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1、重点科研与攻关项目可行性研究报告6502电气集中控制台目 录一、选题的必要性3二、技术方案论述41、项目的关键技术和创新点42、项目技术方案论述83、项目拟达到的技术指标：174、项目各阶段目标175、项目经费预算情况18三、项目实施支撑条件202、公司基本情况203、项目组人员专业结构、职称结构；204、项目新增投资筹集情况21四、项目预期经济效益211、预期市场需求；212、预期盈利水平224、项目实施风险分析226502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
2、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
3、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
4、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l 嵌入式实时多任务操作系统vxWork
5、s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，
6、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。l 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
7、场总线、主机系统等。l 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
8、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。l 软件开发测试技术软件测试（software testing）是软件质量保证的
9、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
10、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)；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
11、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l 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。l 用CAN总线技术实现容错控制系数据容错机制是工业控制领域判断数
12、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。l 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，
13、并进行快速维修，恢复系统的正常运行。l 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。l 具有三级层次信息共享的软硬件接口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
14、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1) 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。l 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
15、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信号接口电路。l 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。l 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。2) 硬件解决方案
