內燃機車通信軟件研發平臺

關 穎，黃 飛

（中車大連機車研究所有限公司 電力電子事業部，遼寧 大連 116021）

0 引言

內燃機車大致分為電傳動機車、液力傳動機車和機械傳動機車，但無論哪種傳動方式的機車，其控制系統都是總線控制系統形式，控制設備都通過總線形式實現信息互聯互通，實現協調控制。然而目前內燃機車的總線通信形式包括 CAN、MVB等多種形式，在設計內燃機車控制設備的通信部件時需要針對其具體通信形式設計測試設備和軟件，這樣便延長了研發時間并增加了研發投入，因此急需一種能夠輔助大部分內燃機車通信部件研發的平臺。

針對以上問題，本文基于工控機與windows編程技術設計一種內燃機車通信部件研發平臺。本研發平臺基于軟件技術通過通信方式模擬內燃機車柴油機運行、空氣制動系統、內燃機車網絡控制主機、內燃機車牽引變流控制器、各種輔助控制設備運行情況。目前，本文所設計的內燃機車通信部件研發平臺已輔助3種內燃機車數十款產品的設計，具有非常實際的應用價值。

1 設計原理

典型的內燃機車電氣控制設備之間的通信拓撲結構如圖1所示[1]。如圖1所示本文所列的典型內燃機車通信拓撲結構，具體某種車型的控制器數量會比圖 1所示略少。例如：當需要測試機車顯示屏通信功能時，本通信軟件研發平臺便能模擬仿真圖 1中除了機車顯示屏之外的設備運行情況，這樣對機車顯示屏而言便像正的安裝在機車上運行一樣。

目前和諧型內燃機車最多有兩個司機室，每個司機室最多有兩個機車顯示屏用于顯示機車運行工況與各項參數。每臺機車裝配有主控微機，該微機負責整臺機車的網絡控制、整機的控制邏輯、牽引變流控制以及整機的故障判斷和處理等工作[2]。另外柴油機的管理與控制一般由柴油機廠商提供的電噴控制器來負責，該電噴控制器通過總線通信形式與機車主控微機實現互聯互通。內燃機車還有很多輔助系統，包括柴油機冷卻系統、空壓機系統、空調與環境控制系統等，一般的設計是由獨立的控制器進行控制。本文所設計的內燃機車設備通信軟件研發平臺包括拓撲圖中所有設備的模擬，針對具體車型具體設備的試驗時，修改相關配置文件即可實現網絡切換和設備切換。

2 詳細設計

詳細介紹包括研發平臺結構設計以及各種通信軟件設計。

2.1 總體結構設計

本研發平臺由標準 19英寸機柜構成設備搭載平臺，如圖2所示。

試驗臺的測試裝備包括：試驗臺配電箱、工控機顯示屏、工控機、2個鍵盤、2個鼠標、“合閘”按鈕和“分閘”按鈕。試驗臺配電箱內包括220VAC、110VDC、74VDC、24VDC、12VDC、-12VDC 和5VDC等多種電源，這樣可以滿足各種機車控制設備的需要。選用研華生產的工控機并配合其最新二次開發系統進行測試軟件的開發，具體如下：

（1）使用研華工業級計算機和高精度數據采集與控制卡[3]，信號采用隔離保護，防止誤操作，延長使用壽命；

（2）界面采用.NET技術，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的產品驅動，可以很容易的與人機界面整合；

（4）現場采用軟件濾波功能以防止現場干擾。

圖1 內燃機車通信拓撲圖Fig.1 Communication topology of diesel locomotives

圖2 研發平臺結構圖Fig.2 Pictrue research and development platform structure

2.2 柴油機電噴控制器模擬軟件設計

柴油機電噴控制器是負責柴油機控制的關鍵部件，通過 CAN總線或 MVB總線與機車主控制微機相連，接收主控制微機傳送的指令并控制柴油機穩定在規定的轉速范圍，并通過總線將柴油機運行參數發布至網絡[4]。一般情況，柴油機生產廠商會提供通信協議以供柴油機用戶使用，因此只要根據通信協議并結合實際應用邏輯便可以寫出柴油機電噴控制器的模擬軟件[5]。柴油機電噴控制器的模擬軟件運行在本平臺的工控機中，通過通信板卡實現通信，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。本文所開發的柴油機電噴控制器軟件界面如圖 3所示。通過設置軟件。

