CATIA ControlBuild 在铁路信号控制系统中的应用

寂静回声

RATP在巴黎的第8地铁线上的 “Porte de Charenton” 车站设一测试基地。第一个实现的目标是创建一个虚拟的线路模型，从电子设备的角度来看，它的行为将与真实的线完全相同。鉴定平台由仿真模型（线路的物理环境、机车(火车)和虚拟控制器）、测试场景和所有设备之间的通信(I/Os接口配置和网络通信)组成。模型不仅取代了真实环境，也取代了被测试的目标本身 （因为这些目标在测试平台中并不总是可用的）。所有这些模型：
l  可以连接到I / O或数据网络与其他模型通信的接口；
l  代表模型行为或其参数 (运动时间,平台长度,开门时间,需要速度…)的状态变量；
l  依赖预期行为的简单或复杂的传输函数；
l  用来修改模型正常行为 (机械,电气或通信故障) 的特定参数。
BIQS平台集成了不同类型的模型：
l  环境 (线路、信号、车辆和本地控制板模型)；
l  电子设备模型 (自动驾驶)。
支持自动驾驶的环境模型是经验证过的。它们描述并模拟了线路、信号、电力分配、现场或中央控制室和列车(车厢、牵引、车门、本地化传感器以及虚拟司机)的行为。
线路模型: 线路模型中包含了引导列车运动的所有对象。线模型包括轨道、开关、信号和检测器、站台、隧道……）。每个对象都参考一个行为模型。每个对象都有一个图形动画，并设置为3轴维度。线路模型可以从ControlBuild下的库里模型自动构建出来，只需要填写模型里的地理位置参数。信号模型：目前巴黎地铁的信号系统主要是通过电气硬件实现安全控制。所以这个系统需要与新的电子控制系统共存。因此，鉴定平台需要开发信号硬件的模型。原始的电气原理图印在纸上, 通过半手动方式将其捕获翻译到ControlBuild中。在代码评审验证阶段，将原始图与模型进行比较。最后的验收阶段由安全工程师通过仿真和测试来验证模型。
本地站控制模型：当线路与中央控制系统断开连接时，RATP就有一个本地的交通控制来管理车站内的列车。本地站控制由一个显示信号、开关位置和占用轨道的面板组成。一个面板允许管理站点设备以建立预期的线路。在ControlBuild里开发“Charenton Porte de Charenton”车站控制模型，并将其集成到鉴定平台中。机车车辆模型：根据我们的需要，列车模型包含了司机室、简化的车辆 (门、铁路线、配电…受电弓) 和牵引设备等模型。牵引模型的动态特性与实际列车的动态特性非常接近，从而可获得整线的特性。
简化列车模型是为了提供必要的接口，由一“执行者”驱动列车模型。该驾驶面板已被通用模型化，无论何种类型的车辆，都可以用同一驾驶模型。列车和线路之间的交互：ControlBuild有一个功能，可以不需要编程在三维坐标空间中移动列车。因此，列车可以沿着铁轨行驶，检测开关岔道的位置，对传感器做出响应，捕获带受电弓接触网功率……该模块与牵引模型交互，根据要求的加速情况计算列车的速度。
5.1.2  自动驾驶模型
物理电子处理单元(自动飞行员)在测试台上可有也可用虚拟模型替代。根据实际设备的存在情况，开发的虚拟模型可以被动态地启用或禁用。使用虚拟电子设备开发了“Porte de Charenton”站，自动驾驶仪功能需要基于该虚拟车站执行一系列测试：
l  重新配置禁用区域；
l  CBTC激活；
l  弥补错误的轨道电路；
l  帮助自动取消路线；
l  帮助紧急取消路线；
l  安全方法锁定；
l  发现和释放超限锁定；
l  遵守信号指示；
l  设置方向；
l  设置列车保护；
l  检测轨道电路故障；
l  处理乘客保护；
l  线路控制安全；
l  制动时授权重新发电（再生能源）；
l  禁止驾驶模式；
l  授权进入车站；
l  操作支持监督。

鉴定平台可支持手动操作或自动操作模式。在手动模式下，仿真模型的用户图形界面GUI (线路、信号舱、机车……)支持测试人员沿着线路 (路线开发) 驾驶列车，验证真实(和仿真)设备的正确操作，并模拟故障以验证安全功能和故障模式。
ControlBuild允许测试工程师搭建测试脚本, 以触发正常操作模式相关的动作 (如定位一列列车, 启动列车, 改变驾驶模式, 加速或制动) 或产生异常情况 (例如, 强制系统或设备的一部分产生故障) 。测试用例是提供输入事件和输出测量的操作序列。这些测试脚本也可以在测试台上自动执行。
主测试脚本加载当前测试的初始条件 (模拟设备和环境的固定状态)，然后顺序执行所有代码指令。与此同时，其他场景可能会模拟故障、触发事件(不管预期与否)并强制某些设备模型的状态。测试脚本为测试台和实际硬件ECUs之间的输入/输出和通信接口的配置提供代码指令。这些指令允许测试工程师在所有接口和通信上引入故障。
5.3.  测试台物理接口
测试台的目标是在硬件目标集成到站点(或列车内部)之前对其进行验证鉴定。为此，有必要将目标机连接到工作台；BIQS测试平台提供输入/输出和通信子系统。
5.3.1.  子系统输入/输出
该采集子系统用于仿真物理目标的输入，测量设备的输出值，并为实际目标提供功率。对于每个信号，子系统保证了电路的适应性、模拟传感器电平的数字化和事件的时间戳。BIQS测试台硬件子系统还能够支持标准或特定的通信网络。配置编辑器允许在测试平台上输入/输出卡和通信协议进行配置。这个系统集成和鉴定平台项目展示了使用已验证的仿真技术处理安全自动化问题的关键优势。成功的关键因素在于所使用的仿真工具的通用性，例如，ControlBuild，特别适合于运输部门，以及所使用的方法和过程的灵活性(从模型到HIL)。


这个解决方案减少了现场测试时的故障停机和对实际设备操作成本。


“一天的模拟测试可以抵10个晚上的现场测试！”


这种基于模型的测试技术在系统开发之前验证规范很有帮助。


ControlBuild提供的高级语言允许设计人员轻松地描述线路的不同环境模型(信号、功率分配)、重用车辆模型和原型新的自动化需求(不管是否安全控制)。这些用例可以由不同的项目利益相关方(工程、安全部门、交通操作工程师…)验证。


由于该模型代表系统，因此一旦系统投入使用，集成和验证工作台可支持进一步验证测试仿真分析。在实际操作中检测到的所有事件都可以引入到测试台中进行分析。


模型也可以用于培训当与中央控制室断开通信时，RATP工人如何管理车站交通。可以创建正常和非正常状况、事件和事故:目标是让办公室人员增加可能发生的事件了解,使他们能够在紧张的情况下做出正确的决定。