內燃動車組顯示屏軟件設計

矯德余， 吳 濤， 宋小寧， 溫天宇

(北車大連電力牽引研發中心有限公司， 遼寧大連 116022)

內燃動車組顯示屏軟件設計

矯德余， 吳 濤， 宋小寧， 溫天宇

(北車大連電力牽引研發中心有限公司， 遼寧大連 116022)

顯示屏是內燃動車組網絡控制系統的重要組成部分。簡述了內燃動車組網絡控制系統的功能需求，介紹了顯示屏軟硬件配置及應用開發環境，設計了顯示屏軟件架構，分別從顯示功能、故障診斷功能、設定功能和輔助功能等方面對應用軟件進行了設計。實際應用表明，所設計的顯示屏軟件功能完善、運行穩定、界面友好，滿足內燃動車組實際應用需求。

軟件設計； 顯示屏； 內燃動車組； 組態

內燃動車組是由內燃機帶動主發電機發電，進而由交流電傳動方式進行整車控制的動車組式列車。內燃動車組主要用于無變電站和接觸網的軌道區域的旅客運輸，常見于第三世界國家。某內燃動車組項目單列車為3輛編組形式，其中包括2輛動車和1輛拖車(即：Mc3+ Tc2+ Mc1)，能夠以最高100 km/h的速度運行，兩列內燃動車組可以編組連掛運行。內燃動車組網絡控制系統是列車的高層通信與控制系統，采用滿足IEC 61375標準的列車通信網絡，由絞線式列車級總線(WTB)和多功能車輛總線(MVB)組成，整車的網絡拓撲如圖1所示。

圖1 內燃動車組網絡拓撲圖

顯示屏(簡稱HMI，又稱人機接口) 是網絡控制系統的重要組成部分，每列內燃動車組配備兩個顯示屏，分別分布于兩個動車的司機室內。顯示屏負責完成車輛和車載設備的狀態顯示、各級故障的診斷與報警、車輛參數的設定及其他輔助功能，是網絡控制系統提供給司乘人員和車輛維護人員與內燃動車組交互的重要可視接口。

1 顯示屏簡介

1.1 設備硬件

某內燃動車組顯示屏設計采用10.4寸按鍵式液晶顯示屏，滿足EN 50155和UIC 612-01標準。系統基于32位飛思卡爾MPC5200B處理器，主頻400 MHz，256 MB DDR內存，32 MB Flash和1MB Non RAM，同時內置1 GB擴展卡。為了能夠滿足多途徑的連接方式，配置了1對MVB-EMD接口，2個CAN接口，1個高速以太網接口，1個全雙工的RS232接口和1個USB接口。設備供電電壓采用24～110 V寬電壓供電方式，以滿足在不同環境下的應用需求。

1.2 系統及開發環境

顯示屏內嵌Linux操作系統，具有安全、高效、穩定的特點。顯示屏應用軟件由UniCAP軟件開發，UniCAP是顯示屏軟件的集成開發環境，基于Windows XP系統UniCAP可以根據拓撲、部件和它們之間的連接關系、特性來描述分布式控制系統。UniCAP提供了符合IEC 61131-3的語言，包括：功能塊圖(FBD)，順序功能圖(SFC)，結構化文本(ST)，C語言和C++語言。功能塊庫包含了大量的通用功能塊，同時也有特別用于TCMS系統的功能塊，如用于TCN通信(過程數據和消息收發)的功能塊，用于生成和操作診斷記錄的功能塊，用于操作HMI屏幕的功能塊等。UniCAP組件如圖2所示，各組件功能見表1。

2 軟件設計

2.1 架構設計

根據應用需求，設計顯示屏軟件架構如圖3所示。當顯示屏上電后，系統進入配置界面，待所有設備全部連接到網絡上后，系統進入主界面，通過各功能鍵分別進入相應界面。根據功能不同，將顯示屏軟件主要分為以下幾部分：顯示功能，包括主界面、門界面以及柴油機等參數界面，主要用于顯示車輛和設備的相關參數信息；故障診斷功能，包括實時故障界面和故障記錄，主要負責故障的診斷和記錄；設定功能，包括開關界面和維護相關界面，通過設定功能可以進行車輛參數的設定和車載設備的控制；輔助功能，主要包括刷新時間、監視數據等界面，多用于網絡系統或車輛調試使用。

