1、最新6502电气集中控制台可行性研究报告6502电气集中控制台项目可行性研究报告一、选题的必要性信息产业是21世纪世界经济的主导产业和支柱产业，目前，计算机设备已经大量在生产实践中应用，成为今后发展的方向，计算机的投入使得原有传统行业中的人工操作更为简单、安全、有效，因此将信息产业与传统产业有效的结合起来，使传统产业得到更进一步的提高是十分必要的。而6502电气集中控制台便是这样一个设备。6502电气集中控制台，是6502设备的关键部位，它是行车指挥人员进行运输作业，操纵行车设备指令的输出端口；是各项行车指令被执行后，设备反馈信息和列车运行信息的综合表示部分。6502计算机控制台能全面替代现行
2、控制台所有功能，且克服了现行设备存在的多种缺陷，如：结构复杂、科技含量低、维护量大、故障几率高、无法与计算机接口及远程传输信息、通用性差、设计需按站场情况单独处理，操作无存储等。该控制台利用计算机技术平台的支持，研制新型控制台，开发了错误操作报警、非正常操作报警、未及时开放信号报警、信号非正常关闭报警、安全帽（牌）揭示、正常和非正常行车情况下适用规章提示等多个安全模块软件程序，大大提高了运输的安全可靠性。 该控制台，提供了一个科学可靠的技术平台，实现资源共享，以兼容信号微机监测、调度监督、调度集中、调车监督、站场和区间人身防护等系统的技术需求。在增加部分硬件设置时，即可构筑新的系统，从而减少更
3、新改造、设备大修的重复投资。并且留有极大的扩展空间，通过软件功能的研制，可衍生车站运转管理系统及信号设备故障专家诊断系统，留有极大的扩展空间。该控制台是一个兼容调度监督、调度集中、微机监测等的产品，它既能保持6502系统的特征，又能与现代化设备接口，减少整体投资。现行控制台存在结构复杂，科技含量低，维护工作量大，故障机率较高，无法与计算机接口、每站均需专门定制等缺陷，而6502电气集中计算机控制台，可解决机械控制台的机械故障，改善操纵人员的工作环境，提高行车部门管理的科技含量，减少电务维护，缩短故障修复时间。同时，新型控制台人工维护量较现行方式可减少三分之二，节约的电务部门人工维护费用。且计算
4、机控制台的功能留有较大的开发研制空间，为将来专家诊断系统，误操作报警系统，车站运转管理系统，提供有力的技术支持手段。二、技术方案论述1、项目的关键技术和创新点1) 项目的关键技术 嵌入式实时多任务操作系统vxWorks在工业控制系统中，操作系统对控制系统的性能和可靠性的影响非常大。在铁路以往的项目中，大部分选用的系统如Windows NT、DOS、Linux等都是商用系统，其实时性都在十毫秒级，系统庞大，存在许多与任务无关的代码，浪费了CPU的处理能力，影响系统的安全，并且由于内存管理的问题，无法长时间可靠工作，操作系统的选择问题，长期困扰着控制领域的工程师们。我们经过一年时间的对比和选择，在
5、6502控制台项目中选用了vxWorks嵌入式实时操作系统，它有以下优点： 市场占有率广，产品线丰富，具有良好的第三方技术支持，已成功的应用在军事、航空、航天、通信、医疗等关键领域。 性能优越，实时性达到了十微秒级，比Linux快了100倍，具有处理异步并发事件的能力，具有快速启动、出错处理和自动复位功能，完全可以满足铁路信号监控的需要 稳定性好，系统具有最小资源开销，运行是稳定和可预测的。 网络功能，系统能方便的通过网络与其它系统通信和共享资源。 经过实践证明，系统稳定性好，软、硬件编程方便，彻底解决了在Windows NT、Linux下程序无法长时间运行的问题，能够满足铁路信号监控的要求。
