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        動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)軟件開發(fā)集成測試平臺(tái)研制

        2020-09-02 06:13:32肖會(huì)超
        鐵道機(jī)車車輛 2020年4期
        關(guān)鍵詞:板卡動(dòng)車組列車

        章 陽, 華 皛, 于 偉, 肖會(huì)超

        (1 中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 機(jī)車車輛研究所, 北京 100081;2 北京縱橫機(jī)電科技有限公司, 北京 100094)

        在制動(dòng)系統(tǒng)軟件開發(fā)的階段,開發(fā)人員需要借助調(diào)試設(shè)備驗(yàn)證各個(gè)軟件模塊是否符合軟件設(shè)計(jì)需求規(guī)范;在軟件開發(fā)完成后,需要對軟件進(jìn)行詳細(xì)的功能測試,以檢測其是否完全符合制動(dòng)控制系統(tǒng)需求規(guī)范;在軟件設(shè)計(jì)變更后,需要依據(jù)變更需求說明對變更項(xiàng)點(diǎn)進(jìn)行測試,以確認(rèn)軟件變更的可行性。在軟件發(fā)布之后的運(yùn)用過程中,若現(xiàn)車發(fā)生故障,需要有試驗(yàn)手段來模擬現(xiàn)場工況,進(jìn)行故障復(fù)現(xiàn),以支持故障定位與原因分析。

        因此,需要研制一套動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)軟件開發(fā)集成測試平臺(tái),通過模擬制動(dòng)系統(tǒng)電子控制單元(EBCU)的外部工作環(huán)境,支持單板、單車和列車的軟件開發(fā)調(diào)試和集成測試,并能模擬列車運(yùn)用工況,進(jìn)行故障復(fù)現(xiàn)和排查。

        1 功能需求分析

        動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)軟件開發(fā)集成測試平臺(tái),主要功能需求包括配置管理、網(wǎng)絡(luò)配置、數(shù)據(jù)監(jiān)控、負(fù)載模型配置、司控臺(tái)模擬、虛擬車輛、制動(dòng)試驗(yàn)、手動(dòng)測試、自動(dòng)化測試、歷史數(shù)據(jù)管理及故障注入等。

        1.1 配置管理

        配置管理指軟件開發(fā)集成測試平臺(tái)可對主仿真節(jié)點(diǎn)/子仿真節(jié)點(diǎn)中的負(fù)載板卡、負(fù)載模型、總線協(xié)議等參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一配置,在測試開始前自動(dòng)完成軟硬件配置校驗(yàn),建立制動(dòng)系統(tǒng)正常運(yùn)行所需要的外部環(huán)境。

        1.2 網(wǎng)絡(luò)配置

        既有動(dòng)車組的控車主干網(wǎng),均采用MVB和WTB,而以太網(wǎng)控車是未來的發(fā)展趨勢,目前,各主機(jī)廠已開始進(jìn)行以太網(wǎng)控車方案研究,所以,制動(dòng)系統(tǒng)軟件開發(fā)集成測試平臺(tái),除了WTB,還必須具備ETB和TRDP網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)控車功能的測試。

        1.3 數(shù)據(jù)監(jiān)控

        軟件開發(fā)集成測試平臺(tái)應(yīng)提供兩種模式的監(jiān)控界面,一是通用數(shù)據(jù)監(jiān)控界面,采用列表和波形圖的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)呈現(xiàn);二是組態(tài)監(jiān)控界面,提供列車常用的控件庫,由用戶自由編輯監(jiān)控界面樣式,并可將當(dāng)前設(shè)計(jì)的組態(tài)界面以文件的方式進(jìn)行保存,便于備份和復(fù)用。

        1.4 負(fù)載模型配置

        為實(shí)現(xiàn)列車級軟件測試,軟件開發(fā)集成測試平臺(tái)需要實(shí)現(xiàn)列車速度仿真、被控對象仿真、CCU接口、TCU接口、安全環(huán)路邏輯等,實(shí)現(xiàn)基于真實(shí)IO數(shù)據(jù)的負(fù)載模型。同時(shí)需要預(yù)留真實(shí)負(fù)載接口,可將真實(shí)負(fù)載接入到測試系統(tǒng)中,構(gòu)建整車制動(dòng)環(huán)境。該模塊需支持LabVIEW等仿真工具的仿真模型DLL算法直接導(dǎo)入。

