內(nèi)燃機(jī)車通信軟件研發(fā)平臺

關(guān) 穎，黃 飛

（中車大連機(jī)車研究所有限公司 電力電子事業(yè)部，遼寧 大連 116021）

0 引言

內(nèi)燃機(jī)車大致分為電傳動機(jī)車、液力傳動機(jī)車和機(jī)械傳動機(jī)車，但無論哪種傳動方式的機(jī)車，其控制系統(tǒng)都是總線控制系統(tǒng)形式，控制設(shè)備都通過總線形式實(shí)現(xiàn)信息互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制。然而目前內(nèi)燃機(jī)車的總線通信形式包括 CAN、MVB等多種形式，在設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)車控制設(shè)備的通信部件時(shí)需要針對其具體通信形式設(shè)計(jì)測試設(shè)備和軟件，這樣便延長了研發(fā)時(shí)間并增加了研發(fā)投入，因此急需一種能夠輔助大部分內(nèi)燃機(jī)車通信部件研發(fā)的平臺。

針對以上問題，本文基于工控機(jī)與windows編程技術(shù)設(shè)計(jì)一種內(nèi)燃機(jī)車通信部件研發(fā)平臺。本研發(fā)平臺基于軟件技術(shù)通過通信方式模擬內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)運(yùn)行、空氣制動系統(tǒng)、內(nèi)燃機(jī)車網(wǎng)絡(luò)控制主機(jī)、內(nèi)燃機(jī)車牽引變流控制器、各種輔助控制設(shè)備運(yùn)行情況。目前，本文所設(shè)計(jì)的內(nèi)燃機(jī)車通信部件研發(fā)平臺已輔助3種內(nèi)燃機(jī)車數(shù)十款產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，具有非常實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

1 設(shè)計(jì)原理

典型的內(nèi)燃機(jī)車電氣控制設(shè)備之間的通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。如圖1所示本文所列的典型內(nèi)燃機(jī)車通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具體某種車型的控制器數(shù)量會比圖 1所示略少。例如：當(dāng)需要測試機(jī)車顯示屏通信功能時(shí)，本通信軟件研發(fā)平臺便能模擬仿真圖 1中除了機(jī)車顯示屏之外的設(shè)備運(yùn)行情況，這樣對機(jī)車顯示屏而言便像正的安裝在機(jī)車上運(yùn)行一樣。

目前和諧型內(nèi)燃機(jī)車最多有兩個(gè)司機(jī)室，每個(gè)司機(jī)室最多有兩個(gè)機(jī)車顯示屏用于顯示機(jī)車運(yùn)行工況與各項(xiàng)參數(shù)。每臺機(jī)車裝配有主控微機(jī)，該微機(jī)負(fù)責(zé)整臺機(jī)車的網(wǎng)絡(luò)控制、整機(jī)的控制邏輯、牽引變流控制以及整機(jī)的故障判斷和處理等工作[2]。另外柴油機(jī)的管理與控制一般由柴油機(jī)廠商提供的電噴控制器來負(fù)責(zé)，該電噴控制器通過總線通信形式與機(jī)車主控微機(jī)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。內(nèi)燃機(jī)車還有很多輔助系統(tǒng)，包括柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)、空壓機(jī)系統(tǒng)、空調(diào)與環(huán)境控制系統(tǒng)等，一般的設(shè)計(jì)是由獨(dú)立的控制器進(jìn)行控制。本文所設(shè)計(jì)的內(nèi)燃機(jī)車設(shè)備通信軟件研發(fā)平臺包括拓?fù)鋱D中所有設(shè)備的模擬，針對具體車型具體設(shè)備的試驗(yàn)時(shí)，修改相關(guān)配置文件即可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切換和設(shè)備切換。

2 詳細(xì)設(shè)計(jì)

詳細(xì)介紹包括研發(fā)平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及各種通信軟件設(shè)計(jì)。

2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本研發(fā)平臺由標(biāo)準(zhǔn) 19英寸機(jī)柜構(gòu)成設(shè)備搭載平臺，如圖2所示。

試驗(yàn)臺的測試裝備包括：試驗(yàn)臺配電箱、工控機(jī)顯示屏、工控機(jī)、2個(gè)鍵盤、2個(gè)鼠標(biāo)、“合閘”按鈕和“分閘”按鈕。試驗(yàn)臺配電箱內(nèi)包括220VAC、110VDC、74VDC、24VDC、12VDC、-12VDC 和5VDC等多種電源，這樣可以滿足各種機(jī)車控制設(shè)備的需要。選用研華生產(chǎn)的工控機(jī)并配合其最新二次開發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行測試軟件的開發(fā)，具體如下：