6、 控制系统安全冗余技术由于本系统要向其他系统提供基本铁路信号实时信息，因此它的可靠性至关重要。控制信息系统中，提高可靠性的一个重要途径就是采用系统冗余。在本系统中，对于重要的核心部分都采用了冗余技术，如控制部分、现场总线、主机系统等。 数据仓库技术系统的数据信息具有庞杂又必须按需要集中使用的特点，如果采用以往平面式的数据存储管理模式，那么将产生大量而分散的数据库表单，要将它们根据各种不同需求进行集中使用，技术难度显而易见。在这种应用场合中采用了数据仓库技术。数据仓库具有以下四个特点： 面向主题 数据集成 相对稳定 反映历史变化这四个特点迎合了系统设计的需要。整个数据仓库系统是一个包含四个层次的
7、体系结构，具体由下图表示： （数据仓库系统体系结构图）数据源：是数据仓库系统的基础，是整个系统的数据源泉。通常包括内部信息和外部信息。数据仓库：是整个数据仓库系统的核心。数据仓库的真正关键是数据的存储和管理。组织管理方式是针对现有各业务系统的数据，进行抽取、清理，并有效集成，按照主题进行组织。按照数据的覆盖范围可以分为企业级数据仓库和部门级数据仓库（通常称为数据集市）。 OLAP服务器：对分析需要的数据进行有效集成，按多维模型予以组织，以便进行多角度、多层次的分析，并发现趋势。其具体实现可以分为：ROLAP、MOLAP和HOLAP。前端工具：主要包括各种报表工具、查询工具、数据分析工具、数据挖
8、掘工具以及各种基于数据仓库或数据集市的应用开发工具。其中数据分析工具主要针对OLAP服务器，报表工具、数据挖掘工具主要针对数据仓库。 软件开发测试技术软件测试（software testing）是软件质量保证的主要活动之一，它提供了软件规格说明、设计和编码的最终审评。测试工作实现的目标：（）测试是一个程序的执行过程，其目标在于发现错误。（）一个好的测试用例能够发现至今尚未察觉的错误。（）一个成功的测试则是发现至今尚未察觉的错误的测试。测试可以用两种方法进行：（）黑盒子测试：黑盒子测试着眼于系统的外部特性，而不考虑系统的内部逻辑结构。黑盒子测试是针对软件接口的测试，即看它能否满足功能要求，输入能
9、够被正确地接收，并准确的输出结果，以及能够保持外部信息的完整性等。（）白盒子测试：白盒子测试着眼于系统的内部逻辑结构，是以仔细检查过程的细节为基础的，通过一组指定条件和循环的测试用例，对穿过软件的逻辑路径进行测试，可以在不同点检查程序的状态，以确定实际状态与预期状态是否一致。本系统是实时系统，所以在测试时要考虑系统的实时特性。测试采用了vxWorks开发工具的CPU时序分析工具和Shell命令接口工具，进行了单个任务测试（task testing）、行为测试（behavioral testing）、任务间通讯测试(intertask testing)、系统硬件测试(system testing
10、)；用Source Insight 3.0 对程序进行代码静态分析，保证系统的代码逻辑正确。通过上述测试方法或测试过程，可以发现系统中的可能存在的逻辑、接口、行为、内存溢出、任务的时序等错误，发现系统的潜在的错误。此外还对系统使用大数据量的强度测试，测试系统的能够承载的任务负载强度。2）项目的技术创新点 系统在线故障诊断和在线恢复技术在工业控制系统中，设备的故障诊断和故障的在线故障恢复是系统的健壮性和稳定性的基础。在项目中采用软件狗、硬件看门狗、硬件判错、和任务实时自我判错等判错机制来进行系统的在线故障诊断。本系统在在线恢复技术中采用了图形界面自动显示错误和出错后系统自恢复技术，这些技术可以使