        1.5 司控臺(tái)模擬

        軟件開發(fā)集成測試平臺(tái)需實(shí)現(xiàn)司控臺(tái)功能模擬,包括列車主控端占用、運(yùn)行方向開關(guān)、司控器、緊急制動(dòng)UB按鈕、停放制動(dòng)按鈕、撒沙開關(guān)、BP救援開關(guān)、保持制動(dòng)切除開關(guān)、制動(dòng)狀態(tài)和參數(shù)顯示、制動(dòng)試驗(yàn)交互界面、故障代碼顯示界面等。測試服務(wù)節(jié)點(diǎn)中的自動(dòng)測試序列在執(zhí)行時(shí),司控臺(tái)界面控件的數(shù)據(jù)顯示需實(shí)時(shí)更新。由于不同項(xiàng)目司控臺(tái)界面及操作內(nèi)容有所不同,故司控臺(tái)模擬模塊應(yīng)支持靈活配置。

        1.6 虛擬車輛

        軟件開發(fā)集成測試平臺(tái)應(yīng)能滿足短編、長編動(dòng)車組的測試需求,因動(dòng)車組是對稱結(jié)構(gòu),故可按短編動(dòng)車組設(shè)計(jì)測試平臺(tái),通過列車制動(dòng)環(huán)境模擬設(shè)備加載其余車輛模型,充當(dāng)列車制動(dòng)系統(tǒng)中的其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),進(jìn)行長編動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)的功能級測試。

        1.7 制動(dòng)試驗(yàn)

        軟件開發(fā)集成測試平臺(tái)需支持制動(dòng)試驗(yàn)功能,在制動(dòng)試驗(yàn)過程中,各模擬車輛能自動(dòng)響應(yīng)指令、反饋狀態(tài),并可模擬正常工況和故障工況??紤]到不同項(xiàng)目的制動(dòng)試驗(yàn)流程有所不同,制動(dòng)試驗(yàn)交互界面應(yīng)是獨(dú)立的模塊,可以靈活配置界面交互內(nèi)容、功能以及模塊的啟用或禁用。

        1.8 手動(dòng)測試

        為了模擬極限工況和故障工況,軟件開發(fā)集成測試平臺(tái)需提供手動(dòng)測試界面,由人工控制所有仿真節(jié)點(diǎn)的工況模擬信號。各個(gè)仿真節(jié)點(diǎn)的同一個(gè)物理信號可同步控制或單獨(dú)控制。手動(dòng)測試功能的優(yōu)先級高于模型輸出。

        1.9 自動(dòng)測試

        為提高測試效率,軟件開發(fā)集成測試平臺(tái)需具備自動(dòng)測試功能,提供完整的測試序列編寫環(huán)境和參數(shù)設(shè)置的編輯環(huán)境、流程化編輯界面和快速創(chuàng)建測試序列的組件。測試人員可通過配置報(bào)表結(jié)構(gòu)、原始數(shù)據(jù)、比對結(jié)果、測試結(jié)果、錯(cuò)誤警告等信息,生成可打印的文檔,便于查閱。另外,測試人員可通過測試序列固化測試方法,并能夠重復(fù)執(zhí)行,以便對測試中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行回歸測試。

        1.10數(shù)據(jù)管理

        為方便分析被測對象在特定工況下的響應(yīng)特性,并對測試數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔和追溯,軟件開發(fā)集成測試平臺(tái)應(yīng)能對測試的過程數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和回放。

        1.11故障注入

        根據(jù)制動(dòng)系統(tǒng)故障診斷功能測試需求,軟件開發(fā)集成測試平臺(tái)需實(shí)現(xiàn)針對所有IO的開路、短路、對電源短路、對地短路、不同管腳之間短路等故障形式的測試。EBCU負(fù)載仿真單元也需具備所有IO的開路、短路、對電源短路、對地短路、不同管腳之間短路等故障形式的模擬。因此,需要有故障注入模塊,且該模塊具有手動(dòng)和程控兩種激活方式,使測試更加靈活便捷。

