列车车载控制网络半实物仿真平台的设计与实现

摘要

列车车载网络控制系统作为轨道交通车辆的关键部件之一，负责列车的控制、管理、诊断和监视信息共享，是现代列车正常运行不可缺少的部分。然而一直以来，我国的列车网络控制技术一直依赖国外，虽然近些年来，国内各大研究所、车辆厂及高校都在着手对网络控制系统进行研究，但是由于国外厂商的技术壁垒，我国对于网络控制系统的研究距离实车大范围应用还存在一定差距。为了为列车网络控制系统的开发提供参考，缩短研发时间，对该系统进行半实物仿真就显得尤为重要。
　　本文采用实物主控单元硬件设备+虚拟受控子系统仿真模块的半实物仿真方案，设计并实现了列车车载控制网络半实物仿真平台。平台包括主控单元、通信网络和受控子系统三部分。主控单元由实车VCU和RIOM硬件设备组成，以实现列车牵引控制功能、制动控制功能、电子车门控制功能为目标，将列车控制逻辑划分为牵引控制模块、制动控制模块、电子车门控制模块以及列车运行模式模块四部分，针对不同控制需求对各模块内部逻辑以及模块间逻辑互锁关系进行了分析和设计，并使用符合IEC61131-3标准的组态编程软件编程实现。数据总线采用目前主流的MVB总线和代表未来发展方向的以太网，本文对这两种通信网络在列车车载控制网络中的应用进行了研究并实现了VCU与虚拟DCU、虚拟BCU、虚拟EDCU之间的MVB通信，以及虚拟车辆视景仿真模块与上述模块之间的以太网通信。受控子系统由虚拟DCU、虚拟BCU、虚拟EDCU以及虚拟车辆视景仿真模块组成，以MFC为开发环境，针对功能需求对虚拟受控子系统进行仿真设计和实现，达到功能模拟和可视化运行的效果。
　　最后对系统进行了集成与测试，测试结果表明该平台能够有效的模拟列车的牵引控制、制动控制以及车门控制，成功的实现了设计功能，取得了预期的试验效果。该平台运行稳定，具有真实性和可扩展性，能够为列车控制逻辑以及车载控制设备提供开发和测试环境。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 列车车载网络控制系统研究现状

1．3 论文主要研究内容

1．4 名词术语解释

第2章 列车车载控制网络半实物仿真平台总体设计

2．1 平台设计目标

2．2 平台需求分析

2．2．1 功能需求分析

2．2．2 性能需求分析

2．3 平台总体设计方案

2．3．1 网络总线选择

2．3．2 平台拓扑设计

2．3．3 平台模块组成

2．4 系统软硬件开发环境

2．4．1 系统硬件开发环境

2．4．2 系统软件开发环境

第3章 列车中央控制单元软件设计

3．1 IEC 61131-3编程语言标准

3．2 中央控制单元控制程序设计

3．2．1 中央控制单元控制管理程序设计

3．2．2 牵引控制模块控制程序设计

3．2．3 制动控制模块控制程序设计

3．2．4 车门控制模块控制程序设计

3．2．5 车辆运行模式模块控制程序设计

第4章 列车车载控制网络半实物仿真平台通信设计

4．1 MVB与以太网概述

4．1．1 MVB概述

4．1．2 以太网概述

4．2 MVB设备与配置

4．2．1 MVB网卡硬件

4．2．2 MVB网卡配置

4．3 总线设备单元通信

4．3．1 中央控制单元MVB通信设计

4．3．2 中央控制单元以太网通信设计

4．3．3 虚拟受控子系统模块MVB通信设计

4．3．4 虚拟受控子系统模块以太网通信设计

第5章 虚拟受控子系统仿真模块设计

5．1 虚拟牵引控制单元软件设计

5．1．1 总体功能

5．1．2 层次架构与模块划分

5．1．3 MVB数据处理模块

5．1．4 以太网数据处理模块

5．1．5 逻辑数据处理模块

5．1．6 基本对话框与元素显示模块

5．1．7 程序运行状态显示模块

5．1．8 操作与输入相应模块

5．2 虚拟制动控制单元设计

5．2．1 总体功能

5．2．2 层次架构与模块划分

5．2．3 逻辑数据处理模块功能实现

5．2．4 车辆选择与故障模拟功能实现

5．3 虚拟电子车门控制模块

5．3．1 总体功能

5．3．2 层次架构与模块划分

5．3．3 状态监视功能实现

5．3．4 车辆选择与故障模拟功能实现

5．4 虚拟车辆视景仿真模块

5．4．1 总体功能

5．4．2 层次结构与模块划分

5．4．3 虚拟车辆逻辑处理

第六章 系统集成与测试

6．1 测试概述

6．2 测试环境

6．2．1 司机驾驶控制台概述

6．2．2 人机交互界面HMI概述

6．3 系统联调测试

6．3．1 司机驾驶控制台控件逻辑测试

6．3．2 牵引控制功能测试

6．3．3 制动控制功能测试

6．3．5 测试总结

总结与展望

致谢

参考文献