11、系统及时发现设备运行时发生的错误，并自动启用相应的处理措施，从而保证了系统的健壮性和稳定性。系统还可以通过铁路信号专用网络进行远程的故障诊断。 用CAN总线技术实现容错控制系统数据容错机制是工业控制领域判断数据正确性常用的、有效的方法。系统采用CAN总线技术实现控制系统的容错机制。因CAN总线本身具有硬件容错功能，但为了进一步确保数据的精准性，我们还同时运用了软件容错机制：用冗余码校验来确保单帧数据正确，用主备机双CAN总线进行同一帧数据比较，来实现数据序列正确性。通过在CAN总线上采用数据容错技术使本系统实现了控制系统的容错运行。 图形方式显示系统运行状态图形方式显示系统运行状态，可以使现场
12、工作人员直观的了解系统的运行状态。本系统采用了信号灯、系统网络图、机笼状态图、实时数据框等常用的符号标识，实现系统的状态描述，使本系统具有直观性和友好界面的特点。这样可以便于使用人员快速判断系统故障的部位，并进行快速维修，恢复系统的正常运行。 防止故障扩大技术 防止故障扩大是工业控制系统中重要的技术，这种技术使系统在故障产生时将损失减小到最低程度。系统在防止硬件故障扩大中运用了光电隔离技术、电压稳压保护技术、防雷技术。在防止软件故障扩大中运用了：管道、消息队列等机制实现任务间数据通讯从而使任务间实现了高内耦、低耦合。上述技术使系统达到了防止系统故障扩大的目的。 具有三级层次信息共享的软硬件接口
13、信息共享技术软硬件接口是工业控制系统生存能力和延长系统生存期的重要指标。本系统为满足不同的客户需求提供了三级层次数据共享，它们分别为现场总线接口、以太网标准数据接口和特殊信息转换接口。现场总线接口可以提供现场总线上的实时数据；以太网标准数据接口通过TCP/IP协议实现了和其他信息系统的数据交换；特殊信息转换接口是指系统提供了专用的数据转换接口软硬件与车站的现有设备实现数据交换，这样可以更好的利用车站的现有设备降低成本。通过这种三级层次的接口设计必将提高本系统的生存能力和延长本系统生存期。2、项目技术方案论述2) 信号解决方案对铁路信号技术及发展方向进行科学地分析，规范铁路信号信息的类型，兼容国
14、内已开发应用的各系统对信号信息的需求，并预留将来可能的信息需求。试验验证信号接口电路的可靠性、可用性和安全性。 研究对象的确定铁路信号设备种类众多，相应产生的信息量也是庞大、复杂的，对铁路信号信息量进行研究、分析，兼容其他信息系统的需求，并预留将来可能的信息需求，明确系统研究的对象，确定铁路信号信息的类型与性质，是信号解决方案的基础。信号信息的来源，包括铁路信号的集中联锁设备、非集中联锁设备、闭塞设备、其它信号设备和由其它信息系统输入的信息，如无线列调、环境监控、电源监控等系统。根据铁路信号智能平台的需要，制定信号采集与控制的范围、规范描述铁路信号信息元素，确定铁路信号接口的方式和制定标准铁路
15、信号接口电路。 确定铁路信号接口的标准电路铁路信号接口的应充分考虑可靠性、可用性和安全性的要求。信号接口电路是信号设备的一部分，确保信息采集环节不论在运行或故障状态时，均不得影响信号设备的正常使用。信息采集方式稳定可靠，采集位置相对集中，采集方法规范合理经济，施工方便和安全。确保行车作业人员操纵信号设备指令的开关量输出信息，符合故障安全原则。 制定标准信号接口电路图册制定标准信号接口电路图册。信号接口电路图册遵循铁路信号设计规范要求，规定信号接口电路的系统联络、电源配置、设备位置和名称代号、采集对象的采样名称和采样位置、采集器材等内容。3) 硬件解决方案硬件系统为该项目提供了一个实验的平台，并
