परिचय

हमारे विश्वविद्यालय में, शैक्षिक और प्रयोगशाला परिसर "वर्चुअल रेलवे" बनाया गया है, और पहले दस वर्षों के लिए नहीं। कॉम्प्लेक्स में न केवल रोलिंग स्टॉक के सिमुलेटर, बल्कि ट्रैक के ऊपरी ढांचे के निदान के लिए ट्रेन डिस्पैचर, स्टेशन अटेंडेंट, ऊर्जा डिस्पैचर, उपकरण सिमुलेटर के लिए कार्यस्थलों के सिमुलेटर भी शामिल हैं। रोलिंग स्टॉक के सिमुलेटर के बारे में विशेष रूप से बोलते हुए, मैं ध्यान देता हूं कि उनके विकास की बारीकियां ड्राइवर के लिए एक सिम्युलेटर की अवधारणा से कुछ अलग हैं। एक रेलवे विश्वविद्यालय ट्रेन ड्राइवरों को प्रशिक्षित नहीं करता है, हमारे स्नातक रेलवे इंजीनियर हैं। इसलिए, एक लोकोमोटिव या इलेक्ट्रिक ट्रेन के सिम्युलेटर का कार्य न केवल रोलिंग स्टॉक को नियंत्रित करने के लिए केबिन, नियंत्रण, तकनीक और नियमों के उपकरण के साथ छात्र को परिचित करना है। रोलिंग स्टॉक सिम्युलेटर भी एक सिम्युलेटर है, जो वास्तविक समय में रोलिंग स्टॉक सिस्टम के संचालन को पुन: पेश करता है। उन्हें डिजाइन करते समय, मुख्य जोर वास्तव में इस बात पर रखा जाता है कि मशीन के उपकरण में इसके संचालन के विभिन्न तरीकों में क्या प्रक्रियाएं होती हैं, इन प्रक्रियाओं में नियंत्रण पर प्रभाव कैसे दिखाई देता है।

हाल ही में, हमारी टीम ने ES1 "निगल" ट्रेन सिम्युलेटर के विकास को पूरा किया। इस पर आगे चर्चा की जाएगी

1. सॉफ्टवेयर भाग और प्रशिक्षण परिसर की समग्र संरचना

रेलवे प्रशिक्षण परिसर बनाने का क्या मतलब है? इसका मतलब है कि एक हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर सिस्टम विकसित करना जिसमें शामिल है

• चालक के कार्यस्थल का अनुकरण - सूचना प्रदर्शित करने के सभी अंगों और साधनों के साथ एक नियंत्रण कक्ष;
  
• एक कंप्यूटर परिसर जो वास्तविक समय में ट्रेन की गतिशीलता, उसके सिस्टम के संचालन का अनुकरण करता है: पावर सर्किट्री, ट्रैक्शन ड्राइव, ब्रेकिंग उपकरण;
  
• कंट्रोलिंग इंटरफेस के लिए एक उपकरण, रिमोट कंट्रोल पर सूचना प्रदर्शित करने के साधन और, यदि आवश्यक हो, तो कंप्यूटर मॉडल के साथ सिम्युलेटर में शामिल वास्तविक ट्रेन उपकरण।
  
• ड्राइवर के कार्यस्थल से कैब से दृश्य के लिए विज़ुअलाइज़ेशन सिस्टम
  
• प्रशिक्षण प्रबंधन सबसिस्टम ट्रेन सिस्टम के संचालन पर डेटा को नेत्रहीन रूप से प्रस्तुत करने और विश्लेषण करने की क्षमता के साथ
  

नतीजतन, यह सब एक ऐसी प्रणाली के परिणामस्वरूप हुआ जिसकी संरचना चित्र में चित्रित की गई है।

इलेक्ट्रिक गाड़ियों ES1 के लिए एक प्रशिक्षण परिसर के कार्यात्मक आरेख


सिम्युलेटर के कंप्यूटर कॉम्प्लेक्स में वाई-फाई के माध्यम से सिस्टम तक दूरस्थ पहुंच की संभावना के साथ घरेलू रूटर (TPLink 842 nd Rev3, असाधारण कुछ नहीं) के माध्यम से स्थानीय नेटवर्क से जुड़े दो कंप्यूटर (PC1 और PC2) शामिल हैं।