（1）使用研華工業(yè)級計(jì)算機(jī)和高精度數(shù)據(jù)采集與控制卡[3]，信號采用隔離保護(hù)，防止誤操作，延長使用壽命；

（2）界面采用.NET技術(shù)，畫面美觀簡潔，采用虛擬儀器界面，操作直觀，適于操作；

（3）研華提供基于.NET的產(chǎn)品驅(qū)動，可以很容易的與人機(jī)界面整合；

（4）現(xiàn)場采用軟件濾波功能以防止現(xiàn)場干擾。

圖1 內(nèi)燃機(jī)車通信拓?fù)鋱DFig.1 Communication topology of diesel locomotives

圖2 研發(fā)平臺結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Pictrue research and development platform structure

2.2 柴油機(jī)電噴控制器模擬軟件設(shè)計(jì)

柴油機(jī)電噴控制器是負(fù)責(zé)柴油機(jī)控制的關(guān)鍵部件，通過 CAN總線或 MVB總線與機(jī)車主控制微機(jī)相連，接收主控制微機(jī)傳送的指令并控制柴油機(jī)穩(wěn)定在規(guī)定的轉(zhuǎn)速范圍，并通過總線將柴油機(jī)運(yùn)行參數(shù)發(fā)布至網(wǎng)絡(luò)[4]。一般情況，柴油機(jī)生產(chǎn)廠商會提供通信協(xié)議以供柴油機(jī)用戶使用，因此只要根據(jù)通信協(xié)議并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用邏輯便可以寫出柴油機(jī)電噴控制器的模擬軟件[5]。柴油機(jī)電噴控制器的模擬軟件運(yùn)行在本平臺的工控機(jī)中，通過通信板卡實(shí)現(xiàn)通信，在登錄該軟件之前可以選擇配置文件來決定所需模擬車型的總線通信形式。本文所開發(fā)的柴油機(jī)電噴控制器軟件界面如圖 3所示。通過設(shè)置軟件。

2.3 通信軟件設(shè)計(jì)

以研華 610H工控機(jī)為平臺，加入各種通信板卡實(shí)現(xiàn)常規(guī)通信功能模擬。常規(guī)通信軟件由 Visual C++進(jìn)行開發(fā)，可模擬的通信包括以太網(wǎng)通信、CAN通信、RS232通信、RS422通信。軟件界面如圖 4所示，各種通信參數(shù)均可通過本軟件進(jìn)行設(shè)置，單擊系統(tǒng)配置中的按鈕即可，如圖 5，即為設(shè)備配置串口。

本文所開發(fā)的常規(guī)通信軟件覆蓋絕大部分機(jī)車總線通信形式。即可以用于配合機(jī)車通信軟件開發(fā)與測試，也可以安裝隨車運(yùn)行以監(jiān)控機(jī)車的總線狀態(tài)。除常規(guī)通信軟件外，本文還設(shè)計(jì)了 MVB總線測試軟件，MVB多功能車輛總線是一種主要用于（但也并非專用于）對有互操作性和互換性要求的互連設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)通信總線[5]。隨著MVB技術(shù)的不斷發(fā)展，ESD和OGF已趨向于不再采用，主要以EMD為主，也有用采用ESD+的，目前EMD可以分為“龐巴迪”式和“西門子”式，它們兩者有較大的區(qū)別，互操作性也有較大的差別，本平臺提供EMD與ESD+兩種方式[6]。

圖3 柴油機(jī)電噴控制器模擬軟件Fig.3 Simulation software of diesel engine mechatronic controller

圖4 常規(guī)通信軟件界面Fig.4 Conventional communication software interface

圖5 設(shè)備配置Fig.5 Configuration

本文基于我公司自主研發(fā)的 MVB通信板卡，設(shè)計(jì)MVB通信測試軟件，實(shí)現(xiàn)MVB通信參數(shù)設(shè)置，端口數(shù)據(jù)發(fā)送與顯示等功能，由于界面較為簡單，本文不做描述。

3 結(jié)論

目前，本文所設(shè)計(jì)的內(nèi)燃機(jī)車通信軟件研發(fā)平臺已在本公司內(nèi)部得到運(yùn)用，經(jīng)過不斷增加內(nèi)容和完善，本內(nèi)燃機(jī)車通信軟件研發(fā)平臺已滿足公司所有內(nèi)燃機(jī)車電控產(chǎn)品通信軟件測試需求。在電控產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，同時(shí)也支撐了相關(guān)產(chǎn)品的檢修業(yè)務(wù)。本研發(fā)平臺具有體積小，擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn)，它的成功研制為內(nèi)燃機(jī)車控制設(shè)備的開發(fā)與生產(chǎn)提供了高效便捷的手段，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

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