16、为评估系统的可靠性与稳定性提供实验依据。为满足上述要求，我们在研制6502电气集中控制台的硬件基础上，充分考虑了各方面的需求，提出了以下方案（如图）：整个硬件系统由信号采集与控制子系统、现场总线子系统、主备控制机系统、信息处理机、信息共享网络子系统组成，主要设备安装在19”标准机柜里，尺寸采用欧标的相应大小，关键部分采用双机冗余技术和故障容错技术，保证系统在部分或全部的软硬件故障或失效时，信号设备能处于安全状态，即符合信号设备的故障导致安全的原则。 信号采集与控制子系统信号采集与控制子系统主要完成对铁路信号的采集和控制信号的输出，并通过现场总线子系统连接到上层主备控制机系统。采集对象包括信号设
17、备、电源监控、环境监控、车次号等等。子系统进行智能化设计，能够对采集的信息进行初步的抗干扰处理，并对输出的控制信息进行逻辑判断，防止非安全信息输出。子系统可以对自身的状态进行自我检测，将故障确定到板级，并向上位机报告故障状态及位置。在故障发生时，能够将故障限制在板极范围内，并能在不中断运行的情况下，实现在线修复。子系统具有较强的防雷能力。 子系统具有通讯的故障容错功能，实现误码的自动侦测和纠错。子系统具有较高的采集速度、总线通讯速度和CPU处理能力，满足各种信息系统对采集速度的要求。 现场总线子系统现场总线子系统完成主备控制主机与信号采集与控制子系统之间的数据传递，构成集散式控制系统。提供高性
18、能的现场总线，具有高速度，高可靠、低成本、多端口的功能，适用于仪器级设备的接入，通过简单的转换即能与目前常用的现场总线接口。通过冗余的方法可以构成可靠的信息传输体系，提供误码的自动侦测和故障的容错功能。具有良好的实时性能，具有最短的信息传输延迟，实现重要信息的优先传输。 主备控制机子系统采集从下位传来的控制信号，进行处理后，显示在屏幕上，并将信息传往信息处理机。输入控制信息，进行处理后，通过现场总线发往控制输出系统。并将输出的结果返回给信息处理机。采用低功耗高可靠的工业控制机，软件固化在ROM盘上。取消硬盘，软驱等易损件。保证机器能长时间不间断运行。采用专用的面向任务对象的实时多任务嵌入式操作
19、系统，可将应用软件与操作系统合二为一。减少人为故障的机率，保障软件长时间连续运行。主备机同步运行，互为主备，但备机不能向现场总线系统上发送控制信息。当主机发生故障时，产生设备故障报警，系统自动或人工介入切换至备机。备机通过检测下位机和主机的数据包，对控制台系统进行实时的检测，并以图形的方式显示系统的运行状态，一但发生故障，立即在备机屏幕上以图形的方式显示故障的具体位置，方便现场人员进行快速维修，保证系统的正常运行。 信息处理机存贮、查询和回放站场信息。作为信息平台向其他信息系统如微机监测、DMIS发布实时的铁路信号信息。向需要特殊要求的信息系统提供数据转换接口。为以后的系统提供计算机平台。 信
20、息共享网络子系统本系统为不同需求的信息系统提供了以下三种接口：现场总线接口；以太网标准数据接口；特殊信息转换接口；通过提供以上三种接口，可以实现与仪器的连接、与其他信息系统的连接，特殊数据格式的转换，也可以实现远程联网，构成大型信息共享网络系统。4) 软件解决方案基于项目的要求与系统的硬件解决方案，软件解决方案如下（附结构框图）：软件系统由控制机软件子系统与信息处理机软件子系统组成，以下为简介： 软件系统的组成：I. 控制机软件开发平台：操作系统采用vxWorks实时多任务嵌入式操作系统，编程语言采用Ansi C语言，开发工具为Wind River公司提供的集成化开发环境TornadoII 。
21、软件功能：包括信息的采集与处理、站场实时显示、控制信息的形成与输出、信息的网络发布、系统状态的监视、故障的自检测与屏蔽、主备机切换和信息的现场总线接入等。安全性：控制机软件子系统考虑了主、备机两种运行状态，以两台机器启动顺序的先后确定主机和备机，主机界面为车站控制界面，备机界面为系统状态监视界面。当主机工作异常时，备机自动报警，并可根据软件错误的标志自动或手动切换成主机运行。控制机软件包括了任务调度与异常处理机制，任务执行异常时将启动异常处理程序，进行故障自动检测与自动屏蔽，然后由调度程序重新唤醒挂起或阻塞的任务，恢复系统的正常运行。现场总线协议能够完成对信息采集与控制信息输出的校验，达到防错
