Siemens : Evaluation des données de mesure dans l'alimentation électrique ferroviaire avec le logiciel FlexPro
client :
Siemens
Secteur d'activité :
Transport ferroviaire
projet :
Exploitation des données de mesure dans l'alimentation en courant de traction
FlexPro maîtrise les simulations complexes de l'exploitation ferroviaire
Les simulations génèrent de grandes quantités de données. Il faut extraire de cette multitude de données les valeurs caractéristiques correctes afin de remplir l'objectif, à savoir la conception des alimentations ferroviaires. L'utilisation d'un logiciel standard pour l'évaluation des mesures permet de répondre à ces exigences et permet aux développeurs de logiciels de simulation de se concentrer sur leur tâche principale.
La conception des installations d'alimentation électrique des trains est très difficile à réaliser avec des calculs normaux. L'interaction de nombreux composants est très complexe. Pour éviter de devoir surdimensionner trop fortement, on a recours à des simulations. Dans la simulation, on fait circuler des trains selon un horaire. Ils ont besoin pour cela d'une puissance d'entraînement électrique ou la restituent lors du freinage. Les courants nécessaires à cet effet circulent via le réseau d'alimentation.
De nombreuses définitions sont nécessaires pour faire tourner des simulations réalistes :
Topographie:
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L'emplacement des arrêts, les pentes, les virages, les tunnels, les ponts, les limitations de vitesse ...Topologie:
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Interconnexion des composants électriques du réseau d'alimentation en courant de tractionDonnées du véhicule:
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Poids, masses en rotation, résistances à l'avancement, caractéristiques électriques, rendementsHoraires (fig.1)
Variantes
Fig. 1 : Représentation graphique d'un horaire sous forme de trajet en fonction du temps (échelle de gauche : trajet ; échelle de droite : Arrêts. Chaque ligne est un train, les sections horizontales sont des arrêts).
Alimentation en courant de traction Siemens AG
Le comportement sans panne et avec panne de l'une des 30 sous-stations au maximum est calculé.
Le calcul est effectué par étapes temporelles. À chaque instant, le réseau électrique est calculé en fonction de l'emplacement des véhicules. Pour ce réseau, toutes les tensions et tous les courants sont calculés en fonction des besoins en énergie des véhicules. Les résultats des calculs sont des fichiers de données similaires à des fichiers de mesure. Quelques centaines de "grandeurs de mesure" sont disponibles dans le temps : Courants, tensions, potentiels, puissances, lieux... Les valeurs moyennes, les valeurs efficaces, les maxima et les minima de ces grandeurs sont nécessaires. En outre, des grandeurs dérivées sont demandées, telles que les puissances, les énergies, les charges déséquilibrées dans le réseau triphasé d'alimentation, les pertes et les angles de phase.
L'édition des grandeurs ne doit pas seulement se faire en fonction du temps, mais aussi en partie en fonction du lieu, par exemple le potentiel le plus élevé et le plus bas le long de la ligne, la tension la plus élevée et la plus basse le long de la ligne, les courants moyens et effectifs dans la ligne aérienne de contact et les rails. Les paramètres d'entrée doivent également être édités : Pentes sur le trajet, hauteur sur le trajet, limites de courant des véhicules sur la tension en fonction de l'état de fonctionnement, résistances de roulement sur la vitesse et horaires en tant que lieu des trains sur le temps. Une fois les calculs terminés, une comparaison des variantes doit être effectuée. Le souhait : créer de manière aussi automatisée que possible une documentation HTML des résultats de simulation calculés, qui sera remise au client. La documentation HTML se compose de tableaux et de graphiques. Afin de réduire les efforts de développement pour l'évaluation et la présentation des résultats de simulation, il faudrait recourir à un logiciel standard.
FlexPro convainc avec sa base de données d'objets, FPScript et des diagrammes et tableaux librement paramétrables
Le choix s'est porté sur le logiciel d'évaluation FlexPro de Weisang, principalement pour les raisons suivantes :
La base de données d'objets organisée de manière hiérarchique, dont la taille n'est limitée que par celle du disque dur, permet de structurer de manière optimale les résultats de la simulation.
FlexPro dispose d'un langage de script performant (FPScript) qui permet de calculer directement des signaux temporels réels et complexes.
Les diagrammes et tableaux librement paramétrables permettent également des représentations spécifiques, comme par exemple des diagrammes d'horaires.
Dans une première approche, un filtre d'importation spécial a été réalisé pour FlexPro 5 pour les fichiers de résultats textuels générés par le logiciel de simulation. Après une importation déclenchée manuellement, ce filtre dépose les résultats hiérarchiques des calculs dans un sous-arbre d'une base de données d'objets FlexPro. La création de la documentation a été semi-automatique sans sortie HTML. Un haut degré d'automatisation a été atteint grâce à l'utilisation extensive du langage de formule FPScript.