        2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

        由于動(dòng)車組以8輛、16輛編組型式為主,考慮到使用的靈活性和方便性,制動(dòng)系統(tǒng)軟件開發(fā)集成測試平臺(tái)設(shè)計(jì)成與8輛編組的動(dòng)車組1:1的型式,對于超過8輛以上編組的動(dòng)車采用虛擬車輛的方式實(shí)現(xiàn);另外,預(yù)留一個(gè)可以進(jìn)行實(shí)物負(fù)載擴(kuò)展的仿真節(jié)點(diǎn),用于載入真實(shí)被控對象進(jìn)行測試。因此,軟件開發(fā)集成測試平臺(tái)采用主從式架構(gòu),包含2個(gè)測試服務(wù)節(jié)點(diǎn)、1個(gè)主仿真節(jié)點(diǎn)、8個(gè)子仿真節(jié)點(diǎn)、1個(gè)真實(shí)負(fù)載節(jié)點(diǎn)以及附屬測試設(shè)備,系統(tǒng)整體架構(gòu)的拓?fù)潢P(guān)系如圖 1所示。

        圖1 系統(tǒng)架構(gòu)拓?fù)?/p>

        整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與8輛編組的動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一致,分為兩個(gè)MVB網(wǎng)段,列車骨干網(wǎng)為WTB。同時(shí),為滿足以太網(wǎng)控車功能測試,分為兩個(gè)TRDP以太網(wǎng)網(wǎng)段,列車骨干網(wǎng)為ETB。主仿真節(jié)點(diǎn)和各子仿真節(jié)點(diǎn)之間采用反射內(nèi)存進(jìn)行互相通訊。測試服務(wù)節(jié)點(diǎn)、主仿真節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)、子仿真節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)與對應(yīng)的仿真節(jié)點(diǎn)之間采用以太網(wǎng)通訊。

        主仿真節(jié)點(diǎn)1個(gè),具有TCN網(wǎng)絡(luò)管理、CAN網(wǎng)絡(luò)管理、ECN網(wǎng)絡(luò)管理功能,可模擬CCU、TCU、HMI與制動(dòng)系統(tǒng)的通信接口、模擬司控臺(tái),并能實(shí)現(xiàn)基于通信總線的虛擬車輛功能。主仿真節(jié)點(diǎn)采用定制的PXI機(jī)箱,運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),安裝在定制的35U機(jī)柜中,通過CAN、MVB、TRDP總線板卡實(shí)現(xiàn)列車級制動(dòng)管理,對全列BCU工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測與控制,負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)虛擬車輛所需的MVB、TRDP端口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能。監(jiān)測計(jì)算機(jī)主要用于人機(jī)交互和參數(shù)配置。

        子仿真節(jié)點(diǎn)8個(gè),對應(yīng)8輛車的制動(dòng)控制單元配置,包含EBCU和仿真負(fù)載。EBCU中運(yùn)行被測軟件,仿真負(fù)載用于模擬EBCU的輸入信號(如壓力傳感器、速度傳感器、環(huán)路狀態(tài)繼電器、制動(dòng)指令線、隔離塞門、壓力開關(guān)等)和采集EBCU的輸出信號(如空壓機(jī)啟動(dòng)指令、門控指令、EP閥控制信號、防滑閥控制信號等)。仿真負(fù)載由仿真負(fù)載板卡和監(jiān)測計(jì)算機(jī)組成,放置在35U機(jī)柜中。監(jiān)控計(jì)算機(jī)主要用于人機(jī)交互界面和參數(shù)配置,運(yùn)行Windows系統(tǒng)。仿真負(fù)載板卡運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),根據(jù)測試服務(wù)節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)給出的指令輸出仿真信號給EBCU,或采集EBCU的輸出信號。在測試服務(wù)節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制子仿真節(jié)點(diǎn)時(shí),子仿真節(jié)點(diǎn)監(jiān)測計(jì)算機(jī)只能進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控,不能對其執(zhí)行的任務(wù)進(jìn)行重新配置。