22、的目的。实时性：vxWorks具有实时性强、资源开销小、具有多种任务管理模式。硬件驱动采用中断和定时结合的方式，通过高速中断响应和精确定时的特性实现信息采集和控制的实时性。专用性：由于在嵌入式系统中，操作系统与应用软件是一体化化的，系统启动后，直接运行应用软件，并且只有关闭电源才能停止应用软件的运行，也就是说，应用软件与操作系统是为特定的应用设计的，具有专用性，不可能运行无关的软件，从而大大减轻了管理的负担。交互性：车站控制界面采用图元控件化处理，车站值班员通过鼠标点击信号图元形成控制信息并输出。II. 信息处理机软件子系统开发平台：操作系统采用Windows 2000 Server，编程语言
23、采用Visual C+，数据库采用SQL Server。功能：接入主备控制机的采集信息和控制信息、信息的存储和管理、信息的发布与接入、站场实时显示与回放、信息查询和报表输出。重用性和可扩展性：信息处理机软件采用数据结构的标准基础类设计，提供数据结构的标准接口；采用功能函数的DLL（动态链接）设计，提供功能函数的标准接口。信息处理机软件通过这两种标准接口完成数据定义、功能函数的重用与扩展。 信息共享的软件实现III. 数据库应用和协议转换接口通过数据库访问模块，本系统与其他信息系统之间可以进行数据库文件访问。协议转换接口适用于过渡时期与其他信息系统的信息交换，本系统与其他信息系统之间的信息交换由
24、协议转换模块完成。IV. 实时信息接口其他信息系统可通过以太网标准接口与本系统进行实时信息交换。V. 现场总线接口其他信息系统在现场总线这一级可以得到本系统的信息，也可以为本系统提供信息。因为通过物理转换可以将不同类型的现场总线转换为同样类型的现场总线，所以控制机软件的现场总线驱动程序只适用本系统的现场总线类型。5) 信息共享方案本方案为信息共享提供了三种不同层次的数据接口，以满足不同信息系统对信息共享的需要。 现场总线接口用于和小型仪器或数据采集系统的接口，如电源监控系统、环境监控系统、车次号系统接口。如果被接入系统支持同样类型的现场总线，可以直接接入；如果被接入系统只有其它类型接口，则需要
25、通过物理转换成同样的总线，现场总线外部接口与内部现场总线系统保持电气隔离，并进行数据过滤，防止外部设备影响系统安全。另外，对数据采集的实时性有严格要求的系统，也可以直接从现场总线上直接获取信息，保证系统的实时性。 以太网标准数据接口这是本系统提供的用于信息共享的标准实时数据接口，可以满足绝大多数信息系统的需要。通过100M的以太网交换机，可以为其它系统提供低成本、高性能、高可靠的物理连接，通过采用TCP/IP的协议，可以方便地组成本地局域网，实现与其它系统的数据交换，也可以通过路由器构成广域网，实现更大范围的数据交换。 计算机数据库接口和转换接口本系统预备了一台信息处理机用于数据处理，通过功能
26、强大的数据库可以提供可以实现复杂的数据处理功能，完成站场显示、数据存储、打印和管理的功能，并向外部提供的数据库接口。为了与现有设备接口，或是在过渡阶段保证数据交换的连续性，通过安装协议转换软件实现与现有信息系统的接口，以适应现场复杂的任务需求。6) 试验方案系统的试验验证，在分阶段、分项目试验后，进行整机试验验证。 第一阶段：完成样机的开发工作后，设计相应的软件硬件测试程序，进行仿真仿实物试验，以检测设计要求的全部功能，整合信号接口电路、硬件采集、软件程序、通信传输及各子系统间的设计协调。 第二阶段：在完成上述任务后，选择南昌电务段练功场安装全套设备。在现场环境下进行试验，发现不足、弥补缺陷、