Automatisation complète de l'évaluation de la simulation
Avec la disponibilité de FlexPro 6 Professional, plus rien ne s'opposait à une automatisation poussée de l'évaluation de la simulation. Cette version permet l'accès à tous les éléments du programme par le biais d'interfaces d'automatisation (modèle d'objet), de sorte que les étapes exécutées manuellement auparavant pouvaient désormais être automatisées au moyen du VBA intégré (Microsoft Visual Basic for Applications).
Grâce à l'exportation HTML, également nouvellement disponible, le format de sortie souhaité était également réalisable. L'implémentation des routines d'automatisation a été réalisée par Weisang en étroite collaboration avec Siemens, l'entretien du projet fini étant visé par Siemens et assuré par la formation des collaborateurs. Dans la solution finale, les variantes sont calculées comme auparavant sur plusieurs ordinateurs en parallèle. Les ordinateurs de simulation n'écrivent plus de fichiers de résultats, mais transmettent directement, en tant que clients, les résultats de la simulation via Automation (DCOM) dans une base de données qui est exécutée sur un serveur déterminé au préalable (voir fig. 2).
Une fois la transmission des données de simulation terminée, l'ordinateur de simulation concerné déclenche l'évaluation de la variante sur l'ordinateur serveur. Après le calcul de toutes les variantes, le dernier client déclenche le calcul de la comparaison des variantes. Le calcul de la comparaison des variantes est suivi de l'exportation de l'ensemble de l'évaluation sous forme de web HTML navigable dans un dossier défini pour le projet. Dans les fichiers d'entrée pour le calcul de simulation, on définit déjà quelles données doivent être éditées. Le programme de simulation commande les fonctions et macros nécessaires de FlexPro via l'interface DCOM. La base de données contient toutes les données pertinentes, indépendamment de la sortie. Il est également possible de visualiser simultanément plusieurs évaluations, ce qui facilite considérablement la vue d'ensemble et la comparaison entre les calculs.
Fig. 2 : Interaction des parties du programme : Les données d'entrée déterminent la sortie HTML via le programme de simulation et l'interface DCOM dans FlexPro.
Alimentation en courant de traction Siemens AG
Implémentation de Flexpro et données clés
Les diagrammes et tableaux utilisés sont enregistrés dans un dossier de modèles. Les modèles sont copiés et modifiés par automatisation uniquement si cela est absolument nécessaire, afin de conserver la plus grande flexibilité possible. La taille de la base de données des modèles est de 5 Mo.
Entre-temps, deux langues peuvent être choisies pour la sortie. La base de données de modèles contient les fonctions d'évaluation, des diagrammes, des feuilles de calcul et des tableaux prédéfinis. Des évaluations spéciales sont néanmoins possibles à tout moment, par exemple lors d'une recherche d'erreur ou de questions particulières. Toutes les macros peuvent également être exécutées manuellement.
La quantité de données produites, y compris les valeurs calculées, peut atteindre 600 Mo. La complexité d'une simulation de jeu d'horaires est illustrée par les durées de fonctionnement des ordinateurs suivantes : La durée de la simulation de l'horaire varie, selon la complexité du système de voies et de l'horaire sous-jacents, entre quelques minutes et 12 heures par variante (PC 2 GHz). L'évaluation par variante peut durer jusqu'à quatre heures, la comparaison des variantes jusqu'à six heures de temps d'ordinateur. La programmation VBA du logiciel est réalisée selon le même modèle d'objet que le programme de simulation.
Plus précisément, le projet VBA associé :
27 Modules de classe
34 modules
4 formulaires
La sortie graphique est très complète :
500 graphiques avec un total de 3000 tailles par variante.
22 tableaux par variante, plus 10 tableaux pour la comparaison des variantes. Les tableaux ont chacun plusieurs centaines de lignes.
Fig. 3 : Sortie typique pour une sous-station. En haut : puissance apparente consommée, puissance continue fournie, perte ; en bas : tension et courant
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Conclusion : FlexPro augmente l'efficacité et réduit les dépenses de développement à un minimum
En optant pour le logiciel standard FlexPro, les efforts de développement pour l'évaluation des données de simulation ont pu être considérablement réduits. En particulier, la combinaison des points forts de VBA et du langage de formule FPScript a permis de réduire au minimum les efforts de programmation.
L'utilisation de modèles pour les documents, les tableaux et les diagrammes permet d'effectuer des modifications simples sans grand effort de programmation (par exemple pour la traduction dans une autre langue de sortie). Le haut degré d'automatisation offre à l'ingénieur la possibilité de s'occuper plus intensivement de l'optimisation de l'alimentation en courant de traction.
Articles de 'MessTec & Automation 9/2003'.
