關 穎，黃 飛

（中車大連機車研究所有限公司 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(tǒng)都是總線控制系統(tǒng)形式，控制設備都通過總線形式實現(xiàn)信息互聯(lián)互通，實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制。然而目前內(nèi)燃機車的總線通信形式包括 CAN、MVB等多種形式，在設計內(nèi)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(fā)時間并增加了研發(fā)投入，因此急需一種能夠輔助大部分內(nèi)燃機車通信部件研發(fā)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(nèi)燃機車通信部件研發(fā)平臺。本研發(fā)平臺基于軟件技術通過通信方式模擬內(nèi)燃機車柴油機運行、空氣制動系統(tǒng)、內(nèi)燃機車網(wǎng)絡控制主機、內(nèi)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(nèi)燃機車通信部件研發(fā)平臺已輔助3種內(nèi)燃機車數(shù)十款產(chǎn)品的設計，具有非常實際的應用價值。

1 設計原理

典型的內(nèi)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(nèi)燃機車通信拓撲結構，具體某種車型的控制器數(shù)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(fā)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(nèi)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(shù)。每臺機車裝配有主控微機，該微機負責整臺機車的網(wǎng)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(xiàn)互聯(lián)互通。內(nèi)燃機車還有很多輔助系統(tǒng)，包括柴油機冷卻系統(tǒng)、空壓機系統(tǒng)、空調(diào)與環(huán)境控制系統(tǒng)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(nèi)燃機車設備通信軟件研發(fā)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(xiàn)網(wǎng)絡切換和設備切換。

2 詳細設計

詳細介紹包括研發(fā)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(fā)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(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車控制設備的需要。選用研華生產(chǎn)的工控機并配合其最新二次開發(fā)系統(tǒng)進行測試軟件的開發(fā)，具體如下：

（1）使用研華工業(yè)級計算機和高精度數(shù)據(jù)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(chǎn)品驅動，可以很容易的與人機界面整合；

（4）現(xiàn)場采用軟件濾波功能以防止現(xiàn)場干擾。

圖1 內(nèi)燃機車通信拓撲圖Fig.1 Communication topology of diesel locomotives

圖2 研發(fā)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(wěn)定在規(guī)定的轉速范圍，并通過總線將柴油機運行參數(shù)發(fā)布至網(wǎng)絡[4]。一般情況，柴油機生產(chǎn)廠商會提供通信協(xié)議以供柴油機用戶使用，因此只要根據(jù)通信協(xié)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(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(xiàn)常規(guī)通信功能模擬。常規(guī)通信軟件由 Visual C++進行開發(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)均可通過本軟件進行設置，單擊系統(tǒng)配置中的按鈕即可，如圖 5，即為設備配置串口。

本文所開發(fā)的常規(guī)通信軟件覆蓋絕大部分機車總線通信形式。即可以用于配合機車通信軟件開發(fā)與測試，也可以安裝隨車運行以監(jiān)控機車的總線狀態(tài)。除常規(guī)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(shù)據(jù)通信總線[5]。隨著MVB技術的不斷發(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，設計MVB通信測試軟件，實現(xiàn)MVB通信參數(shù)設置，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 結論

目前，本文所設計的內(nèi)燃機車通信軟件研發(fā)平臺已在本公司內(nèi)部得到運用，經(jīng)過不斷增加內(nèi)容和完善，本內(nèi)燃機車通信軟件研發(fā)平臺已滿足公司所有內(nèi)燃機車電控產(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)揮關鍵作用，同時也支撐了相關產(chǎn)品的檢修業(yè)務。本研發(fā)平臺具有體積小，擴展性好等優(yōu)點，它的成功研制為內(nèi)燃機車控制設備的開發(fā)與生產(chǎn)提供了高效便捷的手段，具有實際的應用價值。

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