27、完善功能并进行设计改进。 第三阶段：通过专业检测机构的产品测试，完成各类技术报告、技术标准及规范草案，及信号接口电路标准、软件和硬件说明书等，为通过铁道部的鉴定做好充分准备。系统的实体试验包括信号接口电路、硬件系统和软件系统，试验验证的目的是通过测试验证系统的安全性、可靠性和可用性。 试验原则：在正确操作时，系统及系统局部不应出现错误的输出；在错误操作时，系统及系统局部不应出现正确的输出；任意操作或操作组合不应出现灾害性后果。 试验方法如下：通过控制主机界面，进行信号试验，验证系统的总体性能。模拟故障试验，突出验证系统的安全性与可靠性。系统在现场通过试运行期，验证系统长时间稳定运行的能力。将系
28、统性能试验的结果、意见形成文字，结束系统的性能试验。3、项目拟达到的技术指标：系统连续运行时间： 20000小时系统重启时间： 60秒系统主备机切换时间： 10秒单一部件更换时间： 5分种整机修复时间： 2500V，1分钟系统运行温度要求： 035系统运行的湿度要求： 40% 90%4、项目各阶段目标项目初步建设的主要目标是完成项目产业化前期的所有相关工作，为项目的产业化做好准备。包括以下方面的内容：7) 第一阶段：完成样机的开发工作，实现设计要求的所有功能8) 第二阶段：在现场环境下对系统功能进行检测，并进行改进设计，完成第二套样机的安装。9) 第三阶段：进行可靠性测试，通过专业检测机构的产
29、品测试，完成各种报告，通过铁道部专业部门的鉴定。5、项目经费预算情况10) 项目投资与资金筹措表项目投资与资金筹措表单位：万元序号项 目金 额1投资总额160固定资产投资流动资金2资金筹措44. 在VFP中，关于视图说法正确的是_。自筹资金15C. 临时性关联 D. 永久性关联和临时性关联其中：已完成投资120A、提供可靠的端端服务，透明地传送报文 新增投资5. 在ORDER BY排序子句的选择项中，DESC代表_输出；省略DESC时，代表_输出。401. 连续执行以下命令之后，最后一条命令的输出结果是_。申请科技三项经费25借（贷）款A. 对视图的使用与表一样，也可以进行插入、查询、删除、修
30、改操作11) 项目开发成本费用预算方案申请科技三项经费使用预算表序号名 称单位数量金额(万元)使用时间1开发费项目开发人员费0.20万/人/月10人/月84个月原材料动力费49个月检测费33个月调研费39个月查新费0.51个月技术咨询费转让、合作费2设备费申请三项经费资助设备：6.59个月3试制费人员费原材料动力费检测费4鉴定验收费三、项目实施支撑条件12) 项目技术来源；铁路6502电气集中计算机控制台项目是由南昌铁路局电务处提出，由南昌路通高新技术有限责任公司负责开发的铁路信号新产品项目，路通公司是整个控制台项目的核心，负责项目的关键技术开发、各单位的协调和将来的项目实施。上海通讯工厂负责机械结构设计，样机的生产制造，以及以后的专用设备的生产制造。南昌铁路局电务处和车务处负责项目的需求设计。南昌铁路局科委负责与铁路系统的协调工作，组织专家鉴定。南昌铁路局勘测设计院负责控制台系统与信号系统的接口设计工作。项目的知识产权由路通公司所有。2、公司基本情况现有员工45人。软件开发与系统集成相关人员40人，其中本科学历人数24人，占工程技术人员的80。公司资质：2001年5月，通过江西省信息产业厅软件企业认定；2001年10月，通过江西省科学技术厅高新技术企业认定；2002年8月，获得国家保密局