GNU / Linux पर आधारित एक OS को दोनों मशीनों के लिए सिस्टम प्लेटफॉर्म के रूप में चुना गया था। कारण इस प्रकार हैं:

• नि: शुल्क लाइसेंस;
• सिस्टम सॉफ़्टवेयर की संरचना को गहराई से अनुकूलित करने की क्षमता;
• एम्बेडेड समाधानों के लिए सिस्टम की ओरिएंटेशन;
• कोर सभी आवश्यक बाह्य उपकरणों का समर्थन करता है "बॉक्स से बाहर।"

इस तथ्य के बावजूद कि घरेलू पीसी का उपयोग सामान्य रूप से किया जाता है, इस तरह के सिस्टम में एप्लिकेशन सॉफ़्टवेयर को उपयोगकर्ता को धारणा के स्तर पर लाना चाहिए, जहां उसे यह एहसास भी नहीं होगा कि अंदर किसी प्रकार का ऑपरेटिंग सिस्टम है। कोई कीबोर्ड नहीं! कोई माउस नहीं! डेस्कटॉप के साथ नीचे! वह आया, बिजली स्विच चालू किया, लंबे समय तक इंतजार नहीं किया और काम के लिए एक प्रणाली तैयार कर ली। यहां आप बहुत लंबे समय तक बहस कर सकते हैं, लेकिन लिनक्स, इस तरह के दृष्टिकोण के कार्यान्वयन की सादगी के अर्थ में, अन्य ओएस से अधिक है। विभिन्न प्रकार के वितरणों में, हमारी पसंद निम्नलिखित कारणों से आर्क लिनक्स तक सीमित थी:

• सिस्टम परिनियोजन के चरण में गहन अनुकूलन की संभावना;
• रोलिंग-रिलीज़, जिसका अर्थ है पैकेज के ताज़ा संस्करण;
• बाइनरी पैकेज, समान गेंटू के विपरीत, जिसका अर्थ है सिस्टम की उच्च गति परिनियोजन और रखरखाव।

PK1 मुख्य एक है, यह ट्रेन का एक कंप्यूटर मॉडल चलाता है, जिसे संरचनात्मक रूप से TrainEngine ट्रेन के इंजन की गतिशीलता द्वारा दर्शाया गया है, जो ट्रेन के यांत्रिक भाग और मॉड्यूल के आंदोलन को अनुकरण करता है जो मैकेनिक से संबंधित उपकरणों के गणितीय मॉडल को लागू नहीं करता है। ये मॉड्यूल टीसीपी सर्वर मॉड्यूल और मोडबस आरटीयू लाइब्रेरी के साथ मिलकर कंप्यूटिंग कोर का एक निष्पादन योग्य मॉड्यूल बनाते हैं।

TrainEngine तथाकथित सामान्यीकृत ट्रेन मॉडल को लागू करता है। कोई भी ट्रेन, चाहे वह उच्च गति वाली इलेक्ट्रिक ट्रेन हो या मालगाड़ी हो, यंत्रवत् रूप से जुड़े निकायों की एक प्रणाली है, जिसकी गति ट्रैक की ऊपरी संरचना के विन्यास द्वारा सीमित है। कुछ निकायों के पहिया जोड़े ट्रैक्शन सबसिस्टम और ब्रेक द्वारा प्रदान किए गए क्षण हैं। तो किसी भी सिम्युलेटर के लिए कार्यक्षमता समान होगी। इसलिए, ट्रेन के आंदोलन के सभी यांत्रिकी को अलग-अलग विन्यास पुस्तकालयों में किया जाता है। बाकी उपकरणों के सॉफ्टवेयर मॉडल के स्तर पर रोलिंग स्टॉक के प्रकारों के बीच अंतर लागू किया जाता है।

आधुनिक लोकोमोटिव / इलेक्ट्रिक ट्रेन के साथ ड्राइवर का इंटरेक्शन इंटरफ़ेस अब डिस्प्ले मॉड्यूल के साथ संतृप्त है। वास्तव में, सूचना के प्रदर्शन के कई साधन, जो पहले पॉइंटर उपकरणों द्वारा लागू किए गए थे, कंप्यूटर स्क्रीन के एक सेट पर कम हो गए थे, जिस पर वर्तमान जानकारी प्रदर्शित होती है। एक ही "स्वॉलो" पर चार ऐसी स्क्रीन हैं: दो मल्टीफंक्शनल मैन-मशीन इंटरफेस, एक सुरक्षित लोकोमोटिव कॉम्प्लेक्स (BLOCK) और एक वीडियो निगरानी प्रणाली डिस्प्ले।