        真實(shí)負(fù)載節(jié)點(diǎn)1個(gè),主要由仿真負(fù)載板卡、真實(shí)負(fù)載接口、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、MVB、CAN、TRDP組成,配置2個(gè)PXI機(jī)箱,放置在35U機(jī)柜中。

        測試服務(wù)節(jié)點(diǎn)2個(gè),每個(gè)測試服務(wù)節(jié)點(diǎn)各包含1臺(tái)高性能商用計(jì)算機(jī)/工作站,運(yùn)行Windows操作系統(tǒng)。測試服務(wù)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)(1個(gè)主仿真節(jié)點(diǎn)、8個(gè)子仿真節(jié)點(diǎn)、1個(gè)真實(shí)負(fù)載節(jié)點(diǎn))的設(shè)備管理和參數(shù)配置,并在測試過程中實(shí)時(shí)監(jiān)控主仿真節(jié)點(diǎn)、子仿真節(jié)點(diǎn)、真實(shí)負(fù)載節(jié)點(diǎn)的過程數(shù)據(jù),可按需要將某一時(shí)段的過程數(shù)據(jù)以文件的形式導(dǎo)出存儲(chǔ),也可編輯運(yùn)行多個(gè)自動(dòng)化測試序列,并自動(dòng)生成報(bào)表。

        仿真節(jié)點(diǎn)、真實(shí)負(fù)載節(jié)點(diǎn)可單獨(dú)配置、單獨(dú)運(yùn)行,進(jìn)行單板或單車測試;也可通過測試服務(wù)節(jié)點(diǎn)集中配置,進(jìn)行單元或列車級測試。主仿真節(jié)點(diǎn)、子仿真節(jié)點(diǎn)、真實(shí)負(fù)載節(jié)點(diǎn)采用上位機(jī)(監(jiān)控計(jì)算機(jī))搭配下位機(jī)(PXI)的方式搭建。上位機(jī)運(yùn)行基于Windows操作系統(tǒng)的服務(wù)軟件HilLab Client,用于仿真負(fù)載模型監(jiān)控、仿真環(huán)境管理和配置、實(shí)時(shí)過程數(shù)據(jù)監(jiān)測等;下位機(jī)運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(LabVIEW RT,HiLab Server),確保仿真負(fù)載模型實(shí)時(shí)運(yùn)行。

        軟件開發(fā)集成測試平臺(tái)采用3個(gè)55寸的4K分辨率顯示器(每個(gè)顯示器可分割為4個(gè)1080P的顯示區(qū)域),用于測試服務(wù)節(jié)點(diǎn)、主仿真節(jié)點(diǎn)、子仿真節(jié)點(diǎn)、真實(shí)負(fù)載節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控計(jì)算機(jī)的顯示和人機(jī)交互。

        3 硬件設(shè)計(jì)

        動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)軟件開發(fā)集成測試平臺(tái)硬件包括操作臺(tái)、顯示設(shè)備、仿真節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、測試服務(wù)節(jié)點(diǎn)等,架構(gòu)如圖2所示。

        3.1 主仿真節(jié)點(diǎn)

        軟件開發(fā)集成測試平臺(tái)包含1個(gè)主仿真節(jié)點(diǎn)。主仿真節(jié)點(diǎn)具有TCN網(wǎng)絡(luò)管理、CAN網(wǎng)絡(luò)管理、ECN網(wǎng)絡(luò)管理功能,可模擬列車總線與制動(dòng)系統(tǒng)接口,與制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行交互,并能實(shí)現(xiàn)基于通信總線的虛擬車輛功能。其主要由PXI設(shè)備、TCN&ECN網(wǎng)關(guān)、MVB板卡、TRDP板卡、以太網(wǎng)交換機(jī)等硬件組成,PXI機(jī)箱預(yù)留可用于擴(kuò)展RS232/RS485通信的板卡插槽。

