一种基于物联网、5G技术的电力机车仿真系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于物联网、5G技术的电力机车仿真系统，包括用于采集电力机车牵引控制单元外部环境信息数据的物联网传感器单元；将采集到的数据转换成指定类型数据的协议适配器单元；将协议适配器中数据进行存储的实时数据库单元；将实时数据库中数据进行传输的5G通信单元；接收5G通信单元传输的数据的服务器单元；从服务器单元读取数据进行半实物仿真的分布式协同半实物仿真系统；存储仿真数据的数据中心单元。本发明专利技术公开了一种基于物联网、5G技术的电力机车仿真系统，能够在仿真平台上实时精确的模拟现场工况，使该仿真系统具有高精度、实时化的特点。实时化的特点。实时化的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于物联网、5G技术的电力机车仿真系统


[0001]本专利技术涉及半实物仿真系统
，尤其是一种基于物联网、5G技术的电力机车仿真系统。

技术介绍

[0002]半实物仿真作为仿真技术的一个重要分支，采取了虚拟模型与实物无缝对接的仿真方式，通过有效的建模方法可对现场工况进行模拟，在实验室环境下实现产品调试验证，并能一定程度甚至全面替代产品试验。而轨道交通领域的特点为作业电压等级高、电流强度大，现场环境复杂多变、易产生极端偶发工况。针对于其上述特点，半实物仿真系统在轨道交通中的应用极为重要。
[0003]如图1所示为目前国内轨道交通领域采用的半实物仿真系统为硬件在回路(HIL)仿真系统，包括用于模拟外部环境的半实物仿真模型、用于运行仿真模型的实时仿真机、用于进行半实物仿真监控的上位机监控和用于运行仿真控制算法的控制器，该仿真系统基于Matlab/Xilinx进行数学建模，没有采用多学科、多种软件进行数学、物理建模，仿真结果精度较低，与现场实际工况存在一定的差别，无法精准的模拟电机等被控对象，不能准确的模拟出现场真实工况；模型参数均是输入的给定值，不能及时的反映现场真实工况，所以目前HIL半实物仿真系统常用于电力机车牵引控制单元(TCU)控制算法的功能性验证。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对以上问题提出了一种基于物联网、5G技术的电力机车仿真系统。
[0005]本专利技术采用的技术手段如下：
[0006]一种基于物联网、5G技术的电力机车仿真系统，包括，
[0007]物联网传感器单元，设置在铁轨线路及电力机车上，用于采集电力机车牵引控制单元的外部环境信息数据；
[0008]协议适配器单元，与所述物联网传感器单元连接，用于接收所述外部环境信息数据，并将所述外部环境信息数据转换成指定类型的数据；
[0009]实时数据库单元，与所述协议适配器单元连接，用于存储转换成指定类型的外部环境信息数据；
[0010]5G通信单元，与所述实时数据库单元连接，用于将存储至所述实时数据库单元中的外部环境信息数据进行无线传输；
[0011]服务器单元，接收所述5G通信单元发送的所述外部环境信息数据并将接收的数据传输至分布式协同仿真系统；以及，
[0012]分布式协同仿真系统，与所述服务器单元连接，将接收的数据用于仿真模型的运算获得仿真波形数据；建立自动化测试平台，针对不同仿真阶段所建立的模型进行协同仿真验证。
[0013]进一步地，还包括数据中心单元，与所述分布式协同仿真系统连接，用于存储所述
分布式协同仿真系统的仿真数据。
[0014]进一步地，所述5G通信单元可以实现实时传输和离线传输。
[0015]与现有技术比较，本专利技术公开的基于物联网、5G技术的电力机车仿真系统具有以下有益效果：本专利技术公开的基于物联网、5G技术的电力机车仿真系统能够通过物联网传感器单元实时的采集TCU的外部环境信号，以实现实时采集现场各种环境信息，通过5G通信单元进行实时或离线传输至分布式协同仿真系统，进而能够在仿真平台上实时模拟现场工况；采用了分布式协同仿真系统，能够实现多学科、多种软件进行数学、物理建模，保证了仿真的高精度、实时化；采用了分布式协同仿真系统建立自动化测试平台，针对不同仿真阶段所建立的模型进行协同仿真验证，可实现流程化的自动化测试平台，缩短了项目时间周期，降低了项目成本；采用了数据处理系统，存储现场环境信息数据以及仿真波形数据，形成数据库，便于后续故障处理分析及故障诊断、故障预测算法的研究。