एक वास्तविक इलेक्ट्रिक ट्रेन का मानव-मशीन इंटरफ़ेस


सुरक्षित लोकोमोटिव परिसर प्रदर्शन (ब्लॉक)


एक वास्तविक इलेक्ट्रिक ट्रेन पर केबिन इंटीरियर और डिस्प्ले लेआउट


एक वास्तविक इलेक्ट्रिक ट्रेन पर, प्रत्येक डिस्प्ले मॉड्यूल एक अलग औद्योगिक कंप्यूटर है जो विशिष्ट एमवीबी / डब्ल्यूटीबी प्रोटोकॉल का उपयोग करके नियंत्रण प्रणाली के साथ संचार करता है। ये मॉड्यूल विंडोज एक्सपी एंबेडेड (हाँ, कल्पना!) चला रहे हैं।

हमारे मामले में, इस तरह का एक व्यर्थ है - एलो से चार टचस्क्रीन, टच इंटरफ़ेस के लिए डिस्प्ले पोर्ट और यूएसबी केबल के माध्यम से पीसी 1 से जुड़ा हुआ है। प्रदर्शन मॉड्यूल को टीसीपी सॉकेट्स के माध्यम से कंप्यूटिंग कोर के साथ संचार करने वाली अलग-अलग प्रक्रियाओं के रूप में लागू किया जाता है। Xorg सेटिंग प्रत्येक विंडो को विशेष रूप से अपने इच्छित मॉनिटर में रहने की अनुमति देती है। डिस्प्ले फ्रेम पर हार्डवेयर बटन सॉफ्टवेयर द्वारा सिम्युलेटेड हैं।

कर्षण और ब्रेकिंग के लिए जिम्मेदार इलेक्ट्रिक ट्रेन सिस्टम से संबंधित इन उपकरणों की बुनियादी कार्यक्षमता को पुन: उत्पन्न करना संभव था। अनुप्रयोग C ++ में Qt5 ढांचे का उपयोग करके लिखे गए हैं। सामान्य तौर पर, Qt5 सभी सॉफ़्टवेयर को अनुमति देता है, जो टीसीपी / आईपी और मोडबस आरटीयू प्रोटोकॉल के साथ काम करने के लिए उपयोगकर्ता इंटरफेस बनाने और पुस्तकालयों की उपलब्धता दोनों के लिए इसकी उच्च अनुकूलन क्षमता को देखते हुए। इसके अलावा, प्रसिद्ध सिग्नल-स्लॉट तकनीक सभी स्तरों पर कक्षाओं की बातचीत को व्यवस्थित करने में बिल्कुल अपरिहार्य हो गई।

सिम्युलेटर मानव मशीन इंटरफ़ेस


प्रदर्शन ब्लॉक सिम्युलेटर


हमारे सिम्युलेटर की बारीकियों के कारण, वीडियो निगरानी प्रणाली का प्रदर्शन अनावश्यक था, इसके बजाय, शेष स्क्रीन का उपयोग प्रशिक्षण की शुरूआत को नियंत्रित करने, कंप्यूटर की शक्ति को कॉन्फ़िगर करने और प्रबंधित करने के लिए किया गया था।