        主仿真節(jié)點(diǎn)中建立2個(gè)TCN網(wǎng)關(guān),每4輛車組成一個(gè)MVB網(wǎng)段,MVB網(wǎng)段內(nèi)部通過MVB網(wǎng)絡(luò)通訊,兩個(gè)MVB網(wǎng)絡(luò)之間通過WTB網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。TCN網(wǎng)關(guān)與MVB板卡、EBCU之間的物理連接關(guān)系如圖3所示。

        ECN(Ethernet Consist Network)網(wǎng)關(guān)設(shè)備主要包含(Ethernet Router Unit)以太網(wǎng)路由單元和ESU(Ethernet Switch Unit)以太網(wǎng)交換機(jī)單元等設(shè)備。ECN網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)上參考TCN網(wǎng)絡(luò)布局,即每4輛車使用一組ETB(列車以太骨干網(wǎng),Ethernet Train Backbone)路由器和交換機(jī)組成一個(gè)TRDP網(wǎng)段,兩個(gè)TRDP網(wǎng)段的ETB交換機(jī)使用網(wǎng)線/光纖建立通信連接,布局關(guān)系如圖4所示。

        3.2 子仿真節(jié)點(diǎn)

        軟件開發(fā)集成測試平臺(tái)包含8個(gè)子仿真節(jié)點(diǎn),每一臺(tái)子仿真節(jié)點(diǎn)中安裝仿真負(fù)載板卡,用于采集EBCU的輸出信號和模擬EBCU的輸入信號(如制動(dòng)指令、壓力、速度、列車環(huán)路狀態(tài)、隔離塞門狀態(tài)等)。由于被測EBCU的板卡數(shù)量較多,為方便測試,測試平臺(tái)的仿真負(fù)載板卡與EBCU的板卡一一對應(yīng),被測EBCU板卡與仿真負(fù)載板卡通過測試線纜直連。測試平臺(tái)中共設(shè)計(jì)6類仿真負(fù)載板卡:TEX01B、TEX02B、TEX01C、TEX02C、TEX05C和TMC02C,分別與EBCU的EX01B、EX02B、EX01C、EX02C、EX05C和MC02C對應(yīng)。

        每個(gè)子仿真節(jié)點(diǎn)測試機(jī)柜中包含一個(gè)電源分配箱。有兩個(gè)功能,一是向EBCU分配供電線路,二是為仿真負(fù)載板卡的參考電平分配線路。

        3.3 測試服務(wù)節(jié)點(diǎn)

        測試服務(wù)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)統(tǒng)一配置其他各節(jié)點(diǎn)的測試環(huán)境,可統(tǒng)一監(jiān)控所有節(jié)點(diǎn)的輸入輸出信號。測試服務(wù)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行具體的測試工作和數(shù)據(jù)維護(hù),可以進(jìn)行自動(dòng)化測試腳本編寫與執(zhí)行。測試服務(wù)節(jié)點(diǎn)可用于模擬司控臺(tái)的司機(jī)室占用、司控器指令、停放制動(dòng)按鈕、緊急制動(dòng)按鈕、撒沙開關(guān)等各種操作,執(zhí)行整個(gè)測試平臺(tái)中各仿真節(jié)點(diǎn)的測試任務(wù)管理和配置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、生成測試報(bào)表和故障注入等功能,同時(shí)可總覽所有仿真節(jié)點(diǎn)信息(如輸入輸出信號、測試過程數(shù)據(jù)等)。

        圖2 系統(tǒng)硬件架構(gòu)

        圖3 MVB/WTB網(wǎng)關(guān)與MVB、EBCU線纜連接關(guān)系

        圖4 ECN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

        3.4 真實(shí)負(fù)載節(jié)點(diǎn)

        真實(shí)負(fù)載節(jié)點(diǎn)用于單車EBCU測試和單板測試,配置單節(jié)車測試的所有電氣接口、網(wǎng)絡(luò)接口,也為接入真實(shí)負(fù)載信號預(yù)留擴(kuò)展接口。真實(shí)負(fù)載節(jié)點(diǎn)與斷線測試箱配合使用,可實(shí)現(xiàn)實(shí)物負(fù)載(傳感器/執(zhí)行器)的數(shù)據(jù)采集/控制,如圖5。