2.3 通信軟件設計

以研華 610H工控機為平臺，加入各種通信板卡實現常規通信功能模擬。常規通信軟件由 Visual C++進行開發，可模擬的通信包括以太網通信、CAN通信、RS232通信、RS422通信。軟件界面如圖 4所示，各種通信參數均可通過本軟件進行設置，單擊系統配置中的按鈕即可，如圖 5，即為設備配置串口。

本文所開發的常規通信軟件覆蓋絕大部分機車總線通信形式。即可以用于配合機車通信軟件開發與測試，也可以安裝隨車運行以監控機車的總線狀態。除常規通信軟件外，本文還設計了 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備之間的串行數據通信總線[5]。隨著MVB技術的不斷發展，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 柴油機電噴控制器模擬軟件Fig.3 Simulation software of diesel engine mechatronic controller

圖4 常規通信軟件界面Fig.4 Conventional communication software interface

圖5 設備配置Fig.5 Configuration

本文基于我公司自主研發的 MVB通信板卡，設計MVB通信測試軟件，實現MVB通信參數設置，端口數據發送與顯示等功能，由于界面較為簡單，本文不做描述。

3 結論

目前，本文所設計的內燃機車通信軟件研發平臺已在本公司內部得到運用，經過不斷增加內容和完善，本內燃機車通信軟件研發平臺已滿足公司所有內燃機車電控產品通信軟件測試需求。在電控產品的研發和生產中發揮關鍵作用，同時也支撐了相關產品的檢修業務。本研發平臺具有體積小，擴展性好等優點，它的成功研制為內燃機車控制設備的開發與生產提供了高效便捷的手段，具有實際的應用價值。

[1] 林榮會, 孫平, 方亮. 工況再現制動器試驗臺研制[J]. 機械設計與制造, 2004, 11(2): 101-102.LIN R H, SUN P, FANG L. Development of Brake Test for Working Condition Reappearance [J]. Machinery Design &Manufacture, 2004, 11(2): 101-102. (in Chinese)

[2] 路波, 石曉輝. 傳動系試驗臺動態性能的建模與仿真[J].重慶工學院學報(自然科學), 2008, 1(22): 33.LU B, SHI X H. Modeling and Simulation for Dynamic Characteristics of Powertrain Test Bench [J]. Journal of Chongqing Institute of Technology (Natural Science), 2008,1(22): 33. (in Chinese)

[3] 蘇濤濤, 鄭祿. 一種基于動態slot分配的公平調度算法[J].軟件, 2017, 38(1): 50-51.SU T T, ZHENG L. A Fair Scheduling Algorithm Based on Dynamic Slot Allocation [J]. COMPUTER ENGINEERING& SOFTWARE, 2017, 38(1): 50-51. (in Chinese)

[4] 廖丹, 孫罡, 楊曉玲. 車載自組織網絡單接口多信道的切換方法[J]. 電子科技大學學報, 2015, 2(44): 229.LIAO D, SUN G, YANG X L. Switching Method of Single Radio Multi-Channels for Vehicular Ad hoc Network[J].Journal of University of Electronic Science and Technology of China, 2015, 2(44): 229. (in Chinese)

[5] 郭惠. 基于 B/S 模式的動態數據 3D 實時展示系統[J].軟件, 2016, 37(9): 82-83.GUO H.3D Real-time Display System of Dynamic Data Based on B/S Mode[J]. COMPUTER ENGINEERING &SOFTWARE, 2016, 37(9): 82-83. (in Chinese)

[6] 劉果, 陳凡, 李劍鋒. 構建 SDN 仿真實驗平臺的探討與實踐[J]. 軟件, 2015, 36(6): 104-106.LIU G, CHEN F, LI J F. Discussion and Practice on SDN Simulation Platform Construction[J]. COMPUTER ENGINEERING& SOFTWARE, 2015, 36(6): 104-106. (in Chinese)