वर्कआउट स्टार्टअप इंटरफ़ेस

2. हार्डवेयर - नियंत्रण और वितरित इंटरफ़ेस

सबसे कठिन और महंगा ऑपरेशन सिम्युलेटर को उन नियंत्रणों से लैस करना है जो वास्तविक कॉकपिट के लिए प्रामाणिक हैं। लोहे के मूल टुकड़े खरीदने के बारे में दो कारणों से नहीं जाता है। पहला मूल घटकों की बड़ी लागत है, जो वास्तविक रोलिंग स्टॉक पर उनके उपयोग द्वारा उचित है और प्रासंगिक आवश्यकताओं के अनुसार निर्मित है। दूसरा - एक कंप्यूटर के साथ इंटरफेसिंग इस तथ्य से जटिल है कि एक वास्तविक रोलिंग स्टॉक पर उपकरण और नियंत्रण प्रणाली की बातचीत के लिए बंद प्रोटोकॉल का उपयोग किया जाता है। हमारे लिए एकमात्र रास्ता स्वतंत्र रूप से ऐसे तत्वों का निर्माण करना था जो एक ट्रैक्शन / ब्रेकिंग कंट्रोलर, एक ब्रेक वाल्व और एक इलेक्ट्रिक ट्रेन के ब्रेक सिस्टम के लिए दबाव गेज का निर्माण करते थे।

इसे स्पष्ट करने के लिए, यह मुख्य रूप से इस लीवर के बारे में है

इलेक्ट्रिक ट्रेन के केबिन में रियल ट्रैक्शन / ब्रेकिंग कंट्रोलर


एक बारबेल के साथ लोकोमोटिव ब्रिगेड "स्वैलोज़" की संदेहपूर्ण मुस्कुराहट के तहत, इसके बाहरी आयामों को मापना संभव था, जो पैनल के ऊपर चिपक जाता था। हमने अंदरूनी डिजाइन किए क्योंकि यह हमें भविष्य के कंसोल में इकाई के लेआउट और उस पर ट्रांसड्यूसर को मापने की स्थापना के संदर्भ में सुविधाजनक लगा। परिणाम दोनों "जॉयस्टिक" के लिए एकीकृत एक अवधारणा है

सिम्युलेटर के लिए एक एकीकृत नियंत्रक की अवधारणा


वायवीय रूप से, ब्रेक वाल्व केवल "शून्य" और प्लास्टिक सजावटी अस्तर की उपस्थिति में संभाल की प्रारंभिक स्थिति में कर्षण नियंत्रक से भिन्न होता है। बाकी नियंत्रक भागों, सेंसर और इलेक्ट्रॉनिक बोर्ड द्वारा एकीकृत किए गए।

इंक्रीमेंटल एन्कोडर्स को स्थिति सेंसर के रूप में उपयोग किया जाता था, नियंत्रण कार्यक्रम में शून्य को सेट करने के लिए शून्य स्थिति के एक ऑप्टिकल सेंसर का उपयोग किया जाता था। डिवाइस के इलेक्ट्रॉनिक भाग का फर्मवेयर इको-एनकोडर और ऑप्टोकॉप्लर से पूछताछ करता है और ट्रैक्शन / ब्रेकिंग फोर्स के प्रतिशत और कई तार्किक संकेतों के रूप में हैंडल की स्थिति देता है: शून्य स्थिति, हैंडल पर कैप को दबाने, आपातकालीन ब्रेकिंग मोड।

स्पॉइलर के तहत इन उपकरणों के डिजाइन की सामान्य शब्दों में व्याख्या करने वाली तस्वीरों की एक और श्रृंखला है।


मैनोमीटर एक और ठोकर बन गया, ये

इलेक्ट्रिक ट्रेन की वायवीय प्रणाली के लिए जाँच गेज


भले ही हम नियमित रूप से मिले - ये उपकरण वायवीय हैं, ब्रेक सिस्टम की पाइपलाइनों से जुड़े हैं। क्या जरूरत थी एक उपकरण की जो कंप्यूटर मॉडल से आने वाले दबावों को प्रदर्शित करता था। साथ ही मूल जैसा दिख रहा है। इसके अलावा, गियर बनाने में असमर्थ, मुझे एक गियरलेस तंत्र के साथ दौड़ना और आना पड़ा जो आपको दो तीर स्वतंत्र रूप से घुमाने की अनुमति देता है


नतीजतन, कुछ महीनों के विचार-विमर्श, विकास, निर्माण और डिबगिंग के बाद, इस तरह की एक विधानसभा सामने आई




अन्य नियंत्रणों के साथ कोई समस्या नहीं थी - बाकी सिर्फ बटन और स्विच है। हालाँकि, कंप्यूटर में इन सभी संकेतों को कैसे दर्ज किया जाए, इस पर चिंतन करने के लिए इनकी संख्या काफी है।