        圖5 真實(shí)負(fù)載節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖

        3.5 共享內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)

        主仿真節(jié)點(diǎn)(1臺(tái))、子仿真節(jié)點(diǎn)(8臺(tái))、真實(shí)負(fù)載節(jié)點(diǎn)(1臺(tái))上分別配備1塊反射內(nèi)存卡,這10個(gè)節(jié)點(diǎn)通過光纖與2個(gè)反射內(nèi)存交換機(jī)構(gòu)成星型內(nèi)存共享網(wǎng)絡(luò)。主仿真節(jié)點(diǎn)和4臺(tái)子仿真節(jié)點(diǎn)與1個(gè)反射內(nèi)存交換機(jī)構(gòu)成一個(gè)內(nèi)存共享網(wǎng)絡(luò),真實(shí)負(fù)載節(jié)點(diǎn)和另外4臺(tái)子仿真節(jié)點(diǎn)與1個(gè)反射內(nèi)存交換機(jī)構(gòu)成內(nèi)存共享網(wǎng)絡(luò),2個(gè)交換機(jī)之間采用光纖建立數(shù)據(jù)鏡像通信連接,如圖 6。使用共享內(nèi)存網(wǎng)絡(luò),可以確保主仿真節(jié)點(diǎn)的控制指令在1 ms內(nèi)到達(dá)子仿真節(jié)點(diǎn),子仿真節(jié)點(diǎn)從收到指令到仿真負(fù)載板卡產(chǎn)生輸出的時(shí)間為硬件線路傳輸時(shí)間(板卡通道輸出的建立時(shí)間一般為微秒級),所以只要控制了指令在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸時(shí)間,主仿真節(jié)點(diǎn)發(fā)出指令到子仿真節(jié)點(diǎn)的仿真負(fù)載板卡產(chǎn)生輸出的時(shí)間間隔遠(yuǎn)小于25 ms,各子仿真節(jié)點(diǎn)仿真負(fù)載板卡首次輸出響應(yīng)時(shí)間遠(yuǎn)小于10 ms。

        圖6 共享內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)連線關(guān)系

        3.6 時(shí)鐘同步網(wǎng)絡(luò)

        動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)軟件開發(fā)集成測試平臺(tái)中的多仿真節(jié)點(diǎn)等同為分布式仿真系統(tǒng),如果分布式硬件不進(jìn)行硬件同步,板卡輸入和輸出的采樣就不會(huì)同時(shí)發(fā)生,另外隨著時(shí)間的推移,盡管系統(tǒng)被配置為同樣的速率,分布系統(tǒng)中不同節(jié)點(diǎn)在各自時(shí)鐘的工作下也會(huì)產(chǎn)生時(shí)間上的漂移。不同測試節(jié)點(diǎn)采用相同的時(shí)鐘源可以確保板卡采樣和輸出的同步性。故測試節(jié)點(diǎn)中的PXI機(jī)箱設(shè)計(jì)10 MHz的同步時(shí)鐘,采用PXI機(jī)箱時(shí)鐘級聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn),如圖7,確保整個(gè)系統(tǒng)在長時(shí)間運(yùn)行后,不同PXI機(jī)箱中的仿真負(fù)載板卡的采集和輸出能夠同步。

        圖7 PXI機(jī)箱時(shí)鐘同步連線關(guān)系

        4 軟件設(shè)計(jì)

        動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)軟件開發(fā)集成測試平臺(tái)軟件功能包括系統(tǒng)配置、數(shù)據(jù)監(jiān)控、負(fù)載模型調(diào)參、司控臺(tái)模擬、虛擬車輛、手動(dòng)測試、自動(dòng)測試、歷史數(shù)據(jù)管理等。

        4.1 軟件架構(gòu)

        動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)軟件開發(fā)集成測試平臺(tái)軟件其采用主從式架構(gòu),如圖8,提供二次開發(fā)擴(kuò)展接口。使用人員可根據(jù)測試需要,配置整車、單車、單板測試所需的EBCU負(fù)載及模型的參數(shù)信息,該配置信息使用標(biāo)準(zhǔn)的XML文件格式,并以項(xiàng)目工程文件的方式管理不同列車車型的測試配置參數(shù)。