附图说明
[0016]图1为现有HIL半实物仿真系统架构结构图；
[0017]图2为本专利技术公开的基于物联网、5G技术的电力机车仿真系统的系统构架图；
[0018]图3为本专利技术公开的基于物联网、5G技术的电力机车仿真系统的系统拓扑图；
[0019]图4为本专利技术中分布式协同仿真系统的Co
‑
Simulation模式原理图；
[0020]图5为本专利技术中数据中心单元存储对应数据表示意图。
[0021]图中：1、物联网传感器单元，2、协议适配器单元，3、实时数据库单元，4、5G通信单元，5、服务器单元，6、分布式协同仿真系统，7、数据中心单元。
具体实施方式
[0022]如图2所示本专利技术公开的基于物联网、5G技术的电力机车仿真系统分为四大部分：构建物联网系统，实时收集半实物仿真系统所需的现场环境数据；构建5G通信系统，将现场数据回传至半实物仿真系统的服务器中；构建分布式协同半实物仿真系统，采用多种仿真平台及软件进行物理模型及数学模型的协同仿真并进行自动化测试；构建数据处理系统，存储现场数据以及仿真波形数据，形成数据库，便于后续故障处理分析及故障诊断、故障预测算法的研究。
[0023]本专利技术公开的新型仿真系统利用物联网技术采集现场各种环境信号，通过5G技术实时回传至半实物仿真平台，能够在仿真平台上实时模拟现场情况，或者离线传输形式回传至半实物仿真平台，能使该仿真系统的仿真结果更加贴近于现场实际工况，以便于用于现场特殊工况的复现；采用多种仿真软件及仿真平台搭建物理模型及数学模型，采用HIL半实物仿真方式进行分布式协同仿真，使搭建的模型精度提高；建立自动化测试平台，针对不同仿真阶段所建立的模型进行协同仿真验证，可实现流程化的自动化测试平台，缩短了项目时间周期，降低了项目成本；建立数据中心，形成数据库，将现场数据、仿真波形数据存储至数据中心，以便后续对数据的处理分析。
[0024]具体地，如图2和图3所示，本专利技术公开的基于物联网、5G技术的电力机车仿真系统架构，包括，
[0025]物联网传感器单元1，设置在铁轨线路及电力机车上用于采集TCU的外部环境信息
数据，如图3所示，物联网传感器单元具有多个传感器，图中的传感器1至传感器n分别设置在铁轨线路及电力机车上，用于采集TCU的外部环境信息数据，例如将湿度传感器安装在轨面上，采集轨面湿度数据；将温度传感器安装在电机上，采集电机温度数据。不同的传感器设备可采用不同的总线(如MVB总线、CAN总线等)将采集的信号传输至协议适配器单元中；
[0026]协议适配器单元2，与所述物联网传感器单元连接，用于接收所述外部环境信息数据，并将各传感器设备传输的所述外部环境信息数据转换成指定类型的数据，例如以太网形式数据；
[0027]实时数据库单元3，与所述协议适配器单元连接，用于存储转换成指定类型的外部环境信息数据，具体地，实时数据库单元(Real
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Time Data Base，RTDB)，协议适配器将接收的数据进行转换后发送至RTDB中进行存储。RTDB中的数据表按“电力机车模拟量信号”、“电力机车数字量信号”、“铁轨线路模拟量信号”等进行分类命名，将转换出的数据按分类存储至相应的数据表中；
[0028]5G通信单元4，与所述实时数据库单元连接，用于将存储至所述实时数据库单元中的外部环境信息数据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于物联网、5G技术的电力机车仿真系统，其特征在于：包括，物联网传感器单元，设置在铁轨线路及电力机车上，用于采集电力机车牵引控制单元的外部环境信息数据；协议适配器单元，与所述物联网传感器单元连接，用于接收所述外部环境信息数据，并将所述外部环境信息数据转换成指定类型的数据；实时数据库单元，与所述协议适配器单元连接，用于存储转换成指定类型的外部环境信息数据；5G通信单元，与所述实时数据库单元连接，用于将存储至所述实时数据库单元中的外部环境信息数据进行无线传输；服务器单元，接...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜宋阳，任宝珠，郭洋，于晓蔓，
申请(专利权)人：中车大连电力牵引研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：