हमने एक औद्योगिक पैमाने पर पीटा ट्रैक पर जाने का फैसला किया - RS485 हमारा सब कुछ है। बटन और नियंत्रण लैंप से लघु हार्नेस I / O कार्ड को असतत करने के लिए जाते हैं, और वहां से उनकी स्थिति को दो मुड़-जोड़ी तारों के माध्यम से मशीन में प्रवेश किया जाता है।

ड्राइवर के कंसोल टॉप व्यू के ज़ोन J में पैनल


... स्थापना का निचला दृश्य। I / O बोर्ड दिखाई दे रहे हैं


मोडबस आरटीयू को औद्योगिक स्वचालन से संबंधित क्षेत्रों में इसकी सादगी, खुलेपन और व्यापकता के कारण डेटा एक्सचेंज प्रोटोकॉल के रूप में चुना गया था। असतत इनपुट / आउटपुट बोर्ड सार्वभौमिक होते हैं और रिमोट कंट्रोल पैनल पर उस स्थान पर स्थापित किए जाते हैं जहां उनकी आवश्यकता होती है। नियंत्रक और मैनोमीटर जैसे उपकरणों के लिए, साथ ही साथ एक लोकोमोटिव ट्रैफिक लाइट, उनके काम की बारीकियों के कारण अलग-अलग समाधान लागू किए गए हैं।

परिणाम 12 ग्राहकों का एक नेटवर्क है। सिग्नल RS485 / USB एडाप्टर के माध्यम से कंप्यूटर कॉम्प्लेक्स में इनपुट है। सॉफ्टवेयर ने Qt5 ढांचे से मोडबस आरटीयू के एक तैयार-किए गए कार्यान्वयन का उपयोग किया।

सिम्युलेटर की अंतिम असेंबली से पहले कंसोल का ऑफल



सामान्य तौर पर, यह कार्यों के बाद के विस्तार के लिए काफी विश्वसनीय और सबसे महत्वपूर्ण रूप से सुविधाजनक निकला। सिस्टम के सभी इलेक्ट्रॉनिक घटक प्रोग्राम डायग्नोस्टिक्स सिस्टम के सतर्क नियंत्रण में हैं। कबाड़ ब्लॉक का जल्द पता लगाने के लिए विफलता संदेश संभव के रूप में मानव-पठनीय के रूप में जारी किए जाते हैं

सिम्युलेटर के वर्तमान सत्र के लॉग के साथ नैदानिक ​​स्क्रीन

3. त्रि-आयामी दृश्य का सबसिस्टम

उपस्थिति के प्रभाव को बनाने के संदर्भ में सभी शक्ति के साथ, सिस्टम का यह हिस्सा सबसे कम कार्यात्मक है। अंदर कोई "भौतिकी" नहीं है, सभी "भौतिकी" सर्वर-साइड है। ग्राफिकल क्लाइंट को एक अलग PC2 कंप्यूटर में ले जाया जाता है। सर्वर से, वह तथाकथित रेलवे समन्वय प्राप्त करता है - किलोमीटर में पथ के साथ चलते हुए, इसे कैमरे के त्रि-आयामी निर्देशांक में अनुवाद करता है और कैब से आसपास के परिदृश्य को दृश्य दिखाता है। PC2 पर, सामान्य रूप से NVidia GTX 1060 स्थापित है। वीडियो सिस्टम यूनिटी पर्सनल में लिखा गया है।

डिबगिंग की प्रक्रिया में वीडियो सिस्टम


यहाँ अभी भी हमारे पास सर्वश्रेष्ठ वास्तुकला खोजने के लिए बहुत सारे काम हैं, और हम लगातार इस पर काम कर रहे हैं। उनके बारे में एक अलग पोस्ट का विषय बनाने के लिए पर्याप्त बारीकियां हैं।

निष्कर्ष

वर्तमान में, सिम्युलेटर हमारे विश्वविद्यालय के उच्च गति परिवहन की प्रयोगशाला में शैक्षिक प्रक्रिया में परीक्षण संचालन और परीक्षण से गुजर रहा है। मुझे उम्मीद है कि मुझे एक दिलचस्प कहानी मिली, मैं पाठकों को उनके ध्यान के लिए धन्यवाद देता हूं। मैं भारी संख्या में भारी चित्रों के लिए माफी चाहता हूं, ठीक है, किसी भी तरह से इसके बिना।

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