        圖8 列車級測試軟件-硬件部署關(guān)系

        4.2 系統(tǒng)配置模塊

        系統(tǒng)配置模塊可運(yùn)行在測試服務(wù)節(jié)點(diǎn)、主仿真節(jié)點(diǎn)、子仿真節(jié)點(diǎn)、真實(shí)負(fù)載節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的監(jiān)控計(jì)算機(jī)中。該模塊用來設(shè)置并管理主仿真節(jié)點(diǎn)、子仿真節(jié)點(diǎn)、真實(shí)負(fù)載節(jié)點(diǎn)中的PXI設(shè)備中待執(zhí)行任務(wù)(硬件、模型等)的相關(guān)參數(shù)。主要包含EBCU負(fù)載(即IO參數(shù))配置,列車通信總線端口配置(MVB、TRDP等協(xié)議實(shí)例化),負(fù)載模型嵌入識別(Simulink、AMESim、C++創(chuàng)建并編譯的DLL仿真負(fù)載模型導(dǎo)入,可自動(dòng)獲取模型I/O、內(nèi)部參數(shù))。該模塊向使用者提供可自由擴(kuò)展的API和模板,用于將實(shí)時(shí)閉環(huán)控制、系統(tǒng)仿真、信號處理以及信號生成等功能添加到測試系統(tǒng)中。

        系統(tǒng)配置模塊可對整車、單車、板卡測試所需的主仿真節(jié)點(diǎn)、子仿真節(jié)點(diǎn)、真實(shí)負(fù)載節(jié)點(diǎn)中的負(fù)載板卡、負(fù)載模型、總線協(xié)議(MVB、TRDP)等參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一配置,也可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求禁用部分不用的子仿真節(jié)點(diǎn),每一個(gè)主仿真節(jié)點(diǎn)/子仿真節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的測試環(huán)境均可獨(dú)立配置其硬件和負(fù)載模型參數(shù)。

        4.3 數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊

        數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊可運(yùn)行在測試服務(wù)節(jié)點(diǎn)、主仿真節(jié)點(diǎn)、子仿真節(jié)點(diǎn)、真實(shí)負(fù)載節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的監(jiān)控計(jì)算機(jī)中,且只有測試服務(wù)節(jié)點(diǎn)可查看所有節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)過程數(shù)據(jù)。

        數(shù)據(jù)監(jiān)控功能用于在測試過程中實(shí)時(shí)查看與控制主仿真節(jié)點(diǎn)模擬的司控臺(tái)操作指令,以及所有子仿真節(jié)點(diǎn)與EBCU的輸入輸出數(shù)據(jù),便于分析測試軟件邏輯、定位故障、控制模擬負(fù)載輸出、仿真EBCU的外部接口信號、模擬制動(dòng)工況等,并及時(shí)掌握EBCU輸出狀態(tài)。如圖9。

        數(shù)據(jù)監(jiān)控功能既可運(yùn)行在測試服務(wù)節(jié)點(diǎn)中(該模式下可監(jiān)控主仿真節(jié)點(diǎn)和所有子仿真節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)),也可運(yùn)行在主仿真節(jié)點(diǎn)/子仿真節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的監(jiān)控計(jì)算機(jī)中(只監(jiān)控與計(jì)算機(jī)對應(yīng)的主仿真節(jié)點(diǎn)/子仿真節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù))。

        圖9 數(shù)據(jù)監(jiān)控示意圖

        4.4 負(fù)載模型調(diào)參

        負(fù)載模型調(diào)參模塊可運(yùn)行在測試服務(wù)節(jié)點(diǎn)、主仿真節(jié)點(diǎn)、子仿真節(jié)點(diǎn)、真實(shí)負(fù)載節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的監(jiān)控計(jì)算機(jī)中,主要針對在測試運(yùn)行過程中動(dòng)態(tài)調(diào)整Simulink負(fù)載模型的內(nèi)部參數(shù),實(shí)現(xiàn)基于真實(shí)IO數(shù)據(jù)的負(fù)載模型內(nèi)部參數(shù)整定,一旦參數(shù)調(diào)節(jié)完成后,才將最終整定好的參數(shù)應(yīng)用在Simulink負(fù)載模型文件中。