圖2 集成開發環境UniCAP的軟件組件

表1 UniCAP組件的功能

圖3 軟件流程圖

2.2 顯示功能設計

界面顯示利用UniCAP軟件中FPD功能塊中可視化Label和State功能實現。Label可視化模塊可以從參數列表中進行內容索引，內容的字體大小以及表現形式可以在Resource string索引列表中自行編寫，ResourceID可選擇索引列表中的類別，ResourceIndex則作為Resource string 的索引碼，用于選擇該類別下的某一內容信息。該可視化模塊的內容、邊框以及背景顏色均可以通過參數中的對應控制變量進行設定，如圖4所示。

State可視化模塊不僅可以像Label模塊一樣從參數列表中進行靜態內容索引顯示，同時還可以顯示動態內容，State模塊在參數列表中比Label模塊多添加了顯示模式功能。State模塊之所以可以顯示動態實時數據，正是因為顯示模式的多樣化，才使之變得更加靈活。MLR_STATE 有兩種工作模式，這2種工作模式通過Mode 輸入切換。當Mode=0時Val輸入值直接被顯示。當Mode=1時通過ResourceID參數和 ResourceIndex 輸入顯示MLR string 中定義好的內容。對于動態實時顯示的數據，在索引列表中需要選擇形如$s15$v字樣的索引內容，該形式使State可視化模塊將直接顯示Val所關聯的變量，如圖5所示。

圖4 Label參數列表

圖5 動態數據顯示

2.3 故障診斷功能設計

顯示屏的故障診斷功能對司機及調試人員來說起到至關重要的作用，此功能可以直觀的反映出列車在運行及調試過程中各子設備所存在的故障信息。通過故障診斷界面可以查找實時故障以及所有發生過的故障信息。通過按鍵操作，可以選擇查看更為詳細的故障指南，提示并指導司機及維修人員針對此故障如何進行操作及維修。在本設計中，我們使用封裝好的故障記錄模塊Event Record，可以控制其輸入變量來增加故障的設備源信息以及故障發生車輛號，并可以在參數中添加故障代碼，故障描述等重要的信息，以上這些信息均可以在故障記錄塊中進行設置，在記錄的同時，我們采用可視化卷列表ScrlList SD來索引故障塊中所添加的各類信息。如圖6所示。

圖6 故障診斷

2.4 設定功能設計

顯示屏的設定功能在網絡系統中也起到了重要的作用，通過顯示屏的時間設定、輪徑設定、空調運行模式設定、運行數據修改等操作界面可以對網絡系統的其他設備進行參數設定，以滿足當前列車運行的最佳狀態。另外，在列車調試過程中，通過顯示屏可以模擬發出過程數據信息，輔助VCU以及其他設備完成必要的調試操作。在本設計中，將功能塊與ST語言相結合，利用二者各自的優勢實現顯示屏的設定功能。如圖7所示。

圖7 設定功能

2.5 輔助功能設計

在設計中，除了設計顯示屏通用的顯示、設定等功能外，由于此項目具有列車重聯的狀態，我們還設計了提示界面，當列車解聯及重聯時會彈出提示界面，提示司機作出相應的操作。同時，為了使得該設計應用起來更具有廣泛性，還增加了語言切換功能，以滿足各國的應用需求。

3 界面應用

通過上述設計，共設計出應用界面38個，包括：主界面、重聯主界面、診斷界面、車輛設定界面(如圖8所示)和柴油機參數界面、牽引參數界面、監視數據界面、故障指南界面等。

4 總 結

基于UniCAP集成開發環境開發顯示屏軟件具有快速高效的特點，通過架構設計和各個功能界面的設計完成了內燃動車組顯示屏軟件設計，實現了狀態參數顯示功能、故障診斷功能、車輛設定功能、輔助功能等，現場應用表面該軟件運行穩定可靠，得到了用戶的廣泛好評。

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Software Design of Human Machine Interface for Diesel Multiple Unit

JIAODeyu,WUTao,SONGXiaoning,WENTianyu

(CNR Dalian Electric Traction R&D Center Co., Ltd., Dalian 116022 Liaoning, China)

Human Machine Interface is an important part of Train Control and Monitoring System for Diesel Multiple Unit. This paper introduces the functional requirements of Train Control and Monitoring System, and the application development environment of hardware and software for the Human Machine Interface. It designs the display software architecture, and the detailed display pages respectively from the display function and fault diagnosis function, set function and auxiliary function. The display software owns perfect function, stable operation, and friendly interface. Practical application shows that the designed software meets the demand of Diesel Multiple Unit.

software design; human machine interface; diesel multiple unit; configuration software

1008-7842 (2015) 06-0050-04

5—)男，工程師(

2015-06-05)

U266.1

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.06.13