC的CView類的CTCSView類,,根據(jù)需要的功能添加相應(yīng)的函數(shù)[12],,如初始化函數(shù)OnInitialUpdate:

    Void  CCTCSView::OnInitialUpdate()

    {

        CScrollView::OnInitialUpdate();

    /////////////////初始化數(shù)據(jù)/////////////

        myobarray_QD_Section=new CObArray();

        myobarray_Xh_Station=new CObArray();

        myobarray_Balise=new CObArray();

    }

其中,CQD_Section,、CXh_Station,、CBalise分別表示區(qū)間軌道電路類、無配線站內(nèi)信號(hào)機(jī)類,、區(qū)間應(yīng)答器類,。

    在數(shù)據(jù)處理方面,,根據(jù)功能的不同分別創(chuàng)建對應(yīng)的類,,如軌道電路類、信號(hào)機(jī)類等,。通過不同類的劃分,,使不同設(shè)備的數(shù)據(jù)配置與處理區(qū)分開來,增加系統(tǒng)的靈活性,、適用性的同時(shí),,簡化了系統(tǒng)的層次和框架結(jié)構(gòu)。

2.3 通信方式的選取

    CTCS-2級(jí)列控區(qū)間仿真子系統(tǒng)的通信主要實(shí)現(xiàn)地—車通信,、TCC—區(qū)間仿真子系統(tǒng)通信,,根據(jù)仿真子系統(tǒng)之間的通信協(xié)議來實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的信息傳輸。區(qū)間仿真子系統(tǒng)在通信方面采用使用比較廣泛的TCP/IP互聯(lián)協(xié)議族,,這種通信方式具有很強(qiáng)的靈活性和通用性,。

2.4 區(qū)間模擬模塊的設(shè)計(jì)

    區(qū)間模擬模塊實(shí)現(xiàn)區(qū)間設(shè)備模擬、區(qū)間模擬行車和故障設(shè)置,。區(qū)間設(shè)備包括信號(hào)機(jī),、軌道電路和應(yīng)答器3種,每種設(shè)備的設(shè)備編號(hào),、名稱,、屬性不同,,分別構(gòu)建繼承CObject的CQD_Section、CQD_Station,、CXh_Section,、CXh_Station、CBalise類,,將每一種設(shè)備的繪制在所屬類內(nèi)完成,,最后在CTCSView類內(nèi)統(tǒng)一調(diào)用OnDraw函數(shù)繪制完成,實(shí)現(xiàn)區(qū)間模擬界面顯示,。

    區(qū)間模擬行車主要是實(shí)現(xiàn)站內(nèi)選排進(jìn)路后,,列車出站進(jìn)入?yún)^(qū)間的模擬行車。通過通信模塊Socket確定列車位置信息,,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)列車的占用出清,、應(yīng)答器報(bào)文的接發(fā)、信號(hào)機(jī)的點(diǎn)燈等,,具體的設(shè)計(jì)流程圖如圖3,。

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    故障設(shè)置主要分為三類,即軌道電路故障,、信號(hào)機(jī)燈絲斷絲和應(yīng)答器鏈接故障,,皆為人工設(shè)置故障。當(dāng)列車運(yùn)行時(shí),,通過人工分別設(shè)置列車前后任意區(qū)段的軌道電路占用故障,、任意信號(hào)機(jī)的燈絲斷絲故障、任意應(yīng)答器的鏈接故障,,給出故障報(bào)警提示,,并將報(bào)警信息反饋給TCC,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整發(fā)生故障時(shí)的發(fā)碼點(diǎn)燈變化,,給出故障情況下的區(qū)間狀態(tài)顯示[13],。軟件實(shí)現(xiàn)方面主要是通過OnLButtonDown和OnRButtonDown函數(shù)實(shí)現(xiàn)對鼠標(biāo)坐標(biāo)的捕捉,然后相應(yīng)設(shè)備的參數(shù)發(fā)生改變,。

2.5 仿真控制模塊的設(shè)計(jì)

    仿真控制模塊主要實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互,、應(yīng)答器報(bào)文編制等功能。人機(jī)交互主要通過主界面的菜單欄實(shí)現(xiàn),,菜單欄包括仿真行車,、通信狀態(tài)檢查、故障設(shè)置和報(bào)文編制界面,,主界面菜單欄列表見表1,。

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    應(yīng)答器報(bào)文編制主要通過MFC的基礎(chǔ)對話框?qū)崿F(xiàn),根據(jù)需求創(chuàng)建CDialog類,在對話框內(nèi)添加對應(yīng)的靜態(tài)文本,、列表控件,、編輯框和按鈕等控件,進(jìn)而進(jìn)行函數(shù)實(shí)現(xiàn),,形成面向?qū)ο蟮慕缑?sup>[14],,最后在Menu中添加事件處理程序OnLink,完成與主界面的鏈接,。具體實(shí)現(xiàn)代碼如下:

    void CCTCSView::OnLink()

    {

        CALLMESSAGE dlg,;

        dlg.DoModal();

    }

3 CTCS-2級(jí)列控區(qū)間仿真子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

    CTCS-2級(jí)列控區(qū)間仿真子系統(tǒng)采用MFC作為開發(fā)平臺(tái),,選取舉例站場進(jìn)行區(qū)間仿真子系統(tǒng)的開發(fā),,將列控區(qū)間仿真子系統(tǒng)各模塊進(jìn)行一一實(shí)現(xiàn)。

    區(qū)間顯示主界面顯示整個(gè)C2舉例站場區(qū)間的設(shè)備狀態(tài)顯示,,可以直觀地顯示區(qū)間運(yùn)行狀態(tài),、信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈、應(yīng)答器鏈路等信息,。根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求,,對各個(gè)報(bào)文信息包界面進(jìn)行逐一編輯、函數(shù)實(shí)現(xiàn),,最后鏈接至仿真子系統(tǒng)的主顯示界面,,報(bào)文編制主界面及線路坡度信息包添加界面如圖4、圖5,。

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4 結(jié)束語

    本文選取了CTCS-2級(jí)列控仿真系統(tǒng)中的區(qū)間仿真子系統(tǒng)為研究對象,,在對其進(jìn)行詳細(xì)系統(tǒng)功能分析的基礎(chǔ)上,給出了功能實(shí)現(xiàn)的軟件設(shè)計(jì)方案,,并利用MFC進(jìn)行軟件實(shí)現(xiàn),。作為CTCS-2級(jí)列控仿真系統(tǒng)的重要組成部分,區(qū)間仿真子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)可以對新入路職工以及相關(guān)專業(yè)院校的教學(xué)培訓(xùn)提供很好的平臺(tái),,應(yīng)答器報(bào)文編制功能的加入有利于教學(xué)培訓(xùn)工作更好地開展,對相關(guān)的仿真系統(tǒng)開發(fā)有一定的借鑒意義,。

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作者信息:

熊  偉1,,何  濤2,,曠文珍2

(1.蘭州交通大學(xué) 光電技術(shù)與智能控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅 蘭州730070,;

2.蘭州交通大學(xué) 自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院,,甘肅 蘭州730070)

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