        4.5 司控臺(tái)模擬

        司控臺(tái)模擬采用界面組態(tài)的方式實(shí)現(xiàn),主要提供以下幾方面的操作功能:司控器、緊急制動(dòng)按鈕、停放施加/緩解按鈕、方向開關(guān)、撒沙開關(guān)、保持制動(dòng)切除開關(guān)等。另外,模擬HMI監(jiān)測列車運(yùn)行狀態(tài)參數(shù),例如列車速度、總風(fēng)壓力、BP管壓力、空簧壓力、制動(dòng)缸壓力等。示例如圖10。

        圖10 司控臺(tái)模擬

        4.6 虛擬車輛

        虛擬車輛功能設(shè)計(jì)部署在主仿真節(jié)點(diǎn)中,當(dāng)測試系統(tǒng)在不具備車輛模型的情況下,可將實(shí)物車輛的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行端口級(如MVB、TRDP)轉(zhuǎn)發(fā),即將實(shí)物車輛的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)做鏡像,轉(zhuǎn)換成其他車輛的數(shù)據(jù)發(fā)送出去,實(shí)現(xiàn)車輛總線級數(shù)據(jù)通信的虛擬,如圖11。

        4.7 手動(dòng)測試

        為模擬極限工況和故障工況,設(shè)計(jì)時(shí)提供手動(dòng)測試界面,采用列車行業(yè)專用的UI控件搭建,支持手動(dòng)設(shè)置由負(fù)載模型輸出至模擬負(fù)載板卡的信號,提供數(shù)據(jù)多層優(yōu)先級處理機(jī)制,可設(shè)置手動(dòng)設(shè)置優(yōu)先級高于模型輸出。如圖12。

        圖11 虛擬車輛端口協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)示例

        圖12 手動(dòng)測試界面示例

        4.8 自動(dòng)測試

        自動(dòng)測試提供完整的測試序列編寫和參數(shù)設(shè)置的編輯環(huán)境,具備流程化編輯界面和快速創(chuàng)建測試序列的功能。自動(dòng)測試序列編輯環(huán)境中包括控制器默認(rèn)參數(shù)的定義、編輯等功能,并能將編輯的測試序列保存成文件,便于測試方法的固化和重復(fù)執(zhí)行,可有效提升整個(gè)測試系統(tǒng)的執(zhí)行效率。自動(dòng)測試流程設(shè)計(jì)如圖13。

        圖13 自動(dòng)測試流程

        4.9 歷史數(shù)據(jù)管理

        每個(gè)EBCU對應(yīng)的子仿真節(jié)點(diǎn),在進(jìn)行測試時(shí),可設(shè)置是否存儲(chǔ)測試過程數(shù)據(jù),用戶可根據(jù)測試需求有選擇性的保存部分變量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)至測試服務(wù)器的MySQL數(shù)據(jù)庫或本地磁盤中,本地磁盤存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)采用TDMS文件格式。對于已經(jīng)存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù),可進(jìn)行回放分析,如圖14。

        圖14 歷史數(shù)據(jù)回放分析界面

        5 總 結(jié)

        動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)軟件開發(fā)集成測試平臺(tái)的技術(shù)方案在系統(tǒng)的穩(wěn)定性、易用性、靈活性等方面做了著重考慮,適用于短編、長編、聯(lián)掛及17輛編組等型式的動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)軟件測試。系統(tǒng)具備TCN和ECN兩種列控總線網(wǎng)絡(luò),且網(wǎng)絡(luò)架設(shè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與真實(shí)列車中的一致,可有效保證測試使用方式的一致性。軟件和硬件均具備可擴(kuò)展性,手動(dòng)測試和自動(dòng)測試功能適應(yīng)不同的測試需求,提高測試效率。試驗(yàn)臺(tái)建成后,能夠?yàn)閯?dòng)車組的制動(dòng)系統(tǒng)軟件開發(fā)、測試和故障模擬等工作提供更高效和便利的支持手段。

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